11月1日，在由常州同泰高导新材料有限公司，上海有色网信息科技股份有限公司、山东爱思信息科技有限公司主办的2024（第九届）SMM电工材料产业年会暨导体线缆工业展览会——导体材料发展论坛上，SMM市场战略总监徐得安对铜铝替代在电线电缆和家电行业的未来趋势进行了展望。
研究背景
铜需求基本背景
2023年中国铜消费约1,536万吨，电力行业用铜占比高达46.7%，家电占比13.8%。
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。
其从：长期以来，铜价是铝价的3倍以上；铝的基础性能良好（导电率性良好、密度低、韧性高）；我国是贫铜富铝的国家；双碳政策潜在“抬高”铝价（铜的碳排远低于铝以及在降碳压力下，铜成为更优的材料选择和双碳政策导致铝价提高，弱化了铝的成本优势）等进行了详细地解读。
铜铝替代在电力行业的现状及展望
电力工业流程图与分类：电力行业分为发电、输电和配电端。
其中，发电端主要用铜产品：发电机、电线电缆、变压器和其他设备。
输电段主要用铜产品：电线电缆、变压器。
配电端主要用铜产品：电线电缆。
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
►高压电缆：企业数量少；由于存在品牌、技术、资质等壁垒，高压电缆的市场集中度较高。
►中低压电缆：中低压电缆企业上万家；对技术和投资要求低，导致市场竞争激烈，产品同质化程度高。
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，但更换过程缓慢。
风电+光伏铜替代分析
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。
铜铝替代在家电行业的现状及展望
家电行业铜需求变化分析：综合因素评估，家电行业整体用铜密度呈下降趋势。
家电行业用铜分析：核心家电中，冰箱换热器用铜密度最高，空调次之，最后是洗衣机。
空调用铜密度变化趋势——空调用铜密度整体呈下降趋势
对于空调，“铝代铜”主要发生在“电机”中的“内部线圈”，成本降低是最大的驱动因素。
对于占比最大的冷凝器、蒸发器、内外连接管“铝代铜”进展缓慢，主要由消费者“观念”所决定，即铝制空调“不好”。
►空调用铜密度降低因素分析：空调行业正在经历明显的管径变细、管径变薄、用其他材料代替铜的趋势，用铜密度遭遇较大挑战。
►空调用铜密度增加因素分析：新版能效政策对空调制冷效率提出更高要求，拉动新的用铜需求增长。
2019年空调行业推出新的能效政策，提升对空调制冷效率的整体要求。空调要提升制冷效率，就要增加换热器（冷凝器+蒸发器）的用铜量，会使空调整体用铜量提高6-14%。
冰箱用铜密度降低因素分析：2010-2020年，冰箱换热器材质经历了全铜到全铝的转变，用铜密度大幅下降。
冰箱用铜密度变化趋势：冰箱用铜密度在过去十年经历断崖式下跌，未来将保持平稳。
对于冰箱，截至到2020年，几乎所有的换热器都切换到了“铝制”，主要原因有二：企业成本考量；冰箱本身对于材质的热效率要求不高。
洗衣机用铜密度降低因素分析：2010-2020年，单电机洗衣机逐渐成为市场主流，拉低用铜密度，但影响有限。
洗衣机用铜密度变化趋势：洗衣机用铜密度总体保持平稳，未来将小幅上扬。
洗衣机“用铜密度”主要由“电机个数”决定：SMM认为洗衣机行业将经历“双机滚筒”到“单机全自动”再到“高端双机+单机全自动”的过程，因此洗衣机用铜密度将在未来呈现“小幅上扬”的发展趋势。
结语
