投资评级：看好 (维持)

2024年07月01日

行业走势图

有色金属

数据来源：聚源

中美电网投资周期共振，或将对铜、铝需求形成明显拉动

-行业深度报告

李怡然 (分析师)

liyiran @kysec.cn

陈权 (联系人）

证书编号：S0790523050002

chenquan @ kysec.cn

证书编号：S0790123100016

·美国电网升级改造或将徐徐展开

电力设备老化、电力需求增长与能源结构性转型对美国电力系统造成冲击，美国电网面临安全和稳定性问题，亟待升级改造。美国电网承载能力不足，互联请求容量激增，大量新增的可再生能源对传统电网的稳定性产生冲击；美国制造业回流、电动汽车市场份额的提升、数据中心、加密货币和人工智能（AI)的发展对电力需求量大增，叠加美国电网的老化问题，美国电网亟待升级改造。宏观层面，美国政策对于电力投资的支持力度不断加大，中观层面，美国公用事业公司的电力投资预算不断提升，宏观、中观相互印证，美国电网升级改造或正在徐徐展开。

·中国铜、铝、钢在全球需求中占比较大，为重点关注区域

铜：总量上，中国铜消耗量最大，新增量中，中国占主要影响。2022年全球铜消耗量为 2584万吨，新增量为107万吨，中国电网消耗量为 530 万吨，占比20.5%，新增量为84万吨，新增占比79%；美国电网铜消耗量为140万吨，占比 5.4%，新增量为-31万吨，对全球铜消耗新增量形成拖累。铜消耗主要在输配电侧，其次为发电侧；输配电侧中，主要为线路用铜，其次为变压器用铜。铝：2022年全球铝消耗量为6805万吨，新增量为-42万吨，中国电网消耗量为918万吨，占比13.5%；美国电网铝消耗量为231万吨，占比3.4%，新增量为-50 万吨，对全球铝消耗新增量形成拖累。细分项看，铝消耗主要在输配电侧，其次为发电侧；输配电侧中，主要为变电站用铝，其次为线路用铝。

钢：我们预测，2023年中国电网钢铁消耗量为8128万吨（新增3740万吨）当年粗钢产量为10.19亿吨，占比8.0%；美国电网钢铁消耗量为985万吨（新增45万吨）当年粗钢产量为8066万吨，占比12.2%。细分项看，钢铁消耗主要在发电侧，其次为输配电侧。

·中美电网投资周期共振，或将对铜、铝需求形成明显拉动

我们认为，中国电力装机容量将维持稳定增长，而当下美国可以类比2000-2003年，在新旧矛盾转换期，基础设施建设先行，叠加美国电网老化与人工智能、数据中心对电力需求的拉动，美国的电网升级改造将徐徐展开，中美电网投资周期共振，或将对铜铝需求形成明显拉动。推荐标的：紫金矿业、洛阳钼业、中国宏桥、云铝股份；受益标的：金诚信、天山铝业、南山铝业。

铜：经过计算，我们预计2030年中国电网铜消耗量为 468万吨，2023-2030 年均复合增长率-5%，美国电网铜消耗量年度为 535万吨，2023-2030年均复合增长率18%，2030年全球铜的消耗在3584万吨左右。

铝：经过计算，我们预计2030年中国电网铝消耗量为814万吨，2023-2030 年均复合增长率-3%，美国电网铝消耗量年度为903万吨，2023-2030年均复合增长率19%，2030年全球铝的消耗在9541万吨左右。

·风险提示：假设参数偏差，预测数据偏差。

1、美国电力系统面临稳定性问题
1.1、美国电力系统由互连和平衡机构组成. ...4
1.2、美国电力系统面临稳定性问题..
2、电力设备老化、电力需求增长与能源结构性转型对美国电力系统造成冲击.
2.1、电网设备老化与承载能力不足. ...
2.2、可再生能源对传统电网的稳定性产生冲击.. ...6
2.3、电力需求或将进入快速增长阶段... ..7
3、美国电网投资已然开启，可持续性较强... ...9
4.1、物质流模型的方法论介绍. ..10
4.1.1、发电.... ....10
4.1.2、输配电侧. ..11
4.1.3、储电侧. ...13
4.2、我们预测 2023年中国电网铜消耗量为647万吨，美国电网铜消耗量为164万吨，线路为主要用铜领域....13
4.3、我们预测2023年中国电网铝消耗量为1031万吨，美国电网铝消耗量为274万吨，变电站为主要用铝领域..14
4.4、我们预测 2023年中国电网钢铁消耗量为8128万吨，美国电网钢铁消耗量为985 万吨，发电侧为主要用钢领
域. ....15
5、中美电网投资周期共振，或将对铜、铝需求形成明显拉动.. ···························. ...16
6、风险提示... ..18

图表目录

图1：美国电力系统由互连和平衡机构组成.
图2：美国停电次数更加频繁. ..5
图3：美国停电持续时间更长. ...5
图4：截至2023年，队列中的互联请求容量达2600GW.
图5：自2013年以来，年度互联并网请求激增. ....6
图6：可再生能源占新增活跃产能比例达到95%以上，
图7： 2000-2018年，只有14%的队列容量完成商业运营 ....6
图8：2021年，可再生资源占美国发电结构的2.0%.
图9：2007-2023年美国工、商业用电增速放缓， ...7
图10: 电力需求或将重新进入快速增长阶段. ....8
图11: 电力需求或将重新进入快速增长阶段.
图12:
图13: 预计2024-2025年美国数据中心的用电量将快速增长. ....9
图14：IRA法案通过后，美国电力并网请求激增. ...10
图15：2023-2025年美国电网投资或有较大幅度增长...
图16: 2023年电网投资计划中发电、输配电增项较大.. ..10
图17：输配电侧电网投资侧重于线路的维修与替换...
图18: 我们假设美国高压线路与中低压线路的比例与欧洲相同. ....12
图19：我们预测 2023年中国铜消耗量为 647万吨.. .14
图20: 我们预测 2023年美国铜消耗量为164万吨... ...14
图21: 我们预测2023年中国线路用铜量为354万吨... ....14
图 22：我们预测2023年美国线路用铜量为113万吨..
图23: 我们预测 2023年中国铝消耗量为1031万吨. ...1.5
图24: 我们预测2023年美国铝消耗量为247万吨.. ...5
图 25：我们预测 2023年中国变电站用铝量为421万吨， ..5
图26:
图 27：我们预测2023年中国钢铁消耗量为7986万吨， ...16
图 28：我们预测 2023年美国钢铁消耗量为995 万吨.. 16
图 29：我们预测 2023年中国线路用钢量为379万吨.. .16
图30：我们预测 2023年美国线路用钢量为127万..
图31：我们预测2030年中国装机容量达到3827GW！ .17
图32：我们预测2030年美国装机容量达到1721GW！ ..17
表1：拜登政府对电力基础设施投资的支持..
表2：不同技术发电量（MW）对应铜、铝、钢的材料密度（MW/t)
表3：我们假设线路与变压器、变电站数量之间的比例为常数.
表4：不同压力线路材料单耗... ...12
表5：变压器、变电站材料单耗.
表6：不同储电技术材料单...
表7：2024-2030年中美两国装机总量增速假设.. ....16
表8：2024-2030年中美电网带动铜需求测算（单位：万吨） ...17
表9：2024-2030年中美电网带动铝需求测算（单位：万吨）

1、美国电力系统面临稳定性问题

1.1、美国电力系统由互连和平衡机构组成

发电厂产生的电力经过由变电站、电力线和配电变压器组成的复杂网络到达客户。美国电力系统由7300多座发电厂、近160,000英里的高压电力线以及数百万条低压电力线和配电变压器组成，服务1.45亿客户。

美国本地电网相互连接，以实现稳定性和商业目的。美国 48个州的电力系统由三个主要的互连组成，东部互联主要以煤炭发电为主，西部互联以水电为主，德克萨斯互联以天然气发电为主，联邦能源监管委员会（FERC）负责监管以上互联。

（1）东部互连（FRCC）包括落基山脉以东的地区和德克萨斯州北部的一部分。东部互联由36个平衡机构组成：美国31个，加拿大5个。

（2）西部互连（WECC）包括落基山脉以西的地区，由37个平衡机构组成：美国34个，加拿大2个，墨西哥1个。

（3）德克萨斯州电力可靠性委员会（ERCOT）覆盖了德克萨斯州的大部分地区，仅由一个单一的平衡机构组成。

图1：美国电力系统由互连和平衡机构组成

资料来源：“Regional Entities.”North America Electric Reliability Corporation.

这三个互连线通过少量低容量直流（DC）输电线路相互连接，有助于保持电力系统的可靠性和稳定性，有助于防止输电线路或发电厂故障导致的电力服务中断。电力系统的实际运行由称为平衡机构的实体管理。大多数平衡机构是电力公司，承担了电力系统特定部分的平衡责任。

1.2、美国电力系统面临稳定性问题

美国停电次数更加频繁，停电持续时间更长。美国能源部的数据显示，与2000年至2010年相比，2011年至2021年期间重大停电（影响50000名或更多客户）增加了64%。停电的持续时间会更长，美国能源部数据显示，从2013年到2021年，停电的平均持续时间增加了一倍多，从约3.5小时增加到超过7小时。更多的停电次数与更长的停电时间表明美国电力系统正面临问题，我们认为主要原因有三，分别为电网设备老化与承载能力不足、电力需求增加、可再生能源对传统电网的稳定性产生冲击。

图2：美国停电次数更加频繁

资料来源：Scientific American

图3：美国停电持续时间更长

资料来源：Scientific American

2、电力设备老化、电力需求增长与能源结构性转型对美国电力系统造成冲击

2.1、电网设备老化与承载能力不足

美国电网老化拖累运行效率。美国电网的大部分是在20世纪60-70年代设计和安装的，设备的使用寿命通常约为50年，目前美国大部分电网已经超过了其使用寿命，这使得点线缆的弹性较差，更容易发生损坏，并且在损坏发生后难以恢复。

电网承载能力不足，互联请求容量激增。根据劳伦斯伯克利国家实验室(BerkeleyLab）的最新研究，2023年美国各地寻求输电连接的新发电和储能项目积压再次增加，目前有约 2600 GW 的发电和储能容量寻求电网互连。在过去十年中，美国互连队列的活跃容量增加了近八倍，目前是美国现有发电厂总装机容量的两倍多，其中太阳能、电池存储和风能合计占所有活跃新增产能的95%以上。

由于各种原因队列中的大部分容量最终不会建成，但是运营商已经提出解决方案。由于各种原因，2000年到2018年提交互连请求的项目中，只有19%（以及容量的14%）到 2023年底达到商业运营。大量积压的队列容量增加了运营商的成本，2023年7月，FERC通过了2023号令，要求对互联程序进行重大改革，例如利用集群（先准备、先服务）而不是串行（先到先服务）方式，设置更高的押金和准备要求进入队列，设置更严格的时限和处罚等。并且MISO、CAISO、PJM和ERCOT等多个区域电网运营商已经实施或提出了超出2023号令要求的其他改革。

图4：截至2023年，队列中的互联请求容量达2600GW

资料来源：Berkeley Lab

图5：自2013年以来，年度互联并网请求激增

资料来源：Berkeley Lab

图6：可再生能源占新增活跃产能比例达到95%以上

资料来源：Berkeley Lab

图7：2000-2018年，只有14%的队列容量完成商业运营

资料来源：Berkeley Lab

2.2、可再生能源对传统电网的稳定性产生冲击

电力终端需求是动态的，需求会随着时段、季节、天气等的变化而变化，为保持稳定且充足的电力供应，美国电网运营商会利用电网储存多余电力以备后用。在传统能源电力供应结构中，电网运营商根据需求波动而增加或减少运行的化石燃料发电机组可以有效的应对需求的波动。但是随着电力供给转向可再生能源，例如风能和太阳能等间歇性发电能源，电力供应变得更加波动。间歇性能源的运行能力会受到运行条件、天气条件、一天中的时间的影响。2021年，可再生资源占美国发电结构的 20%，预计从 2021 年到 2050 年，其份额将增加一倍以上（EIA 2022c;2022b)。根据美国能源信息署(EIA）的数据，2022年可再生能源发电量超过了核能和煤炭，其中大部分增长由风能和太阳能贡献 (EIA2022c)。

图8：2021年，可再生资源占美国发电结构的20%

资料来源：EIA2022b

2.3、电力需求或将进入快速增长阶段

2023年美国总用电量约为4.00万亿千瓦时，环比2022年下降1.6%，是1950年用电量的14 倍。1950-2007年，电力需求随经济发展快速增加，其中仅有3年用电量有所下滑，2007-2023年，美国整体电力需求增速有所放缓，其中有9年用电量环比转负。其间，全球化进入新发展，美国制造业加速向全球其他地区转移；受到全球变暖的影响，居民端采暖用电量下滑；另外美国对能源效率的日益重视有效地抵消了不断增长的需求。尽管美国短期电力需求可能会因天气的逐年变化而波动，但长期需求趋势往往是由经济增长推动的。我们预计随着制造业回流、新能源汽车、人工智能和数据中心的发展，美国用电需求量或将重新进入快速增长阶段。

图9：2007-2023年美国工、商业用电增速放缓

资料来源：EIA

图10：电力需求或将重新进入快速增长阶段

数据来源：Wind、开源证券研究所

美国制造业回流提振电力设备需求。美国制造业先后经历了工业化一去工业化一制造业回流三个阶段，制造业回流自奥巴马执政时期便已开始布局，拜登政府接力高端制造业回流。电气设备制造业的大量投资是电力需求好转的主要推动力，2月份制造业的建筑支出同比增加 32%，与新冠疫情前的水平相比增长了181%，刺激了对基础设备的更大需求。《通货膨胀削减法案》(IRA）以及《芯片与科学法案》这两项法案有力地推动了制造业投资的上升，并且将投资引导到关键能源转型组件的制造领域。

图11：电力需求或将重新进入快速增长阶段

数据来源：Wind、开源证券研究所

电动汽车（EV）市场份额的提升有望增加电力需求。2023年，美国电动汽车的销量同比增长了51%，销量超过140万辆，占所有轻型汽车销量的9.5%，市场份额比 2022年增加了2.5个百分点。根据 Edison Electric Institute（EEI）预测数据，到 2030年，美国道路上将有2640万辆电动汽车（占新车的25%)，随着电动汽车数量的快速增长，对拉动对电力的需求。

数据中心、加密货币和人工智能（AI）增加电力需求。2022 年全球数据中心、加密货币和人工智能（AI）消耗了约 460TWh的电力，几乎占全球总电力需求的2%。数据中心是支持数字化的基础设施的关键部分，也是为其提供动力的电力基础设施。数据中心的电力需求主要来自两个程序，算力占数据中心电力需求的40%左右，冷却占40%左右，其他相关的IT设备占比20%左右。

截至2022年底，全球有 8000个数据中心，其中约 33%位于美国，16%位于欧洲，近10%位于中国。预计未来几年美国数据中心的用电量将快速增长，从2022年的约200TWh（占美国电力需求的4%左右）增加到2026年的近260TWh，占总电力需求的6%左右。

图12：美国 2023年电动车在轻型汽车中的市场份额约9.51%

资料来源：Alliance For Automotive Innovation

图13：预计 2024-2025年美国数据中心的用电量将快速增长

资料来源：IEA

3、美国电网投资已然开启，可持续性较强

美国政府对电力投资予以支持。2020年新冠疫情以来，美国先后通过了《基础设施投资和就业法案》 (IIJA)、《通货膨胀削减法案》(IRA)，刺激电力基础设施投资，2024年4月16日，美国能源部(DOE)宣布提供3400 万美元投资用于电力项目，根据 BerkeleyLab 研究，自IRA 法案通过以来，超过1100GW的太阳能、储能和风能项目提交了互连请求，有力的刺激了电网投资。

表1：拜登政府对电力基础设施投资的支持

美国政府政策支持	通过时间	政策内容
《基础设施投资和就业法案》(IJA)	2021年11月	包括650亿美元用于升级和扩建国家电力基础设施
《通货膨胀削减法案》 (IRA)	2022年8月	包括一系列旨在减少电力的税收优惠和相关条款
美国能源部 (DOE)宣布投资支持	2024年4月	为11个州的12个项目提供3400万美元，通过开发经济高效、高速和安全的地下技术来加强美国老化的电网并使其现代化。

资料来源：Rystad Energy、美国政府、开源证券研究所

2024年-2025年美国公用事业公司电力资本开支预计将会出现较大幅度增长。根据EdisonElectricInstitute（EEI）统计的全美公用事业上市公司电力资本开支数据，预计2023年全美公用事业公司电力资本开支计划1678亿美元，同比2022 年计划增长8.5%，其中用于发电机组建设、输配电网建设的资金有较为明显的增长，而输配电侧投资侧重于线路的维修与替换。根据 EEI的说明，在行业层面，资本支出往往在第一年的预测中被高估，而在接下来的两年中被低估。我们预计，在考虑到高估和低估的历史趋势后，2024-2025年美国电网资本支出将继续上升。

图14：IRA法案通过后，美国电力并网请求激增

资料来源：Berkeley Lab

图15：2023-2025年美国电网投资或有较大幅度增长

资料来源：EEI

图16：2023年电网投资计划中发电、输配电增项较大

资料来源：EEI

图17：输配电侧电网投资侧重于线路的维修与替换

资料来源：EEI

4、中、美电网铜、铝、钢的需求测算

4.1、物质流模型的方法论介绍

4.1.1、发电侧

流入为每年美国的新增装机容量；根据 S.Deetman 等假设的不同技术发电设备使用寿命，计算得到每年发电机组退役量，进而得流出量，库存采用公式计算得到。我们统计了每种发电技术所用的钢铁、铜、铝的密度（S.Deetman 等，2021)，通过美国在运行机组发电量，计算得到每年铜、铝、钢的物质流模型，考虑到开关、接插件、母线等电厂附属设备也会使用铜材料，我们假设发电厂附属设备耗铜量占比为20%。库存公式如下：

式中，St、It、Ot为t时刻库存量、流入量和流出量，St-1为t-1时刻的库存量。

表2：不同技术发电量(MW）对应铜、铝、钢的材料密度（MW/t)

materials	Cu	Al	Steel
Wood/Wood Waste Biomass	0.76	0.3	33.4
Other Waste Biomass	0.76	0.3	33.4
Conventional Steam Coal	1.15	0.504	84.6
Natural Gas Steam Turbine	0.38	0.4	4
Natural Gas Fired Combustion Turbine	0.38	0.4	4
Petroleum Liquids	0.76	0.6	72.9
Natural Gas Internal Combustion Engine	0.38	0.4	4
Natural Gas Fired Combined Cycle	0.38	0.4	4
Conventional Hydroelectric	1.7		71
Geothermal	3.9	3.6	216
Solar Photovoltaic	6.34	10.2	150
Onshore Wind Turbine	2.73	0.87	121
Offshore Wind Turbine	5.57	1.44	158
Other Natural Gas	0.38	0.4	4
Other Gases	0.38	0.4	4
Petroleum Coke	1.15	0.504	84.6
All Other	1.15	0.504
Nuclear	0.76		84.6
Coal Integrated Gasification Combined Cycle	1.15	0.08	43
Municipal Solid Waste	0.76	0.504	34.9
Landfill Gas		0.6	72.9
Solar Thermal without Energy Storage	0.38 6.34	0.4 10.2	4 150

数据来源：《Projected material requirements for the global electricity infrastructure -generation,transmission and storage》、开源证券研究所

4.1.2、输配电侧

方法论：输配电侧分为电线、变压器和变电站，输电和配电网的规模可以使用当前高压（HV）电网规模的估计值和基于装机容量的增长系数来计算，如等式所示。

式中，GENt表示t时刻的发电量，Vt表示t时刻的高压线路长度，根据Arderne的研究，2016年全美国高压线路 647700KM，我们以 2016 年作为基数计算其他年份的高压线路长度。

电线可以分为高压线、中压线和低压线，高压线路获取较为容易，但是很多中低压线路埋藏于地下，我们通过高压线路和中低压线路的比率得到中低压线路长度（我们假设这个比例是衡定的)。我们借鉴S.Deetman 等人（2021）统计的世界主要地区的高压线长度/中压线长度和高压线长度/低压线长度的平均值。

式中，HV表示高压线路长度，MV表示中压线路长度，LV表示低压线路长度。以上为全部电线的长度，但是地上和地下线路所用材料密度不同，因此需要区分二者长度，参考 Eurelectric，2013《欧洲电力分布报告》中关于地上和地下的比例，我们假设美国的比例与欧洲相同。

图18：我们假设美国高压线路与中低压线路的比例与欧洲相同

资料来源：《欧洲电力分布报告》

输配电侧还需要考虑变压器和变电站，两者数量和输送电线的长度呈正相关，我们根据S.Deetman 等人（2021）的研究假设线路和变压器、变电站之间的关系计算得到变压器和变电站的数量，如表所示：

表3：我们假设线路与变压器、变电站数量之间的比例为常数

(units/km)	High	Medium	Low
Substations	0.0169	0.085	1.107
Transformers	0.0532	0.103	1.107

数据来源：《Projected material requirements for the global electricity infrastructure - generation,transmission and storage》、开源证券研究所

建立物质流模型，流入为根据发电侧计算得到的电线、变压器和变电站的数量，流出需要考虑电线、变压器和变电站的寿命，我们采用 S.Deetman等人（2021）的假设，寿命分别为 40年、30年、40年，同发电侧库存公式，计算得到每年的库存。最后我们根据市场信息以及S.Deetman 等人（2021）的数据假设，得到不同压力线路和变压器、变电站的材料单耗，计算得到铜、铝、钢的消耗量。

表4：不同压力线路材料单耗

	Steel	Aluminium	Cu
HV overhead	52.266	12.883	0
HV underground	0	0	11.65
MVoverhead	0.8023	0	1.488
MV underground	0	0.8236	0.662
LVoverhead	0	0.981	0
LV underground	0.177	0.531	3.4

数据来源：《Projected material requirements for the global electricity infrastructure - generation,transmission and storage》、开源证券研究所

表5：变压器、变电站材料单耗

	Steel	Aluminium	Cu
Hv Substation	14.652	33.204	4.611
Mv Substation	1.815	1.228	0.2792
Lv Substation	0.038	1.228	0.001
Hv Transformer	296	0.497	76.047
Mv Transformer	22.659	0.021	6.877
Lv Transformer	0.48	0.085	0.013

数据来源：《Projected material requirements for the global electricity infrastructure - generation,transmission and storage》、开源证券研究所

4.1.3、储电侧

方法论：流入为每年美国的新增储电量；根据 S.Deetman 等假设的不同技术储电设备使用寿命，计算得到储电设备的退役量，进而得流出量；库存采用公式计算得到。进一步的，我们统计了压缩空气储能、锂电池储能、抽水蓄能等不同技术设备的材料单耗，计算得到储电侧铜、铝、钢的使用量。

表6：不同储电技术材料单耗

Technology	KWh/T	copper	Al	Steel	lifetime
Compressed air energy storage	4	1%	1%	98%	50
Electro-chemical capacitor	151	6%	11%	13%	8
Flow battery	32.5	1%	0%	13%	11
Flywhee1	200	1%	20%	61%	20
Heat thermal storage	151	6%	11%	13%	8
Latent heat	151	6%	11%	13%	8
Lead-acid battery	40	0%	0%	0%	6
Lithium-ion battery	144.2	10%	9%	12%	7
Nickel-based battery	75	2%	0%	10%	4
Pumped hydro storage	2	2%	0%	95%	60
Sensible heat	151	6%	11%	13%	8
Sodium-based battery	193	4%	2%	30%	16
Unknown Technology Mid-Type	151	6%	11%	13%	8
Zinc-based battery	40	0%	14%	15%	12

数据来源：《Projected material requirements for the global electricity infrastructure － generation,transmission and storage》、开源证券研究所

4.2、我们预测 2023年中国电网铜消耗量为 647万吨，美国电网铜消耗量为164万吨，线路为主要用铜领域

总量上，中国铜消耗量最大，新增量中，中国占主要影响。为了找到电网中影响铜消耗的主要矛盾区域，我们同时分析了中国、美国的电网投资。预测结果显示，2023年中国铜消耗量为647万吨，新增消耗量为100万吨，美国铜消耗量为164万吨，新增消耗量 28万吨。鉴于暂无2023年全球铜消耗数据，我们用 2022年数据看影响程度，2022年全球铜消耗量为 2584万吨，新增量为107万吨，中国消耗量为 530万吨，占比20.5%，新增量为84万吨，新增占比79%；美国铜消耗量为140万吨，占比5.4%，新增量为-31万吨，对全球铜消耗新增量形成拖累。

细分项看，铜消耗主要在输配电侧，其次为发电侧；输配电侧中，主要为线路用铜，其次为变压器用铜。以美国为例，预测数据显示，2023年输配电侧、发电侧用铜量分别为138万吨、27万吨，占比分别为84%、16%；输配电侧中，线路、变压器用铜量分别为113万吨、24万吨，占比分别为82%、18%。

图19：我们预测2023年中国铜消耗量为647万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨)

图20：我们预测2023年美国铜消耗量为164万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨）

图21：我们预测2023年中国线路用铜量为354万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨）

图22：我们预测2023年美国线路用铜量为113万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨）

4.3、我们预测2023年中国电网铝消耗量为1031万吨，美国电网铝消耗量为274万吨，变电站为主要用铝领域

总量上，中国铝消耗量最大，新增量中，中国占主要影响。我们预测，2023年中国铝消耗量为1031万吨，新增消耗量为 88万吨，美国铝消耗量为274万吨，新增消耗量48万吨。2022年全球铝消耗量为6805万吨，新增量为-42万吨，中国消耗量为918万吨，占比13.5%，新增量为163万吨；美国铝消耗量为231万吨，占比3.4%，新增量为-50万吨，对全球铝消耗新增量形成拖累。

细分项看，铝消耗主要在输配电侧，其次为发电侧；输配电侧中，主要为变电站用铝，其次为线路用铝。以美国为例，预测数据显示，2023年输配电侧、发电侧用铝量分别为247万吨、27万吨，占比分别为90%、10%；输配电侧中，线路、变变电站用铝量分别为108万吨、128万吨，占比分别为44%、52%。

图23：我们预测2023年中国铝消耗量为1031万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨）

图24：我们预测2023年美国铝消耗量为247万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨）

图25：我们预测2023年中国变电站用铝量为421万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨)

图26：我们预测2023年美国变电站用铝量为128万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨)

4.4、我们预测2023年中国电网钢铁消耗量为8128万吨，美国电网钢铁消耗量为985万吨，发电侧为主要用钢领域

我们预测，2023年中国电网钢铁消耗量为8128万吨（新增3740万吨）当年粗钢产量为10.19亿吨，占比8.0%；美国电网钢铁消耗量为985万吨 (新增 45万吨)当年粗钢产量为 8066万吨，占比12.2%。细分项看，钢铁消耗主要在发电侧，其次为输配电侧。以美国为例，预测数据显示，2023年发电侧、输配电侧用钢量分别为 709 万吨、276万吨，占比分别为77%、23%；输配电侧中，线路、变压器用钢量分别为127万吨、142万吨，占比分别为46%、52%。

图27：我们预测2023年中国钢铁消耗量为7986万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨）

图28：我们预测2023年美国钢铁消耗量为995万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨)

图29：我们预测2023年中国线路用钢量为379万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨）

图30：我们预测2023年美国线路用钢量为127万吨

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：万吨）

5、中美电网投资周期共振，或将对铜、铝需求形成明显拉动

我们选取2018-2023年的CAGR值作为 2024-2030年不同发电技术装机量增速的假设基础值，分为乐观1、乐观2、中性1、中性2、悲观1、悲观2六个等级，设置两阶段增长，2024-2026年为第一阶段，2027-2030年为第二阶段，考虑到美国电力需求趋势或将向上，中国电力需求趋势或将稳中向下，我们假设中国装机总量两阶段增速分别为5%、3%，美国装机总量两阶段增速分别为3%、5%。

表7：2024-2030年中美两国装机总量增速假设

国家	中国	美国
2024-2026年增速	中性2	乐观1
2027-2030年增速	悲观2	乐观1
2024-2026装机容量CAGR	5%	3%
2027-2030装机容量CAGR	3%	5%

数据来源：IREA、开源证券研究所

通过物质流方法论，计算得到线路以及变电站、变压器的数据，由于储电侧影响较小，我们假设维持2023年数值。我们预测2030年中国装机总量达到3827GW，其中风电光伏装机容量达到1778GW，美国装机总量达到1721GW，其中风电光伏装机容量达到829GW。

图31：我们预测2030年中国装机容量达到3827GW

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：MW)

图32：我们预测2030年美国装机容量达到1721GW

数据来源：IREA、开源证券研究所（单位：MW)

经过计算，我们预计2030年中国电网铜消耗量为 468万吨，2023-2030年均复合增长率-5%，美国电网铜消耗量年度为535万吨，2023-2030年均复合增长率18%，2022 年中美电网铜消耗占比全球 26%，我们假设未来占比增长并稳定至 28%左右，2030年全球铜的消耗在3584万吨左右。

表8：2024-2030年中美电网带动铜需求测算(单位：万吨)

时间	中国	美国	中美总计	全球
2023E	647	164	811	2897
2024E	507	207	714	2550
2025E	556	241	796	2844
2026E	610	281	891	3181
2027E	396	328	725	2588
2028E	419	386	805	2873
2029E	443	453	896	3199
2030E	468	535	1004	3584

数据来源：IREA、开源证券研究所

经过计算，我们预计2030年中国电网铝消耗量为814万吨，2023-2030年均复合增长率-3%，美国电网铝消耗量年度为903万吨，2023-2030年均复合增长率19%，2022年中美电网铝消耗占比全球17%，我们假设未来占比增长并稳定至18%左右，2030年全球铝的消耗在9541万吨左右。

表9：2024-2030年中美电网带动铝需求测算（单位：万吨)

时间	中国	美国	中美总计全球
2023E	1031	274	1305 7251
2024E	883	343 1227	6815
2025E	970	401	1370 7613
2026E	1066	469	1535 8526
2027E	688	550	1238 6880
2028E	727	648	1375 7640
2029E	769	764	1533 8518
2030E	814	903	1717 9541

数据来源：IREA、开源证券研究所

6、风险提示

（1）假设参数偏差：在测算中我们假设了线路之间的关系，地上下路与地下线路的关系，以及许多发电、储电设备的材料单耗，若以上参数出现较大偏差可能会对结果造成影响。

（2）预测数据偏差：我们对未来的不同技术的发电量做了增速假设，若假设出现较大偏差，将会对结果造成影响。

特别声明

《证券期货投资者适当性管理办法》、《证券经营机构投资者适当性管理实施指引（试行)》已于2017年7月1日起正式实施。根据上述规定，开源证券评定此研报的风险等级为R3（中风险)，因此通过公共平台推送的研报其适用的投资者类别仅限定为专业投资者及风险承受能力为C3、C4、C5的普通投资者。若您并非专业投资者及风险承受能力为C3、C4、C5的普通投资者，请取消阅读，请勿收藏、接收或使用本研报中的任何信息。

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分析师承诺

负责准备本报告以及撰写本报告的所有研究分析师或工作人员在此保证，本研究报告中关于任何发行商或证券所发表的观点均如实反映分析人员的个人观点。负责准备本报告的分析师获取报酬的评判因素包括研究的质量和准确性、客户的反馈、竞争性因素以及开源证券股份有限公司的整体收益。所有研究分析师或工作人员保证他们报酬的任何一部分不曾与，不与，也将不会与本报告中具体的推荐意见或观点有直接或间接的联系。

股票投资评级说明

	评级	说明
证券评级	买入（Buy）	预计相对强于市场表现20%以上;
	增持（outperform）	预计相对强于市场表现5%～20%；
	中性（Neutral）	预计相对市场表现在一5%～+5%之间波动;
	减持	预计相对弱于市场表现5%以下。
行业评级	看好（overweight)	预计行业超越整体市场表现;
	中性（Neutral）	预计行业与整体市场表现基本持平；
	看淡	预计行业弱于整体市场表现。
备注：评级标准为以报告日后的6~12个月内，证券相对于市场基准指数的涨跌幅表现，其中A股基准指数为沪深300指数、港股基准指数为恒生指数、新三板基准指数为三板成指（针对协议转让标的）或三板做市指数（针对做市转让标的)、美股基准指数为标普 500或纳斯达克综合指数。我们在此提醒您，不同证券研究机构采用不同的评级术语及评级标准。我们采用的是相对评级体系，表示投资的相对比重建议；投资者买入或者卖出证券的决定取决于个人的实际情况，比如当前的持仓结构以及其他需要考虑的因素。投资者应阅读整篇报告，以获取比较完整的观点与信息，不应仅仅依靠投资评级来推断结论。

分析、估值方法的局限性说明

本报告所包含的分析基于各种假设，不同假设可能导致分析结果出现重大不同。本报告采用的各种估值方法及模型均有其局限性，估值结果不保证所涉及证券能够在该价格交易。

法律声明

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目录

图表目录

1、美国电力系统面临稳定性问题

1.1、美国电力系统由互连和平衡机构组成

1.2、美国电力系统面临稳定性问题

2、电力设备老化、电力需求增长与能源结构性转型对美国电力系统造成冲击

2.1、电网设备老化与承载能力不足

2.2、可再生能源对传统电网的稳定性产生冲击

2.3、电力需求或将进入快速增长阶段

3、美国电网投资已然开启，可持续性较强

4、中、美电网铜、铝、钢的需求测算

4.1、物质流模型的方法论介绍

4.1.1、发电侧

4.1.2、输配电侧

4.1.3、储电侧

4.2、我们预测 2023年中国电网铜消耗量为 647万吨，美国电网铜消耗量为164万吨，线路为主要用铜领域

4.3、我们预测2023年中国电网铝消耗量为1031万吨，美国电网铝消耗量为274万吨，变电站为主要用铝领域

4.4、我们预测2023年中国电网钢铁消耗量为8128万吨，美国电网钢铁消耗量为985万吨，发电侧为主要用钢领域

5、中美电网投资周期共振，或将对铜、铝需求形成明显拉动

6、风险提示

特别声明

分析师承诺

股票投资评级说明

分析、估值方法的局限性说明

法律声明

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