東亞前海宏觀鄭嘉偉：碳達峰周期律：產業轉型與投資機會

2021年06月07日10:06

　　文/新浪財經意見領袖專欄作家東亞前海證券鄭嘉偉

　　核心觀點

　　本文通過對CO2 排放量進行因子分解，將 CO2排放量分為能源結構系數、能源效率（單位GDP能耗）、人均GDP以及人口數量的乘積。日本以及歐洲碳達峰主要依賴清潔能源核能實現能源結構優化，輔之以產業升級以及產業轉移從而實現其單位GDP能耗的下降；美國碳達峰主要依賴清潔能源天然氣實現其能源結構優化，加之國家層面出臺能源改革政策以實現其單位GDP能耗下降。人均GDP與人口數量對于碳排放的影響較為復雜，在考慮其量的同時還應該考慮到其結構的影響，我們認為人均GDP與碳排放存在倒U型影響路徑，而人口數量對于碳排放影響需要考慮城鎮化進程。

　　國內能源結構系數整體處于下降趨勢，但相對發達國家仍然偏高。中國能源結構系數整體處于下降狀態，在1986年以前國內能源結構系數基本保持在0.3左右震蕩，之后開始出現下行。盡管國內能源結構系數在下行，但是相較于發達國家來說國內的能源結構系數還是偏高，日本能源結構系數保持在0.21附近，美國能源結構系數也在2019年下降到0.2，而國內2019年能源結構系數仍然為2.6，與發達國家之間仍然存在差距，表明我國能源結構方面仍有較大優化空間。

　　國內單位經濟增長對于資源依賴逐年減少。國內能源效率系數分為兩個階段，第一階段是20世紀90年代初以前階段，此階段能源效率系數基本保持在1.5-2之間；第二階段是20世紀90年代初以后階段，此階段的能源利用系數不斷下降，表示國內單位經濟增長對于資源消耗越來越少。2019年中國能源效率系數為0.27（TWh/億美元），仍然顯著高于美國同期數據0.12以及美國實現碳達峰時數據0.15。

　　當經濟發展到一定程度，產業結構不斷優化，能源密集型重工業比例正在減少，技術密集型產業和服務業所占比例增加，環境污染以及碳排放會開始減少。目前中國人口老齡化成為人口結構變化最主要特征，“人口紅利”正逐漸減少。但是由于老年人口碳排放相對較少，中國人口年齡結構變化會降低或減緩碳排放加速可能，并在一定程度上會改善當前我國碳排放量大狀態，助力國內完成2030年前達到碳達峰目標。

　　投資建議

　　未來國內風能將會相當于日本和美國天然氣能源在其國內地位，相比2018年，國內在2030年前光伏新增裝機量仍有超過7倍空間，建議關注受益于風機大功率趨勢的板塊和海上風電具有領先技術以及較低成本的龍頭企業；國內在設計領域、晶圓代工領域以及封測領域全球市場份額分別排名第三、第二以及第二，芯片半導體產業將會迎來更大發展前景。國內動力電池的需求將在2025年達到385GWh，相較于2020年增長5.1倍，新能源汽車高景氣下，動力電池明顯受益。國內芯片產業以及新能源汽車產業鏈將會迎來投資機會。

　　風險提示

　　國內相關產業發展不及預期；政策落實不及預期。

　　報告正文

　　01 碳中和成為世界主流國家共識

　　1.1．抵御全球變暖，減少碳排放成為全球共識

　　當前全球溫度上升，碳排放成為罪魁禍首。相對于1961-1990年的平均溫度，2019年全球溫度異常變化中位數為0.74℃，且這一異常變化呈上升趨勢。當前氣候變化主要原因是由于“溫室效應”引起，而引發“溫室效應”主要原因是當前人類排放了太多溫室氣體，大氣層中溫室氣體濃度不斷增加而形成了一個籠罩地球的“溫室”。根據京都議定書，當前公認的溫室氣體主要有二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）、氧化亞氮（N?O）、氫氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6）。二氧化碳在整個溫室效應中作用可占一半，其余為其他各種微量氣體共同作用結果。

　　CO2排放量與全球溫度變化存在顯著正相關。全球CO2排放量在1951年進入加速期，隨之在1976年全球溫度上升也進入加速期，考慮到CO2從排放到引起氣候變化需要時間，將1935年后全球CO2排放量與對應時間15年后的世界溫度相對于1961-1990平均水平異常變化的中值做回歸，回歸后R2為0.83，且P值顯著小于0.01，表明CO2排放量與全球溫度變化存在顯著正相關關系。

　　積極應對氣候變化，減少碳排放成為全球共識。根據世界氣象組織發布的“2020年全球氣候狀況”臨時報告，2020年前10個月全球平均氣溫高于工業化前（1850至1900年）1.2攝氏度，是有記錄以來的3個最暖年份之一。減少碳排放已經成為全球迫在眉睫重要事件。國際社會一直在為實現碳排放做努力，并達成了一系列共識，形成了《聯合國氣候變化框架公約》（1992年簽署，1994年生效）、《京都議定書》（1997年達成，2005年生效）和《巴黎協定》（2015年達成，2016年生效）等文件。

　　國際目標的完成需要在2050年實現全球“碳零凈排放”。2009年的哥本哈根世界氣候大會上提出，與1750年工業化之前的水平相比，全球氣溫繼續升高2℃是人類社會可以承受的最高限度。2015年12月達成的《巴黎協定》提出，要把全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在2℃之內，并為把升溫控制在1.5℃內而努力。而根據聯合國秘書長古特雷斯，全球需要在2020至2030年間每年減少7.6%的碳排放量才能實現《巴黎協定》目標，否則本世紀的平均氣溫將上升3.2攝氏度。根據2018年10月8日聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第48次全體會議舉行新聞發布會，要實現全球氣溫升高1.5攝氏度以內這一目標，全球各國土地、能源、工業、建筑、運輸和城市建設等各個層面都應“迅速而廣泛”地改變，以使人為CO2凈排放量至2030年要比2010年水平減少45%，2050年實現“零凈排放”，即二氧化碳的排放量與消除量對等。

　　目前全球多個國際已積極提出實現碳中和計劃，多數國家計劃2050年實現碳中和。截至2021年5月，全球已經有超過130個國家提出碳中和目標，其中大部分計劃在2050年實現碳中和，比如英國、法國、丹麥、加拿大、日本等國家；一些國家計劃更早實現，比如烏拉圭提出2030年實現碳中和、芬蘭目標為2035年、冰島和奧地利目標為2040年，瑞典目標為2045年；且目前蘇里南和不丹已經實現碳中和目標，進入了負排放時代。

　　1.2．展現大國擔當，中國積極推進碳達峰、碳中和政策

　　由于經濟結構中制造業占比較大，中國目前是全球最大二氧化碳排放國。根據統計，當前全球CO2人為排放量中占比最大的為電力以及產熱部門，其次為交通運輸、建筑、制造業及建筑業等部門。排放量較多的部門多與工業相關度較高，而中國作為“世界工廠”，制造業較為發達，能耗占比較高，因此碳排放量在全球位居第一，這也導致未來中國碳減排之路挑戰重重。

　　相較于發達國家，中國實現碳中和難度更大。大多數發達國家由于處于后工業化時代，在發展過程中產生大量碳階段已經度過，其碳排放量往往已經處于下降階段，目前很多發達國家已經實現碳達峰，而中國由于改革開放以來工業發展時間較短，且正處于碳排放上升階段，因此要實現碳達峰、碳中和所面臨挑戰相對而言要大于其他發達國家。

　　中國積極推進2030年碳達峰、2060年碳中和落地。2020年9月，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出中國碳達峰、碳中和時間表，即二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。且《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》（簡稱《綱要》）中再次強調“積極應對氣候變化”，要求“落實2030年應對氣候變化國家自主貢獻目標，制定2030年前碳排放達峰行動方案”。2021年兩會期間《政府工作報告》也指出，要制定2030年前碳排放達峰行動方案，優化產業結構和能源結構，推動煤炭清潔高效利用，大力發展新能源，在確保安全前提下積極有序發展核電。擴大環境保護、節能節水等企業所得稅優惠目錄范圍，促進新型節能環保技術、裝備和產品研發應用，培育壯大節能環保產業，并且要實現“十四五期間”單位國內生產總值能耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%。

　　02 發達國家碳達峰經驗與啟示：清潔能源與產業轉型

　　2.1．碳排放量與多項因素相關

　　CO2排放量與能源結構、經濟結構、人均GDP以及人口因素相關。通過對CO2排放量進行因子分解，可以將CO2排放量分為能源結構系數、能源效率（單位GDP能耗）、人均GDP以及人口數量的乘積。每一項系數越小，代表經濟體該項因素導致的碳排放相對越少。

　　2.2．日本碳達峰復盤：資源貧乏國核能源與產業升級

　　作為世界GDP第三名國家，日本CO2排放量全球第五。日本于1868年開始了工業化進程，在此之后由于工業化以及人口增長，日本在經濟不斷發展同時，其碳排放量也在不斷增加。截止到2020年，日本已經成為全球第五大CO2排放國，其CO2排放量占全世界3%。2013年日本實現碳達峰，從此碳排放開始下降。

　　2.2.1．能源結構變化：依賴核能降低能源結構系數

　　20世紀70年代后期日本能源結構調整，單位能耗碳排放量顯著下降。能源結構系數為單位能源消耗所排放CO2量，以此來觀測經濟體能源結構轉變對于CO2排放影響。日本能源結構系數在1974年左右便開始逐步下降，直到2013年左右產生過突然回升，并且在2013年后仍然保持下降趨勢，表明日本能源使用結構方面有所改善。

　　1974年以前以石油作為主要能源，其他能源占比逐漸縮小。作為資源貧乏型國家，日本在探究能源轉型方面做了眾多努力。1960年后到日本實現碳達峰這一時期，日本能源結構可以根據對于石油依賴分成兩個階段：第一階段是1974年以前的階段，該時期日本的主力能源為石油，且其發消耗量占比逐年上升，相對應的是煤炭消耗占比以及水力消耗占比呈現下降趨勢。石油危機后日本減少對于石油的依賴，煤炭、天然氣、核能消耗占比逐步提升。1973-1974年由于爆發第一次石油危機，日本是OPEC限制出口國之一，其能源使用受到了比較大的影響。石油危機之后，日本對于石油的依賴逐漸減少，并逐步轉向了核能與天然氣共同取代石油的階段；從1974年到1987年，此階段核能消費占比不斷提升，其占比由1974年1.35%上升至1987年11.52%，根據中國碳交易網數據，核能全生命周期內度電碳排放為9-70克/千瓦時，相較于煤電（230-800克/千瓦時）以及天然氣發電（179-336克/千瓦時）度電碳排放大幅減少，因此此期間能源結構系數不斷減小，這也表明日本單位能耗所排放CO2是不斷減小的。

　　1998年后核能消費占比基本保持平穩，能源結構系數進入平臺期。1986年由于蘇聯發生了切爾諾貝利事故，受此影響日本對于核能的態度有所轉變，核能發電占比停止上升趨勢，甚至有所下降，核能消耗量占比也有所下降，對于核能依賴突然下降也導致了日本能源結構系數出現了突然上升，但此后能源結構系數隨著核能消耗占比回升而又出現了下降。此后日本核能消耗比例并未出現之前那樣大幅漲勢，其比例大致穩定在10%-15%之間，此階段能源結構系數也并未繼續下降，而是震蕩穩定在0.21附近。直到2011年發生福島核電站事故以后，日本核能占比急劇下降，其能源結構系數也急劇上升。核能使用對于日本能源結構系數產生著重大影響，日本核能發電量占比最高達到31%以上。

　　核能利用有效改善了二氧化碳排放狀況，日本能源結構系數變動與核能消耗占比以及核電發電量占比高度相關。把1966年到2013年日本核能消耗占比、核電發電量占比數據和日本能源結構系數做回歸分析，得出他們之間具有顯著相關性（P值均小于0.001），表明日本能源結構系數降低與其大規模發展核電是顯著相關的。

　　2.2.2．能源效率變化：產業升級帶來能源利用效率提升

　　日本能源利用效率不斷提升，90年代后基本保持穩定。日本能源效率系數整體呈下降趨勢（代表能源利用效率上升），但下降趨勢在1990年左右停止，從此進入了大致穩定階段。

　　20世紀60年代至70年代日本依賴重工業并購重組提升能源利用效率。1971年以前日本能源效率系數穩定降低，表明日本能源利用效率有所提高。此階段日本工業主要以重工業為主，且在政府支持背景下眾多重工業集團開始并購重組。根據日本公平交易委員會調查，1961年前后，其所受理合并數大幅增加，1961年-1973年間平均每年增加7%，其中大企業合并同期增加48%，此期間產生了日本新日鐵公司、三菱重工業、川崎重工等巨無霸企業。由于大企業存在規模效應，日本大型企業并購重組在一定程度上提高了日本能源利用效率，但是其提升速度相對較慢。

　　20世紀70年代后日本重點發展高科技產業，經濟增長對于能源依賴度大幅減小。在石油危機爆發后，日本經濟增速有所下行，同時面臨發展中國家競爭，日本開始把發展方向轉向汽車、機械、半導體等技術密集型的產業，并將資源消耗較大的鋼鐵、化工等產業向其他國家進行轉移。此后日本國內經濟發展對于資源消耗型產業依賴程度大大降低，相對應的是其能源效率系數快速下降，能源利用效率大幅上升。日本能源利用效率在20世紀90年代后期并未出現大的變動，表明其經濟增速對于能源依賴程度已經基本穩定。

　　2.2.3．人均GDP和人口數量：90年代后處于停滯狀態

　　日本人均GDP在1995年沖頂，此后進入平臺期。日本人均GDP在戰后實現快速發展，日本人均GDP在1983年突破1萬美元大關后，此后便快速提升，并在1995年達到4.3萬美元。日本人均GDP快速提升，主要是其在科技方面對于領先國家的快速追趕以及日元升值疊加金融泡沫所帶來的。之后由于金融泡沫破裂，日本人均GDP進入平臺期，此后保持在3.5萬美元左右。

　　日本人口在1990年前后增速明顯下滑。日本人口數量在20世紀90年代前基本保持穩定中略有降低增速，但在金融泡沫破裂后，日本人口增速開始下滑，最終在2009年日本人口增速開始由正轉負，至此日本人口進入負增長時代。

　　日本人均GDP和人口數量在90年代后基本沒有大變動，這對于其實現CO2排放起到了一定助推作用。但是由于這兩項因素政策調節空間較小，且人口數量下降以及人均GDP停滯也給日本社會帶來了如老齡化、經濟缺乏活力等不利因素，因此尋求碳減排應主要尋求對于能源結構以及能源效率優化上。

　　日本碳達峰過程使得相關產業明顯受益。1974年以后在日本產業升級的大背景下，高科技相關公司股價實現了較好的增長，以索尼為例，索尼2000年的股價相對于1980年提升了近35倍，大幅跑贏日經225指數。

　　2.3．歐盟碳達峰復盤：清潔能源與產業轉移雙輪驅動

　　歐盟工業發展史較長，已于1979年實現碳達峰。歐盟作為現代工業發源地，其工業發展較快，歐盟27國碳排放量先于世界上其他國家開始上升，并且在全球CO2累計排放量中也有較大占比，其最高占比接近35%。歐盟27國CO2排放量于1979年實現碳達峰，此后便開始下降。

　　2.3.1．能源結構：煤炭使用顯著影響能源結構系數

　　歐盟能源結構系數整體呈下降趨勢，能源結構有階段性調整。歐盟的能源結構系數在1965年之后保持穩定下降，表明其能源結構一直持續優化。但是歐盟能源結構系數下降過程中有兩個下降速度減緩期：第一個階段是1972-1980年代之間，此階段主要是由于石油危機造成了一系列能源結構調整；第二個階段是位于碳達峰后2001-2007年之間，此階段主要是由于對于核能利用出現了下降。

　　兩次石油危機過后，歐盟對于石油依賴迅速減少，天然氣補上了能源缺口。在兩次石油危機之前，歐盟對于石油依賴程度相當大且一直上升，直到第一次石油危機前，歐盟能源消耗結構中石油占比為53.34%，石油成為歐盟主要能源。兩次石油危機之后，歐盟經濟與能源出現了巨大危機，期間歐盟經濟同比增速出現了短暫大幅下降，1975年歐盟GDP同比增速由3.1%下滑至-0.65%，1981年歐盟的GDP同比增速由1980年2.07%下降至0.5%。在認識到石油對于經濟巨大影響以及其不確定之后，歐盟便開始了其減少對于石油依賴程度。歐盟能源消耗中石油占比從1973年達到最高點53.34%，此后便開始了下滑階段。但是雖然清潔能源在歐盟的能源消耗占比總體呈現上升狀態，但是石油消耗減少帶來缺口主要是被天然氣、煤炭消耗所補上的。由于煤氫碳原子比在0.2-1.0之間，而石油氫碳原子比達1.6-2.0，因此在用煤替代石油能源過程中，往往會伴隨著更多碳排放。

　　歐盟減少核依賴后短暫轉向煤炭，碳排放有所提升。21世紀初歐洲對于核能利用有所減少，比如2001年歐洲核大國德國紅綠聯合政府通過了到2022年左右完全退出核電計劃。歐洲對于核能利用在2002年達到頂峰12.27%，隨后便開始出現穩中略有下降態勢。而天然氣、煤炭再次成為了緊急能源，煤炭使用占比在1999年到2013年之間基本沒有保持繼續下降態勢，表明核能利用減少所出現能源缺口又一次被天然氣、煤炭所補上，而該時期歐盟能源結構系數下降速度也出現了放緩跡象。

　　2.3.2．能源效率：產業升級與產業轉移下單位GDP能耗有所降低

　　歐盟碳達峰前單位GDP能耗總體呈減小態勢。20世紀70年代以后歐盟能源效率整體處于提升狀態，即單位GDP能耗逐漸減少。歐盟整體能源效率系數從1970年2.20下降到了1979年0.70，下降幅度接近70%。歐盟能源效率下降，主要是由于其工業發展比較早，因此其工業在20世紀中期開始產業升級以及向外轉移。

　　制造業外移為歐盟降低了單位GDP能耗。歐盟由于工業化起步較早，且歐盟地區較早開始了工業轉移。以英國為例，英國制造業在1970年占GVA（毛附加價值）比例為32%，在1979年其制造業占比已經下滑至26%。雖然在1982-1988年制造業占比下降速度大大減緩，但1988年之后制造業仍然保持了下降趨勢。由于制造業創造單位GDP耗能更大，因此隨著制造業占比減少，單位GDP能耗也開始減少。制造業轉移同時歐盟自身也在進行產業升級，20世紀80年代后，歐洲傳統工業大國制造業開始面臨新挑戰，一方面是亞洲新興國家低廉的勞動力造成的成本優勢；另一方面是以韓國、日本為代表一批新興工業國家優良工業產品在全球份額越來越大，歐盟以德國為代表的制造業大國在成本和質量都不具優勢情況下開始了產業升級。歐盟中主要工業國英國、德國、法國、意大利均在20世紀80年代前后增加了對于制造業投資，其制造業在向外轉移同時開始實現自身升級。

　　1980年歐盟單位GDP能耗有所回升，主要是由于個別歐盟成員國發展工業所致。歐盟能源效率系數在1980年達到低點后有所反彈，從1980年0.61上升至1985年0.88，這次單位GDP能耗上升主要是由希臘、葡萄牙、保加利亞以及塞浦路斯單位GDP能耗上升所致，這四個成員國單位GDP能耗并沒有像其他成員國一樣出現下降，而是在20世紀80年代出現了上升趨勢。這些國家單位GDP上升主要是由于制造業發展所引起，以希臘為例，希臘制造業在GDP中占比在此期間有所回升，從1980年15%上升至1983年19%，制造業回升使得單位GDP能耗有所增加。

　　2.3.3．人均GDP與人口：二者數量均增加，但人口同比增速放緩

　　歐盟人均GDP在實現碳達峰前實現了快速增長。歐盟作為世界上最為發達地區之一，其人均GDP自1960年以來實現了快速增長，1960年歐盟人均GDP為890.41美元，1979年其實現碳達峰時人均GDP為7274美元，人均GDP上升使得歐盟整體碳排放有所增加。

　　歐盟人口不斷增加，但增速有所放緩。人均GDP增加同時歐盟總人口也在平穩增加，其總人口從1960年3.57億人增加到了1979年4.06億人，但歐盟人口增速出現了一定程度上放緩。其人口數量同比增速從1960年的0.87%下降至1979年0.44%。

　　歐盟碳達峰之路主要依賴清潔能源增加，輔之以產業升級以及產業轉移。在石油危機之前，歐盟雖然在進行產業升級以及產業轉移，但是由于人口增加以及人均GDP增加，此階段碳排放量仍處于上升狀態，此階段成立高科技公司在此后大幅跑贏市場（以英國富時100指數指代）。1980年之后歐盟迅速減少了對于石油依賴轉而加大對清潔能源使用，其碳排放量也迅速減少，歐洲能源巨頭也在此期間大幅跑贏市場。

　　2.4．美國碳達峰復盤：能源消耗大國清潔能源發展之路

　　2007年美國實現碳達峰。1949年，美國能源消耗產生二氧化碳為22.07億噸，直至1961年13年間，保持在30億噸以下水平。從1962年后，美國能源消耗二氧化碳排放數量快速增長，1969年突破40億噸，1988年增長到49.81億噸，2006年增長到59.14億噸。2007年，美國能源消耗排放的二氧化碳為60.03億噸，美國實現碳達峰，此后碳排放開始下降。

　　2.4.1．能源結構：石油是最大能源來源，非化石能源占比20%

　　美國國內可再生能源占比較大，能源消費比重依次是石油、天然氣、煤炭、核能以及可再生能源。2005-2014年，美國煤炭和石油發電量占比呈下降趨勢，天然氣發電量占比呈上升趨勢，且風力發電量從2008年5萬吉瓦時增加至2017年25萬吉瓦時，占整個發電量份額從1.5%增加至6.9%；核電目前占美國總發電量20%，成為世界上核電裝機容量最多國家；太陽能發電占比也迅速攀升，其中加利福尼亞州實施“百萬太陽能屋頂計劃”，該州太陽能發電占全國太陽能發電總增長43%。

　　能源消費結構持續調整是美國二氧化碳排放達峰和下降重要原因。1949年，煤炭是第一大能源消費來源，占美國一次能源消費總量的37.48%。然而從1950年開始，石油就成為美國第一大能源消費來源并一直保持到今，當年美國石油消費量為13.30千萬億英熱單位，超過煤炭12.35千萬億英熱單位，煤炭淪為第二大能源消費來源，美國由此進入了石油時代，比1965年全世界邁入石油時代早了整整15年。1958年，美國天然氣消費量為10.66千萬億英熱單位，超過煤炭，成為美國第二大能源消費來源，并一直保持至今。

　　美國能源消費結構最有標志性變化為非化石能源已占美國一次能源消費總量20%。2019年，由水力發電、風能、太陽能、地熱能等構成的可再生能源消費總量為11.46千萬億英熱單位，130多年來首次超過煤炭的11.32千萬億英熱單位，成為第三大能源消費來源，煤炭下降到第四位，加上核能，非化石能源已占美國一次能源消費總量的20%。對以天然氣為代表的清潔能源依賴增加，使得美國的能源結構系數在2005年后開始下降。

　　2.4.2．能源效率：頁巖油革命和產業升級下實現效率提升

　　美國單位GDP所需能源消耗不斷下降，70年來下降近65%。美國能源消費下降同時經濟能保持穩定增長，源自能源效率持續提升及單位能耗不斷降低。能源效率（單位GDP所需能源消耗），反映的是一個國家為生產一個單位GDP所消耗能源，是衡量國家經濟競爭能力重要指標。按2012年美元計算，1949年美國每美元實際GDP能源消耗為15180英熱單位；20世紀50年代至70年代中期，美國單位GDP能耗徘徊在14000至13000英熱單位之間；1985年，下降至9600英熱單位，此后下降速度加快；2019年，美國單位GDP能耗僅為5250英熱單位，僅為1949年的34.58%。

　　針對能源效率政策使得頁巖革命成為現實，美國持續調整并提高了能源利用效率。由于上世紀70年代石油危機嚴重沖擊了美國，促使時任總統尼克松提出能源獨立計劃，此后歷屆美國政府均將實現能源獨立作為能源政策核心內容。從20世紀80年代初里根政府開始，聯邦政府大力推行能源市場自由化政策，解除對天然氣價格管制，努力營造充分競爭、鼓勵私人投資和技術進步政策環境。美國在實現能源獨立的同時，持續調整能源結構并提高了能源利用效率。預計未來30年美國頁巖氣產量將保持穩步增長，將從2018年22.05萬億立英尺增長至2050年42.62萬億立方英尺。

　　美國產業結構不斷優化升級，第三產業部門占比快速提升。同第一產業和第二產業形成鮮明對比是美國第三產業，總量和GDP占比均呈顯著上升趨勢。從二戰后至今，美國第三產業由不到1500億美元增加到10萬多億美元，增長約70倍。第三產業占GDP比重由不到60%上升到80%左右。美國對于衰退產業調整政策以技術促進和勞動調整為主，對于新興產業政策重心更多在促進高技術研發。即使對“再工業化”制造業復興也是以大力發展高附加值制造產業，輔之以資金補貼、優惠信貸和減免稅收、支持和鼓勵風險企業建立等鼓勵和促進措施，改造和提高勞動密集型和資本密集型產業技術水平進而影響傳統產業生產要素構成，形成新產業部門。

　　2.4.3．人均GDP：經濟平穩增長下能源密集型產業轉移至海外

　　1949年至2020年72年間，除少數年份外，美國名義國內生產總值一直穩定地增長。1949年，美國國內生產總值為2725億美元，人均1826.4美元。1969年，美國國內生產總值邁過1萬億美元，為10176億美元。2000年，美國國內生產總值邁過10萬億美元，為102523億美元；2018年邁過20萬億美元，為206119億美元。2019年，是美國歷史上名義國內生產總值最高的年份，為214332億美元，人均6.53萬美元，分別是1949年的78.65倍和35.75倍。

　　2.4.4．人口數量：總量不斷增加，但高城市化助力減少碳排放

　　美國人口總數在近一百年內持續增長，總人口數已超過3億人。作為移民國家，美國總人口數一直保持著良好增勢。其人口已經從1929年1.2億上升至2020年3.3億，人口平穩增長在為其帶來勞動力同時也為其增加了環境負擔。人口規模與碳排放正向線性相關，根據計量模型估計的系數，人口總量每增長1%會引起碳排放增加2.473%，人口因素對美國二氧化碳排放量增長貢獻超過了62%，且隨著美國社會發展和生活質量不斷改善，人均能源消費水平持續攀升，人均二氧化碳排放量也逐年遞增。人口數量增長以及人均能源消費水平攀升增加了美國碳排放水平。

　　高城鎮化率在一定程度上抵消了美國人口增長帶來碳排放負擔。這是由于城市化初期會增加二氧化碳排放，而持續城市化則會因規模效應和技術進步最終減少碳排放總量。美國2020年城鎮化率已經達到82.7%，較高城鎮化率也在一定程度上減少了美國由于人口增加帶來碳排放負擔。美國實現碳達峰主要依靠其對于清潔能源使用增加，其對能源市場政策改革也幫助其實現了單位GDP能耗的降低。

03 中國趨勢向好，清潔能源與產業升級大勢所趨

　　中國的碳排放量在全球處于第一位，在全球碳排放量的占比接近30%。由于國內工業化開始時間較晚，目前國內碳排放量還處于上升狀態，且在中國加入世界貿易組織之后國內CO2排放量更是迎來加速階段。對于國內CO2排放量分析，同樣可以將CO2排放量分為能源結構系數、能源效率（單位GDP能耗）、人均GDP以及人口數量的乘積，每一項系數越小，代表該項導致碳排放相對越少。

　　3.1．能源結構：整體有所優化，加大清潔能源比例

　　國內能源結構系數整體處于下降趨勢，但相對發達國家仍然偏高。中國能源結構系數整體處于下降狀態，在1986年以前國內能源結構系數基本保持在0.3左右震蕩，之后開始出現下行。盡管國內能源結構系數在下行，但是相較于發達國家來說，國內能源結構系數還是偏高，日本能源結構系數保持在0.21附近，美國能源結構系數也在2019年下降到0.2，而國內2019年能源結構系數仍然為2.6，與發達國家之間仍然存在差距。

　　1995年以前中國能源消耗以煤為主，之后逐漸減少對煤依賴。1995年以前國內能源結構系數大致在0.31左右震蕩，此階段中國能源消耗以煤炭為主，且在1977年之后其消耗比例基本保持穩定。在1995年后，煤炭消耗量占比逐步減小，與之對應是對天然氣與水能等清潔能源依賴加重，此階段能源結構系數也逐步降低。

　　與發達國家相比國內對于煤炭依賴過大，且清潔能源占比較低。日本在其發展過程中，通過依賴核能、天然氣方式實現了對于石油、煤等高污染能源替代；美國通過增加對天然氣、太陽能、風能等能源使用實現對石油、煤油等傳統能源依賴。目前雖然中國國內清潔能源使用比重在逐步加大，但是其所占比重遠遠小于發達國家。日本碳達峰時石油與煤炭消耗占比總和為71.15%（該時期由于福島核電站事故，日本暫時減小了對于核能的依賴），煤炭消耗量占比為25.07%；美國碳達峰時石油與煤炭消耗量占比總和為63.99%，煤炭單獨消耗量占比為23.51%；而2019年中國石油與煤炭消耗量占比總和為77.33%，且中國對于煤炭能源過于依賴，煤炭消耗量單獨占比為57.04%，遠高于其他經濟體。根據發達國家經驗，未來國內將降低對煤炭資源依賴，清潔能源所占比重將會快速提升。

　　3.2．能源效率：單位GDP能耗減少，產業轉型進行中

　　國內單位經濟增長對于資源依賴逐年減少。以能源效率系數（單位GDP能耗）來指代國內經濟增長對于資源依賴，該系數越小代表國內經濟增長對于資源消耗依賴越小，即單位經濟增長所排放CO2越少。國內能源效率系數分為兩個階段：第一階段是20世紀90年代初以前，此階段能源效率系數基本保持在1.5-2之間；第二階段是20世紀90年代初以后，此階段能源利用系數不斷下降，表示國內單位經濟增長對于資源消耗越來越少。2019年中國能源效率系數為0.27（TWh/億美元），仍然顯著高于美國同期數據0.12以及美國實現碳達峰時數據0.15。

　　資源型產業占比下降導致單位GDP能耗不斷減少。改革開放后到20世紀90年代初之前國內制造業粗放式發展，導致經濟增長對于資源依賴較多。改革開放之后，被長期壓抑社會需求得到了釋放，需求推動了生產領域快速發展，這一時期發展是以工業為主，該時期第二產業同比增速大于第一產業以及第三產業同比增速。隨后第二產業同比增速不斷減小，最終在1997年被第三產業同比增速反超，隨后兩者同比增速基本保持一致。第二產業同比增速下降表明其在整個經濟體GDP中占比有所下降，經濟中對資源型產業依賴相對減輕，加上此后技術改進，單位GDP能耗不斷減少。

　　第三產業比重不斷提升，但與發達國家相比占比仍然較低。自從20世紀90年代之后，國內第三產業對于GDP支撐作用就在逐步變大，在2021年3月，國內第三產業對GDP貢獻率達到了50.9%，第三產業比重增加也使得國內經濟發展對于資源需求降低，但是目前第三產業占比相較于發達國家（美國75%、日本68%）來說仍然偏低。

　　國內已經開始進行產業升級，先進制造業增速較快。根據發達國家經驗，在碳達峰過程中能耗較高以及勞動密集型產業會逐步被淘汰或者被轉移至其他地區，而附加值較高、環境更為友好產業將會被留存下來。目前國內這一進程已經開始進行，以儀器儀表制造業、電子信息制造業為代表先進產業工業增加值同比增速快于以煤炭開采和洗選業、石油和天然氣開采業為代表傳統產業工業增加值同比增速。未來這一趨勢將會繼續，相關重點產業也會受益。

　　3.3．人均GDP：趨勢不斷提升，不同地區間差異較大

　　中國人均GDP在加入WTO后開始快速增長。在加入世貿組織之前，中國人均GDP只有8717元人民幣，在加入世貿組織后，中國人均GDP在20年間增長到70581元人民幣，突破人均GDP一萬美金重要關口。

　　國內不同地區碳達峰壓力有所差距。從分區域情況來看，重慶、河北、河南、江西、廣西、福建、廣東這些省份多數工業發達，嚴重依賴于碳能源相關產業，導致云南、安徽、山西、四川等省份環境污染破壞嚴重，遼寧、黑龍江、山東、新疆、江蘇、湖北、湖南、陜西、青海、寧夏這些省份隨著當地人均GDP提高，導致人們對消費增長以及對能源消耗增加，使得人均碳排放量提高。

　　3.4．人口數量：總體處于增長階段，老齡化現象嚴重

　　中國人口眾多，總量增長將引起碳排放量增長。根據CO2因子分解分析，經濟體人口數量越多，最終CO2排放量也會越多。中國人口處于不斷上升階段，中國人口數量從1960年6.6億上升至2021年14.1億人，人口總量增長也會引起碳排放量增長，但是目前國內人口增速在2025年高峰之后逐年下滑。

　　目前中國已邁入中度老齡化國家，人口老齡化成為人口結構變化最主要特征，“人口紅利”正逐漸減少并最終消失。但是中國人口年齡結構變化會存在降低或減緩碳排放加速可能，并在一定程度上會改善當前我國碳排放量大狀態，助力國內完成2030年前達到碳達峰目標。

　　04 投資建議

　　4.1．清潔能源是碳達峰必經之路，著重關注風電與光伏

　　清潔能源消耗占比將會逐步提升。在實現碳達峰乃至碳中和道路上，根據發達國家的經驗，清潔能源消耗占比將會逐步提升，相關產業將會受益于碳達峰以及碳中和的推進。

　　風電未來將成為最主要非化石能源品種，比重將提升至31%。國家電網國網能源研究院《中國能源電力發展展望》指出，非化石能源占比將在2040年左右超過50%，風能、太陽能發展快速，在2030年以后成為主要非化石能源品種，2050年占一次能源需求總量比重分別為26%和17%，2060年進一步提升至31%和21%。未來國內風能將會相當于日本和美國天然氣能源在其國內地位。

　陸上風電方面，機組大容量化為最新趨勢。2021 年開始，陸上風電項目補貼全面取消，開啟平價上網時代，各大風電提供商具較強動力降低發電成本。近年來，陸上風電機組大型化、大容量化趨勢明顯，風能利用效率進一步提高。建議關注受益于風機大功率趨勢的板塊。

　　海上風電成為新方向，政策推動下確定性較強。海上風電是風電一種，且由于其具有資源豐富、不消耗土地等眾多優點，成為了眾多國家發展新能源重點方向。據全球風能理事會（GWEC）數據顯示，2020年全球海上風電累計裝機容量超3500萬千瓦，其中英國占最大份額29%，中國通過近年來快速發展已達到世界第二，占比28.12%，且目前國內對于海上風電的支持力度逐漸加大。根據《風能北京宣言》倡議，“十四五”年均新增風電裝機5000萬千瓦以上，風電行業增長確定性較強。

　　海上風電成本處于下降通道中，將為風電領域新發展方向。相比陸上風電，目前海上風電機組設備成本和運營維護成本仍處于較高水平，隨著近年來投資、運維成本不斷下降，根據水電水利規劃設計總院預測，2025年海上風電也有望實現平價，建議關注海上風電具有領先技術以及較低成本的龍頭企業。

　　2050年全球能源部門碳零凈排放目標下，國內光伏新增裝機量存在巨大空間。太陽能光伏產業是另一前景廣闊清潔能源產業，由于其具有安裝靈活特點，從2004年開始，接入電網光伏發電量以年均60%速度增長，到2020年，總發電容量已經達到21.58GW，是當前發展速度最快能源。在NZE2050（2050年全球能源部門碳凈零排放）目標指引下，國際能源署預測中國2025E/2030E光伏年新增裝機量將分別達85GW/185GW，相比2018年，國內在2030年前光伏新增裝機量仍有超過7倍空間。

　4.2．產業升級大勢所趨，重點關注芯片與新能源汽車

　　根據發達國家的經驗，在碳達峰過程中第二產業將會逐步進行升級以及轉移，留在國內產業將是附加值更高、更具科技水平產業，據此我們認為國內芯片產業以及新能源汽車產業將會迎來投資機會。

　　芯片領域國內初步取得進展，政策鼓勵下將會迎來更大機會。日本在碳達峰過程中，在淘汰重工業時曾把汽車、芯片等高科技產業作為重點扶持產業，目前國內也在進行類似進程。隨著智能時代來臨，國內對于芯片重視程度也在加大，2018年大陸在設計領域、晶圓代工領域以及封測領域全球市場份額分別排名第三、第二以及第二，據中國半導體行業測算，2020年我國集成電路銷售收入達到8848億元，平均增長率達到20%，為同期全球產業增速3倍，技術創新上也不斷取得突破，目前制造工藝、封裝技術、關鍵設備材料都有明顯大幅提升。隨著全球供應鏈不確定以及政策鼓勵下，芯片半導體產業將會迎來更大發展前景。

　　國內汽車產業有望借電動化浪潮成為新能源汽車產業龍頭。新能源汽車由于不依賴燃油資源、無廢氣排放、效率高、噪聲低等優點，其對于完成碳達峰碳中和目標意義重大，且目前全球新能源汽車行業在智能化大勢下迎來了巨大發展機會，國內汽車廠商有望抓住機會成為中國產業轉型關鍵。2019年全球前十大新能源汽車廠商合計市場份額接近在60%以上，其中國內廠商占到4位，合計市場份額為25.31%，隨著國內智能設備廠商以及更多汽車廠商入局，未來新能源智能汽車產業將成為國內產業轉型重點受益領域。

新能源汽車高景氣下，動力電池明顯受益。動力電池是新能源汽車不可缺少一部分，國內外市場空間巨大。目前國內動力電池市場廣闊，我國2020年動力電池裝機量為63.64 GWh，同比增加2.3%。2020年上半年疫情影響下游需求，動力電池裝機數據有所下滑。隨著經濟復蘇下游需求向好，6月份以來，國內動力電池裝機量連續環比增長。12月份裝機量為12.95 GWh，同比增加33.4%，環比增加22.0%。2021年1月裝機量8.70GWh，同比增加273.53%。我們認為該向好趨勢將延續。根據中汽協的測算，國內動力電池的需求將在2025年達到385GWh，相較于2020年增長5.1倍。