在由上海有色网（SMM）和山东恒邦冶炼股份有限公司联合举办的2024（第十九届）SMM铜业大会暨铜产业博览会——电工输配电论坛上，SMM高级咨询经理费长云分享了铜铝替代在输配电（电线电缆）行业的未来10年趋势展望。
1.行业背景
电力行业铜需求
2023年中国铜消费约1,634万吨，电力行业用铜占比高达35%，是用铜最多的行业。
电力工业流程图与分类：电力行业分为发电、输电和配电端
电缆生产商：高压电缆生产企业高度集中，而中低压电缆生产企业较为分散，企业数量多，产品同质化程度高
2.电线电缆铜铝替代现状及展望
铝代铜的驱动因素：凭借明显的价格优势，以及良好的物理性能和丰富的储量，铝对铜造成明显的替代威胁。
电线电缆行业铜需求变化分析：综合因素评估，电线电缆行业整体铜单耗呈下降趋势。
电力行业用铜分析：电力行业中，配电端用铜密度最高，发电端次之，最后是输电端。
2.1发电端
传统发电流程：对于传统发电方式，火电核电及水电，铜主要被消耗在厂内设备中，如厂用变压器、厂用线缆（高压、低压、弱电、控制线缆等）。
电厂的发电回路分为主回路和分支回路。所发电量的90%由主变压器通过主回路升压至高电压，然后送入国家电网的传输线。剩下的10%用于工厂的内部运营。
火电与核电的主输电线路耗铜较少，因为发电机功率太大，线路一般是用导体为铝的IPB母线，只有小于300MW的发电机主回路可能用铜排。
水力发电功率一般小于300MW，主要回路采用铜棒。
2010-2050 年传统发电方式铜单耗
整体来看，在微型化的影响下，三种传统发电方式的铜单耗在不断下降。
水力发电的铜单耗明显高于火电和核电，总铜单耗超过3吨/兆瓦，而火电和核电铜单耗不足2吨/兆瓦。
2010 - 2050年，三种传统发电方式均无铜替代发生。铜单耗在规模效应带来的微型化影响下逐渐减小。
微型化来自以下方面：发电机装机功率的增加会导致铜单耗的减少，如火力发电，通常在>300MW的发电机主回路中采用IPB母线, IPB的比例会随着装机功率的增加而增加。
传统发电铜替代分析
传统发电被认为是中国的基础能源和重要的电力来源。根据规定，重要电力必须使用铜导体。因此，铜被替代是基本不可能发生的。
陆上/海上风电主要用铜线缆流程
陆上风电主要耗铜部件为电缆1和电缆2，电缆4包含架空线和电缆线两部分；海上风电主要耗铜部件为电缆1和电缆4，电缆4全部为电缆线路。
风电铜单耗
预计到2050年，陆上风力发电铜单耗将大幅下降，其主要受轻量化和小型化的影响；对于海上风电，由于电缆4仅为电缆线，其铜单耗要远高于陆上风电。未来，海上风电铜单耗将在小型化的影响下逐渐降低。
海上风电的铜单耗远远大于陆上风电。主要原因是海上风电的电缆4 只能使用铜电缆线（海底电缆），而陆上风电的电缆4 中只有30% 是电缆线，且在2020 年已基本被铝电缆取代。
小型化的发生是因为发电机功率逐渐增加，1）使得发电机铜单耗减少；2）在规模效应下，电缆1、2、3 的用量也随之减少。
铜替代现象主要发生在电缆3 和电缆4，预计未来替代将更加明显。在替代的驱动下，2010 年到2050 年风电的铜单耗也将逐渐下降。
光伏发电关键铜线缆流程
对于光伏发电，主要耗铜的电缆有三种，其中电缆1（连接光伏电池并将电力传输至逆变器的电力电缆） 和电缆2（连接逆变器和箱式变压器的电力电缆）对铜单耗的贡献最大。
光伏耗铜情况：受铜替代的影响，光伏发电铜单耗整体呈下降趋势。
•2010 年到2020 年，由于光伏发电线路的铜替代现象明显，铜单耗大幅下降。替代主要发生在电缆2 和电缆3 上。从2010 年到2020 年，几乎所有铜电缆都被铝电缆取代。
• 预计2020 年至2050 年光伏补贴政策完全结束后，铜替代现象将进一步增加，但其造成的影响将逐渐减弱。
• 到2050 年，电缆2 和电缆3 上剩余的铜电缆将更换为铝电缆。电缆1 也将在未来30 年内逐步更换，但更换过程缓
风电铜替代分析
陆上风电，所有线路或出现铜铝替代，电缆3和电缆4可能性最大；海上风电对电缆的质量要求高、风险承受能力低，因此几乎不可能更换电缆；光伏发电线缆铜铝替代可能性较低，若补贴消失考虑成本或出现铜铝替代。
2.2输电端
铝绕组变压器：使用铝绕组线的变压器曾一度出现在电力行业中。但由于频繁故障，2017年国家电网检查后，变压器中的铝绕组线逐渐消失。
2010-2050 年输电线路铜单耗
由于城市化的发展，110KV、220KV 和500KV 电缆线路的比例将增加，输电线路的铜主动替代将略有提高
•除110KV、220KV 和500kV 外，其他电压等级线路均为钢芯铝绞线（ACSR），铜单耗为0。
•对于110KV、220KV和500KV线路，由于城市化的发展，电缆线路的比例将增加，直接影响铜单耗逐渐增加。
•电缆线路主要敷设在城市附近或城市内高压变电站附近。未来，由于城市化的发展，城市中高压变电站的数量会增加，对电缆线路的需求也会逐渐上升。但由于电缆线路成本较高，铜价又是铝价的3倍以上，故铜单耗的上升幅度有限。
输电端铜替代分析：由于技术限制，在输电端没有铜替代品。
• 根据规定，电缆线路的铜替代损耗为中等
• 由于高压电缆的技术要求限制较高，通常在输电端没有铜替代品
2.3配电端
配电线路中主要铜产品的流程：配电线路主要耗铜线路包括10KV 和35KV 配电线路
• 配电线路主要包括10KV 和35KV 配电线路。
• 10KV 线路长度占配电线路总长度的90%。通常，110KV 及以上电压经变电站降压至10KV，主要输往居民楼和商业建筑。传输到工厂的10KV 线路很少。
• 35KV 线路长度约占配电线路总长度的10%，主要连接变电站和用电量大的工厂。
配电线路铜单耗：SMM预计未来配电线路铜单耗将逐渐上升。
• 电缆线路在配电线路中的比例随着城市化的发展而增加，从而使得铜消费量增加；但架空线路仍全部为铝线。
• 受铝电缆和铜电缆之间的竞争，铜消费将有一定程度的下降。2020 年到2050 年，铝电缆在10KV 和35KV 电缆线路中的比例也将增加，但由于铝电缆的性能比铜电缆差，对于高压电缆，导体的质量要求更高，因此35KV 线路的铝替代量相对低于10KV 线路。
• 但由于铜消费的增加远高于消费的减少，故2010年到2050 年，10KV和35KV配电线路的铜单耗均逐渐增加。
中外铜替代比较- 配电线路：中国配电线路的铜替代率远远低于美国。未来，随着技术的日益成熟，中国的铜替代率将逐步提高。
• 1968 年，美国发明了铝合金电缆产品。此后，铝合金电缆在美国的应用非常广泛，在输变电领域得到了较高程度的推广。
• 2007 年前后，铝合金电缆进入中国，并带动了中国企业对铝合金电缆研发和生产的投入。到2020 年，我国铝合金电缆虽有一定发展，但进展缓慢，市场占有率较低。主要原因有1）输配电线路电压较高，对电缆的物理性能要求较高。铝合金电缆的相关技术仍在发展中，还不够成熟，无法全面推广和应用。2）铝合金电缆需要配套的铝合金连接器，否则容易造成安全隐患。中国制造商对如何正确选择和使用铝合金连接器的认识不足，相关技术仍在发展中。
• 未来，随着时代和技术的发展，铝合金电缆在中国配电领域的应用将逐步完善，并向美国靠拢。但在输电领域（电缆线路），尤其是高压输电线路中，由于技术和成本要求极高，铝合金电缆仍没有替代机会。
配电端铜替代分析：根据配电线路设计规范，35KV电缆线路建议使用铜电缆，而10KV则没有说明。这意味着10KV更容易被更换。
