动力煤研究框架系列之一：需求研究框架

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主要贡献人：刘力钰 曾宁 李世朋 王洪盾

转自中信期货黑色建材组1月5日专题报告

摘要

用四大高耗能行业产量预估全社会用电量与电煤需求。对于电煤需求的预测要把握全社会用电量的发展趋势，通过三次产业用电量现状和影响机制的分析，最终选择以二产为核心预估电力用煤需求，因为第二产业用电占比高且单位生产总值用电量最大。同时，第二产业用电结构中四大高耗能制造业用电占比较高，且与二产中非高耗行业用电相关性高。通过对四大高耗能各行业产量的梳理，发现行业产量对其行业用电量的解释程度很高，因此最终我们用四大高耗能各行业代表品种产量来预估第二产业的用电量，进而完成全社会用电量与电煤的消费预测。用四大高耗能行业产量预估建材、冶金、化工等行业直接用煤。冶金和建材行业动力煤消费主要是生产过程中作燃料用的喷吹煤，通过“工业品种单吨耗煤*生产总量”的逻辑并将粗钢和水泥产量分别与建材、冶金行业直接耗煤量建立定量模型，最小二乘法下粗钢和水泥产量对各自行业耗煤量的拟合优度较高。煤化工品种生产中动力煤是主要原料，同样建立甲醇产量与化工用煤的定量模型，也得到较高的拟合优度。通过电煤和直接用煤预估动力煤总需求：综上我们可通过四大高耗能各行业代表品种产量完成电力间接用煤和其他行业直接用煤的预测，进而预估动力煤的总需求量。以“终端需求自下而上”逻辑与“自上而下”方法预测动力煤需求量较一致。通过“终端需求自下而上”方法预计2022年动力煤总需约求37.2亿吨；“自上而下”方法预测2022年动力煤总需求约为37.4亿吨，两种方法预测需求量较一致。本报告特别感谢化工组胡佳鹏、颜鑫及有色组沈照明等老师在相关行业数据及逻辑上的帮助。

正文

▌一、动力煤需求结构煤炭在我国具有举足轻重的作用，电力、钢铁为最重要的下游。2020年国内一次性能源消费结构中，煤炭占比58%，虽然比重下降，但煤炭仍然是主要的一次性消费能源。2020年电力耗煤消费占比约60%，叠加钢铁耗煤，其消费占比超过80%，故把握电力和钢铁行业未来趋势，是推演煤炭消费的主逻辑。根据煤炭功能性分类，电力行业主要消耗动力煤，钢铁行业主要消耗炼焦煤。我国动力煤消费集中在电力、冶金、建材和化工行业。我国发电能源构成一直是以动力煤为主，煤化工行业动力煤主要用来作原料生产化工品，建材和冶金行业动力煤主要做供热燃料，电煤消费占比保持较稳定，长期在60%以上。我国动力煤需求在较大程度上受宏观经济状况和相关下游行业发展的影响，属于典型的需求拉动市场。当前市场普遍采用的动力煤需求数据口径主要分为电力用煤和建材、化工、冶金行业直接用煤，故我们可以通过预估电力需求的趋势，对电力用煤需求进行预估，通过预估建材、化工、黑色、有色行业的产量（核心是判断需求，产量跟随需求）对直接用煤需求进行预估，进而得到动力煤总需求量的预估量。下文我们将分别对电力用煤量和相关行业的直接用煤量的方法论做出说明。

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▌二、以第二产业为基础，预估电力用煤需求

（一）电力需求与经济发展高度相关，第二产业仍是需求基石

用电量与经济发展高度相关，但受到经济结构变化的影响。总体来看，电力消费水平与全国经济发展状况高度相关，电力消费水平可以反映经济发展状况，同时经济发展水平直接影响电力的消费情况。但用电量增速与经济发展增速存在差异，主要源于产业结构对用电量及经济增长的贡献不同，产业结构的改变意味着用电结构会产生相应变化，不同产业在经济发展中所占比重的变化会对社会的电力需求和经济总量产生不同影响。从“工业化→工业化后期”近20年的三次产业结构变化主要表现为以第二产业为经济核心逐渐调整到以第三产业为支柱的趋势，第三产业占GDP比重逐步上升，而第二产业比重逐步下降。根据历史数据，工业化时期总用电量增速与二产增速相近，随着三产GDP比重逐渐增加至50%以上，用电量增速受二产和三产发展的综合影响。第二产业仍然是用电需求的基石。尽管第三产业占GDP的比重快速提高，但高耗能的第二产业仍然是用电需求的基石。2020年一、二、三产用电占比分别为1%、68%、16%，单位生产总值耗电强度分别为110万千瓦时/亿元、1300万千瓦时/亿元、220万千瓦时/亿元，第二产业单位生产总值用电量最大，仍然是全社会用电的主要贡献力，可以把二产用电量趋势作为分析全社会用电需求的基础。（二）通过四大高耗能行业预估第二产业用电需求四大高耗能制造业用电基数较高，且与二产用电存在高度相关性。四大高耗能行业主要包括：黑色冶炼、有色冶炼、非金属矿物制造、化学原料及化学制品行业。根据历史数据，四大高耗能行业虽近五年已经进入增速放缓期，但其用电占第二产业用电量稳定在44%左右（2010年-2019年），仍为我国主要用电行业，且与第二产业用电量存在较强的协整关系。 四大高耗能制造业用电与第二产业其他非高耗能行业用电量存在高度相关性。理论上四大高耗能行业主要属于中游原材料行业，其在经济社会中反应供给端发展现状，第二产业的其他非高耗行业，大部分在经济社会中反应需求端发展现状，从中长期来看，经济活动中的供给与需求基本处于动态均衡，同时用电力需求作为经济发展的显性信号，故四大高耗能制造业用电与其他非高耗行业用电应存在高度相关性。根据历史数据，四大高耗能制造业用电增速与其他非高耗行业用电增速基本一致，存在个别年份非高耗行业增速略高于四大高耗能制造业，但复合年均增长率差值基本稳定，故从年度序列来分析，可以通过四大高耗能制造业的电力需求趋势估算第二产业用电趋势。（三）通过四大高耗能行业主要品种产量趋势预估其用电量趋势

四大高耗行业主要品种产量与各行业用电量高度相关。作为中游原材料行业，产量是其行业产出的主要指标，电力作为生产设备动能的支柱，理论上产量和用电量高度相关。但鉴于各行业品种繁杂，我们采用代表性工业品（单耗用电量较大，且产量较高）产量来追踪电力需求趋势。最终选择粗钢、十种有色金属合计产量、主要十一种化学与化工品种（农用氮磷钾化肥、碳酸钠、氢氧化钠、硫酸、化学农药原药、合成洗涤剂、乙烯、初级形态的塑料、化学纤维、塑料制品、电石）合计产量以及水泥来作为各行业代表品种。通过将四大高耗能各行业代表品种年度产量与对应行业用电量做定量分析（1998-2019），最小二乘法下线性回归拟合优度均大于0.95，可见行业产量对其行业用电量的解释程度很高，行业产量的变动对用电量变动贡献率也很高，因此可以通过四大高耗能行业主要品种产量趋势预估其用电量趋势。

（四）第一产业和第三产业用电需求概述

上文主要是对第二产业用电量的重要性及对其用电结构的分解，逐渐推导至从四大高耗能行业入手，由下至上一步步预估全社会用电需求。为了结构完整，本小节将简要概述第一产业和第三产业用电量现状及影响机制。第一产业用电量下降，第三产业用电随着国民经济不断向好增速逐渐加快。一般来说，第一产业主要为农、林、牧、渔业；第三产业主要为交运、教育、信息传输等服务业。根据历史数据，第一产业用电量逐渐放缓，CAGR=-1.27%（2010-2020年），目前占全社会用电量仅为1%左右，基本可以忽略其对总电力需求的影响；第三产业用电量增速逐渐增加，CAGR=10.44%（2010-2020年），同时全社会用电量CAGR=5.99%（2010-2020年），可见近几年第三产业用电量已高于全社会用电量的增速增长。理论上讲，经济发展水平越高，服务业需求和发展将越快速，进而第三产业生产总值占比国民生产总值的比重将越来越大，未来第三产业用电量比重也将不断提高，应更加关注第三产业用电量的发展趋势。对于第一产业、第三产业的用电量预测需要对宏观经济有较强的敏感性，通过一些宏观指标的观察和预期来反应一、三产业的用电需求。例如人均可支配收入、三产就业率以及各产业的固定资产投资完成额等指标与第一产业、第三产业用电量均有一定的正相关性，因为随着居民收入水平的提高，居民需求从必选品逐渐加大对旅游、教育培养等支出，带来第三产业生产总值的增加。同时，通过对各产业主要细分行业的用电量复合增长率分析，我们发现第三产业中软件和信息技术服务业用电增速最大，CAGR=49.6%（2018-2020年)，这与近些年国家在信息行业、信息化建设的扶持密不可分，近些年大数据、云计算和物联网在技术、人才投入发力，带动行业高速发展，同时也推进了商业服务、文化教育等行业线上规模的新增长点，共同构成第三产业用电高增速的主力。但通过各产业及其细分行业的用电量占比发现，第二产业仍然是全社会用电量基石，仍需要以第二产业为核心预估电力需求。

（五）以二产为核心，预估电力用煤需求

通过对三次产业用电量趋势和用电结构的分析，我们发现第二产业用电量仍为预估全社会电力需求的核心。因为制造业是我国立国之本、强国之基，尽管第三产业发展加速，且用电量占比逐渐增加，但其用电基数不及第二产业，且高耗能的第二产业单位生产总值用电量最大。同时，在第二产业结构中，四大高耗能行业代表经济社会中供给端，其他非高耗行业代表需求端，中长期社会发展中，供给与需求基本处于动态均衡，叠加用电量作为经济发展的显性信号，我们可以通过预估四大高耗能制造业电力需求进而得到第二产业和全社会用电量需求预测。最终，通过对四大高耗能制造业工业产量的梳理，可用其生产产量来预估第二产业的用电量，进而完成全社会用电量与电煤的消费预测。

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▌三、以四大高耗能行业为基础，预估直接用煤需求

（一）通过粗钢/水泥产量预测冶金/建材耗煤需求

上文通过四大高耗能制造业对电力用煤的需求进行预测，但是很多行业还存在直接用煤，本部分将仍从相关行业的产量，对建材、冶金及化工行业的用煤量进行估算。粗钢产量与冶金行业耗煤高度相关，水泥产量与建材耗煤高度相关。冶金和建材行业动力煤消费主要是生产过程中作燃料用的喷吹煤，通过“工业品种单吨耗煤*生产总量”的逻辑，即可推算出这两个行业耗煤需求量。经过定量分析（2014-2021年月度数据），我们发现虽单吨耗煤差异较大，但还是产量基数大的工业品种与用煤需求的相关性较强，即选择粗钢和水泥产量作为建材和冶金行业耗煤需求预测的两个指标。（二）通过甲醇/PE预测化工耗煤需求

动力煤是煤化工行业生产主要原料，可通过其产量推算动力煤需求量。与冶金、建材行业通过生产耗电间接耗煤不同，煤化工品种生产中动力煤是主要原料，一般工艺生产条件下，煤制甲醇平均成本包括“2*动力煤/吨”，并且PE/PP生成均以甲醇为主要原料，故通过甲醇/PE/PP等产量可对化工用煤需求进行预测，同时对于煤化工等成本可转移行业，其对市场高煤价忍受强度较高，是近一年动力煤基本面不平衡时，市场煤价推动的主力。

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▌四、动力煤需求分析框架总结
上文主要以“四大高耗能行业主要品种产量“为锚，通过对用电结构的分解以及下游行业发展分析完成电力间接用煤和冶金、化工、建材行业的直接用煤量预测。且通过逐渐递推和总结，我们可以看到电力需求趋势，以及四大高耗能行业生产趋势，均与宏观经济发展高度相关。综上分析与总结，“自下而上”的方式预估动力煤总需求逻辑已经形成，但仍要注意此逻辑分析的宏观条件：1）电力行业结构变化弹性小，中短期结构相对稳定；2）目前火力发电依旧占主要地位；3）相关生产品种技术进步较缓慢。

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▌五、动力煤需求未来展望

（一）“自下而上”预测2022年动力煤需求量

2020-2021年整体经济处于“疫情后消费恢复+出口高企”和“碳中和元年”博弈过程中，制造业在经济刺激下的繁荣带动高耗能行业生产历史高位，并在“碳中和”政策下2021年下半年生产节奏下滑。综上预计2021年粗钢产量同比-5%，十种有色金属产量同比+5%，化学原料与化学制品产量同比+5%，水泥产量同比+1%。2021-2022年疫情后经济刺激带来的制造业红利将逐渐退却，通过产量跟随需求运行的步伐节奏为主线，我们预计2022年四大行业品种产量将出现增幅有限甚至个别品种产量下降的趋势，预计2022年粗钢产量同比-5%，十种有色金属产量同比+3%，化学原料与化学制品产量同比+5%，水泥产量同比-3%。综上根据“终端需求自下而上”逻辑推算，预计2021年动力煤总需求为36.3亿吨，同比+4.9%；2022年动力煤总需求为37.2亿吨，同比+2.5%。

（二）“自上而下”方法预测电煤需求

从“终端需求自下而上”研究，可对动力煤需求平衡表一年左右的需求量作修正和预测，通常也可用自上而下的逻辑对动力煤需求量估算。由于其他行业耗煤“自上而下”方法也是从“终端行业”入手，同时过程较简单且耗煤量较少，故选择与“自下而上”角度较不同的预测电煤需求逻辑，来印证“终端需求自下而上”方法的有效性。“自上而下”逻辑预测电煤需求在“能源改革周期”主要关注清洁能源发电对火电的替代。近年较有影响力的研究方法主要通过电力弹性系数法入手，与国内生产总值增速相乘即得到全社会电力消费增速，进而求出全社会用电量。第二步，则是剔除风电、光电等非化石能源（以电力形式出力）以及天然气发电量，进而得到煤电的消费量及煤电所需动力煤的消费需求。随着中央经济工作会议的重心重回稳增长，我们预计2022年中国GDP增速5.5%左右，同时结合国网能源研究院“十四五”期间全国电力弹性系数均值为0.83的预测，得出2022年用电量同比增速约4%左右。根据能源局规划，2025 年全国风电、光电发电量占全社会发电量的比重达到16.5%左右的预期，叠加目前的发电机组建设规划，我们预计2022年风、光电全年发电量达1.2万亿千瓦时，加上其他清洁能源和天然气发电对煤电的替代，预计2022年煤电需求约为5.1万亿千瓦时，对应电煤需求量为23.2亿吨。同时建材、冶金受到能耗双控和地产行业发展的影响，耗煤同比分别-2%、-3%，化工则在碳中和背景下，产能继续增长有限，预计耗煤同比+4%，故我们预测2021年动力煤消费需求为36.8亿吨，同比+6.2%；2022年动力煤消费需求为37.4亿吨，同比+1.7%。综上“自上而下”逻辑与前述“自下而上”方法预测动力煤需求量较一致。

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