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高性能稀土永磁材料需求有望爆发

发布时间:2020-09-07 浏览次数:735

乘低碳经济发展之风,高性能稀土永磁材料需求有望爆发。

一、稀土永磁材料应用广泛,高性能钕铁硼永磁材料需求潜力巨大

稀土永磁材料突出特点就是其重量轻、体积小、磁性强、稳定性高、成本低廉,所以自问世以来受到了广泛关注,目前小到数码产品,大到机床、汽车、机械设备等,都可以看到稀土永磁材料的身影。

钕铁硼永磁材料是稀土永磁材料的代表,国内大部分钕铁硼磁制造商主要生产烧结钕铁硼磁材料。 根据国家质量监督检验检疫总局与国家标准化管理委员会联合发布的国家标准《烧结钕铁硼永磁材 料》(GB/T13560-2009)划分,烧结钕铁硼永磁材料按内禀矫顽力 Hcj(kOe)的高低可以划分为七大 类,不同性能水平的钕铁硼永磁材料分别适用于不同的应用领域。

内禀矫顽力(Hcj,kOe)和最大磁能积((BH)max,MGOe)之和大于 60 的烧结钕铁硼永磁材料,属于高性能钕铁硼永磁材料。高性能钕铁硼永磁材料主要应用于高技术壁 垒的产品,主要是各种型号电机、压缩机、传感器,包括传统汽车 EPS、新能源汽车驱动电机、风 力发电、变频家电、节能电机等。这些领域对电机、压缩机或传感器中使用的永磁材料性能要求较 高,是铁氧体和钐钴磁体无法替代的。

2018 年全球高性能钕铁硼市场需求约 7万吨,其中包括新能源汽车在内的汽车产业消费了近半的高 性能钕铁硼磁材(传统汽车占 37.5%,新能源汽车占 11.8%),其次是工业应用消费占比 10.9%,风 力发电、消费电子、变频空调和节能电机分别占全球钕铁硼消费量的 10%、9.1%、9%和 8.4%。随 着低碳经济快速发展,世界各主要国家纷纷大力投资低碳节能环保制造产业,并大力推动绿色节能 环保产品消费,新能源汽车及零部件、风力发电、节能家电、节能电梯、机器人及智能制造等节能 制造产业快速发展,高性能钕铁硼磁材需求有望释放巨大潜力。

二、新能源汽车发展迅猛,将拉动高性能钕铁硼永磁材料需求高速增长

近些年在各国政府大力支持和推动下,新能源汽车发展十份迅猛。2011—2019年,我国新能源汽车 从 8000多辆增长至 2019年 124.2万辆,年均复合增长率达到了 86.82%;从全球新能源汽车市场 来看,新能源汽车渗透率也是逐年上升,从 2013 年的 0.3%提升至 2018 年的 2.1%。

虽然 2020年受新冠疫情和补贴滑坡影响,新能源汽车销售量同比出现了下降,但是新能源汽车是国 家战略方向,中长期成长趋势明确。《新能源汽车产业发展规划(2021—2035)》征求意见稿明确提 到,到 2025 年新能源汽车新车销售量占比达到 25%左右。而根据中国汽车工业协会的数据,2019 年我国新能源汽车销量占汽车总销量还不到 5%,发展空间巨大。

新能源汽车对高性能钕铁硼磁材拉动作用巨大。新能源汽车的永磁驱动电机是最主要消耗高性能钕 铁硼磁材的部件之一。根据钢铁研究总院功能材料研究所董生智教授的研究成果,在新能源汽车中, 单台驱动电机磁体的使用量:插电式混合动力车为 2~3kg,纯电动汽车则为5~10kg。

经测算,2025年我国新能源汽车对钕铁硼永磁材料需求量将达到22508吨,比2019年增长174.65%。 若按照中国新能源车产量占全球总产量 50%倒算(实际上在 2017 年国际电动汽车示范城市及产业 发展论坛上,科技部部长万钢指出 2016 年我国新能源车产量和保有量均占全球 50%),那么 2025 年全球新能源车对钕铁硼永磁材料需求量将达到 45016 吨,年均复合增长率达到 18.34%。新能源 汽车产业快速发展,将带动高性能钕铁硼永磁材料需求高速增长。

三、风力发电稳步增长,为高性能永磁材料需求持续提供增量空间

风力发电领域用到永磁材料部件的主要是发电机。目前,风力发电机主要有两大类型:双馈绕组式 发电机与永磁发电机,其中永磁发电机又可以细分为高速永磁发电机、中速半直驱永磁发电机、低 速直驱永磁发电机。目前,双馈绕组式发电机制造成本略低,但永磁发电机效率更高、稳定性可靠 性好、后期维护费用低。因此永磁风力发电机有逐步取代双馈发电机的趋势。

根据《巴黎协定》,全球电力可再生能源比例在 2020年是 24%,在 2050年则要求达到 86%,这就 为风力发电在内的新能源打开了广阔的发展空间。根据全球风能理事会(GWEC)的预测,到 2025 年,全球风电装机量(包括海上风电与陆上风电)将从 2019年的60.4GW增长到2024年的73.4GW, 年均复合增长率接近 4%,保持稳步增长。

目前,永磁风力发电机在风电领域占有率还没有一个权威的数据,但是根据 2019年中国风电整机商 新增装机排名情况,金风科技、明阳智能、湘电风能等主流风机商均采用了永磁发电机,他们的市 占率合计47%,再加上其他一些中小整机商,我们估计整个风力发电领域永磁发电机占有率大概50% 左右,全球风力发电市场永磁发电机市占率低于国内市场,我们预计在 40%左右。

单台风机使用的稀土永磁材料耗用量随功率不同而有所不同,平均大约在 0.6~0.8t/MW。综合以上 分析预测,我们测算出 2024 年全球风电装机带来的对高性能钕铁硼需求量为 20552 吨,比 2019 年增长 21.52%,年均复合增长达到 3.98%。风电装机量稳步增长持续为高性能钕铁硼需求量带来增 量。

四、节能家电渗透率不断提升,助力高性能稀土永磁材料需求增长

随着低碳生活理念深入人心以及政府政策的大力支持,绿色节能家电已经成为家庭健康消费潮流。 随着国家对家电能耗标准一再收紧,使用变频家电进行节能逐渐成为家电市场的趋势,变频家电的 市场渗透率不断在提高。根据产业在线网数据,近年来国内三大家电变频渗透率在持续提升: 2012—2018年,国内变频空调销量从3016万台提升到6434万台,渗透率从28.94%提升到42.70%; 国内变频冰箱销量从 363万台提升到 1665万台,渗透率从 4.80%提升到 22.15%;国内变频洗衣机 销量从 577 万台提升到 2163 万台,渗透率从 10.36%提升到 32.97%。随着最新能效标准GB18613-2020《电动机能效限定值及能效等级》正式发布并与 2021年 6 月 1日正式实施,未来变 频节能家电渗透率将进一步提升。

家电生产企业主要通过采用永磁同步电机或永磁直流电机代替原来使用的异步电机从而实现家电低 噪音、高效率、小体积、开发周期短等目标。生产永磁电机的磁体,既可以采用铁氧体永磁材料, 也可以采用稀土永磁材料钕铁硼。但从行业发展规律以及磁体材料性能看,稀土永磁材料凭借其优 异的性能和使用寿命,已经成为变频家电的首选。

家电行业受消费羸弱和地产调整影响,行业整体增速放缓,变频家电销量增速也跟随放缓。但是, 随着家电行业向高端化、智慧化、品质化转型,变频家电仍然会保持一定速度增长。

我们假设到 2025年,变频空调、变频冰箱、变频洗衣机分别每年保持 5%、10%、15%的增速,其 中三大变频家电 50%均采用钕铁硼稀土永磁材料,由于没有单台变频冰箱和变频洗衣机磁材耗用量 的数据,我们均按照稀土行业协会公布的单台变频空调所需磁材量为 0.1kg统一测算,到 2025年,我国三大变频家电耗用钕铁硼磁材量 9418吨,比 2019年增长 63.4%,年复合增长率 8.53%。产业 在线数据显示,2019年全球的空调产量规模是 1.87亿台,中国的空调总产量是 1.49亿台,占到全 球 80%的份额,冰箱、洗衣机的产量占全球产量也超过 50%,所以我们保守估计到 2025年全球变 频家电所需钕铁硼永磁材料不会低于 9418 吨。

五、新兴应用领域蓬勃发展,为高性能稀土永磁材料需求增长再添助力

随着科技快速发展,越来越多的稀土永磁材料应用领域被开发出来。机器人的普遍应用就是一个典 型代表。近年来,包括我国在内的全球机器人产业保持高速发展,机器人应用类型也越来越多,带 动了高性能钕铁硼磁材需求增长。

高性能钕铁硼永磁材料在机器人领域的应用主要是高精度永磁伺服电机、步进电机(对于无人机则 为螺旋桨电机),要求控制精度高,体积小,质量轻,有些特种机器人还要高功率密度、大力矩。机 器人所用永磁伺服电机、步进电机工作温度一般在 100℃以下,较多采用H或SH牌号钕铁硼磁体。 由于机器人种类繁多,不同机器人需要钕铁硼磁材数量差异较大,范围大约在 0.3~30kg/台。

根据际机器人联合会(IFR)发布的《全球机器人 2019—工业机器人》报告数据,到 2024年,全球工 业机器人销量将达到 93.3 万台,比 2019 增长 121.6%;我国 2024 年工业机器人销量将达到 31.4 万台,比 2019 年增长75.4%。

按照 IFR的销量预测数据, 我们测算出 2024年我国工业机器人销量对应的高性能钕铁硼消耗量将 达到 7850 吨,2019-2024 年年均复合增速 11.90%;2024 年全球工业机器人销量对应的高性能钕 铁硼消耗量将达到 23325 吨,2019-2024 年均复合增长率 17.25%。

另外,高性能稀土永磁材料被开发应用于高端新兴领域的报道也屡见报端。2018年 7月,杭州永磁 集团表示该公司研制出一种高性能永磁体,被应用于全球首个真空管道超高速磁悬浮列车环形实验 平台;2018 年 11 月,拥有完全自主知识产权的永磁直驱大功率交流传动电力机车在中车大同公司 正式下线,这是我国首台采用永磁和直驱技术的大功率交流传动电力机车;2019年 2月,德国西门 子公司开发的直驱永磁电机被成功应用于 Bye Aerospace开发的双座飞机上。随着科技应用的深入, 会有越来越多的新兴应用领域被开发出来,将为高性能稀土永磁材料需求增长再添助力。

综合以上分析,我们可以看到随着低碳经济快速发展,以新能源汽车、风力发电等为代表的节能环 保产业进入高速发展期,为高性能钕铁磁永磁材料带来了强劲的需求,高性能稀土永磁材料未来五 年将保持高速需求增长,市场前景非常可期。根据我们前述测算的结果,仅新能源汽车、风力发电、 节能家电三个低碳经济的代表产业到 2025年所需的高性能钕铁硼磁材合计就超过了 2018年全球高 性能钕铁硼磁材的需求总量,市场前景十分值得期待。

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