1、稀土永磁行业发展概况和趋势
永磁材料是指一经磁化即能保持恒定磁性的材料,是人类最早发现和应用,同时也是目前种类繁多、进展迅速和应用广泛的磁性材料,目前永磁材料可以分为金属合金永磁(主要以铝镍钴永磁为主)材料、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料。
稀土永磁材料是将钐、钕等混合稀土金属与过渡金属(如钴、铁等)组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。相较于传统永磁材料,稀土永磁材料磁性能更好、综合性能更优,已经成为高性能应用领域的首选材料。
经过不断的发展,目前稀土永磁材料主流应用为第三代钕铁硼永磁材料,由于其具有高磁能积、高矫顽力、体积小、质量轻、稳定性强的特性,对一、二代钐钴永磁材料已实现了较大程度替代,是目前应用范围最广、性价比最高、综合性能最优的磁性材料。根据生产工艺的不同,钕铁硼永磁材料又分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼、热压钕铁硼。
而在稀土永磁材料中,烧结钕铁硼产量占比最高,根据 Frost&Sullivan 预测,2025 年全球稀土永磁材料产量中烧结钕铁硼产量占比高于 95%,仍处于市场主导地位。烧结钕铁硼主要生产工序包括配料、熔炼铸片、氢处理、烧结等。
对于熔炼铸片环节,下游客户使用真空熔炼炉将镨钕/钕、铁、硼铁和镝、铽、铜、钴、铝等材料按比例配料后进行加热,使材料熔化形成钕铁硼合金液,而后进行快速冷却、甩带,制成甩带片。钕铁硼合金片(甩带片)的成分和微观结构是烧结钕铁硼磁性能的基础。
对于烧结环节,下游客户将压制成型的坯料装入真空烧结炉中,通过除油、脱氢、放气、烧结、时效等工段实现坯料到毛坯的转变。其中烧结过程主要是形成钕铁硼主相,时效过程主要通过富稀土相修复主相边界,提升矫顽力。除稀土配方外,上述两环节对于最终产品稀土磁材性能指标具有重要影响,而该核心生产工序中,目前真空熔炼炉及真空烧结炉均为必备生产设备,尚无可替代设备。
(1)上游稀土供应
稀土元素被誉为“工业的维生素”,具有难以取代的优异磁、光、电性能,对改善产品性能、增加产品品种、提高生产效率起重要作用,而稀土永磁材料是稀土下游价值最大的应用领域。稀土永磁材料受益于新能源汽车和电子工业等领域的高速发展,在全球稀土消费量、消费价值中均占比最高,根据《世界稀土产业格局变化与中国稀土产业面临的问题》显示,占比分别达到了 35%和 91%,因此稀土永磁材料是稀土消费价值最高的领域。
我国稀土资源丰富、元素种类较全且易开采,是全世界为数不多的具有完备稀土产业链的国家。从稀土矿储量来看,根据美国地质调查局数据显示,2022 年全球稀土储量约为 1.3 亿吨;其中,我国以 4,400 万吨的稀土矿资源储量居于首位,占比约为 35%。在产量方面,2024 年全球稀土产量合计 39 万吨,其中我国产量达到 27 万吨,占比约 70%,位居全球第一。因稀土是不可再生的重要战略资源,我国目前实施开采和冶炼分离实行总量指标控制的政策。
工信部于 2021 年 1 月发布的《稀土管理条例(征求意见稿)》,于国家层面首次立法规范稀土行业高质量发展,对稀土全产业链加强管理,并进一步明确了稀土产品战略储备制度、总量指标管理要求。2020-2024 年,我国稀土矿产开采和冶炼分离总量控制指标平稳增长。其中,2024 年稀土开采、冶炼分离总量控制指标分别为 27 万吨和 25.4 万吨,分别同比增长 5.88%和 4.16%。上述政策的实施为我国稀土产业可持续性发展提供了有力保障。
(2)钕铁硼永磁材料市场规模
我国近几年稀土永磁行业实现高速增长,目前我国已经成为全球最大的钕铁硼永磁材料生产国。根据工信部统计数据,我国 2017-2021 年钕铁硼永磁材料产量增长了 39.94%;根据百川盈孚、国元证券研究所数据,2023 年中国钕铁硼永磁材料产量约为 25 万吨,较 2022 年同比增长 10%。
在进出口方面,我国已成为全球主要的稀土永磁材料出口国家,稀土产业链向高附加值的中下游产品转型。根据海关总署数据,2016-2024 年我国稀土永磁材料出口数量整体呈增长态势,从 2016年 2.7 万吨增长到 2024 年 5.8 万吨,年均复合增长率为 10%。进口方面,我国稀土永磁材料进口数量相对较少,2023 年进口 0.19 万吨,同比减少 9.4%;2024 年进口 0.2 万吨。
(3)下游应用领域
高性能钕铁硼永磁材料是以速凝甩带法制成、内禀矫顽力及最大磁能积之和大于 60 的烧结钕铁硼永磁材料,磁性能、矫顽力、剩磁密度、温度特性等性能都要明显优于一般钕铁硼永磁材料。高性能钕铁硼永磁材料能在缩小产品体积、减轻产品重量的同时提供更高的使用效率,因此广泛应用于风力发电机、节能变频空调、节能电梯、新能源汽车、工业机器人等领域,短期内我国高性能钕铁硼产量和市场占有率仍有上升空间。
根据 Frost&Sullivan 数据显示,2020 年全球高性能钕铁硼永磁材料应用于风力发电机、新能源汽车、节能电梯、节能变频空调、工业机器人领域的占比分别为 19.8%、15.0%、14.6%、14.0%、12.8%,预计 2025 年高性能钕铁硼永磁材料应用于新能源汽车的比例将增长至 29.1%。
①新能源汽车
新能源汽车对高性能钕铁硼的需求量高于普通汽车。与普通汽车相比,新能源汽车主流搭载永磁同步电机,其具有效率高、转矩密度高、电机尺寸小、重量轻等优点,同时对钕铁硼的消耗量也高于普通汽车电机,其占电机原材料成本比例约为 45%,而电机占新能源车成本的比例约为 15%,仅次于电源占新能源车成本的比例。
根据中国稀土定增募集说明书(注册稿),新能源汽车每辆纯电动车消耗钕铁硼 5-10kg,每辆插电式混合动力汽车消耗 2-3kg;根据中科磁业招股说明书,每辆汽车中的电子助力转向系统需钕铁硼重量约 0.25kg。
我国目前正在加速汽车电动化转型,全面推广新能源汽车。根据中国汽车工业协会发布的统计数据,我国新能源汽车产销量已连续十年位居全球第一,2024 年新能源汽车产销量突破 1,000 万辆。中国新能源汽车产量由 2014 年的 7.8 万辆提升至 2024 年的 1,288.8 万辆,2023 年新能源汽车产销量分别同比增长 34.4%和 35.5%。
根据 EVVolumes 数据显示,2023 年全球新能源电动汽车(含纯电动及混合动力汽车)销量中,中国、欧洲和美国合计销量占全球销量的 92.91%,中国销量占比约为 59%。虽然产销量排名第一,但与美国等主要发达国家相比,我国汽车人均保有量仍然较低,仍处于汽车消费的发展期。根据世界银行公布的 2022 年全球 20 个主要国家千人汽车拥有量数据来看,我国千人汽车保有量位居全球排名的第 16 位。
我国《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》提出,到 2025 年我国新能源汽车销量占总销量的比例达到 20%以上,并且《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》中数据显示,至 2030 年国内新能源汽车预计渗透率将达 40%。可见国内汽车保有量仍有提升空间,新能源汽车渗透率亦将持续提升。随着新能源汽车销量快速增长和渗透率的持续提升,作为新能源汽车核心部件之一,以永磁电机为代表的驱动电机需求将获得提振,进而驱动稀土永磁材料需求增长。
②风力发电机
风力发电机分为永磁直驱式、半直驱式和双馈异步式,其中永磁直驱式和半直驱式发电机使用高性能钕铁硼磁钢。相对于双馈异步式机组,永磁直驱风机由于无齿轮箱,减少传动损耗的同时简化传动结构,从而提升发电效率与机组可靠性,降低运维成本;半直驱风机则在一定程度上结合双馈机组与直驱机组的优势,在实现提高齿轮箱的可靠性的同时实现了对大功率直驱发电机设计与制造条件的改善。在能源转型的大背景下,创建绿色低碳的发展模式已成为全球的普遍共识,全球风电行业发展有望提速。
根据国家能源局数据,2014-2023 年期间,我国风电累计装机量的年均复合增长率约为18.42%,远高于同期全球 11.94%的复合增长率;2023 年我国新增风电并网装机量为 75.90GW。总体规模方面,我国已经是全球风电装机容量第一大国,截至 2023 年末,我国累计风电装机量已达441.34GW,约占全球装机总量的 43%。
从技术角度看,风机大型化趋势愈发明显。根据 2022 年工信部、财政部等部委联合发布的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》,明确提出要重点发展 8MW 以上陆上风电机组及 13MW以上海上风电机组,大兆瓦风机成为国家鼓励重点突破的技术发展方向。
根据全球风能理事会统计数据显示,2014-2023 年,陆上风机平均单机容量复合增长率为 12.98%,海上风机平均单机容量复合增长率为 10.53%,最近十年间,风机大型化趋势明显,尤其在 2019 年之后明显提速。
2023 年,我国新增陆上风机平均单机容量 5.4MW,同比增长 25.58%,海上风机平均单机容量为 9.6MW,同比增长 29.73%。根据未来智库资料显示,风力发电机中超过 40%使用钕铁硼永磁体。随着风电行业持续发展、风机大型化趋势,高性能钕铁硼永磁材料所具备的提高发电效率、减少机舱重量、确保长期稳定运行以及降低维护成本等优势,使应用高性能钕铁硼磁钢的直驱和半直驱永磁电机渗透率将实现持续提升,为稀土永磁材料需求打开增长空间。
③工业机器人
在机器人及智能制造领域中,伺服电机是控制机器人关节灵活运动的关键设备,是工业机器人的核心零部件。伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置等达到灵活方便的效果。根据 OFweek 公布数据,2020 年伺服系统、精密减速器在工业机器人成本端的占比分别约为 25%、35%,伺服电机成本占比排名第二。
高性能钕铁硼是机器人伺服电机的重要原材料。伺服系统由伺服电机、伺服驱动器和编码器三部分组成。伺服驱动器用于将输入控制量转化为电信号,驱动电机运动,并根据反馈信息进行调节;伺服电机是系统中的执行器;编码器通常嵌入于伺服电机,是测量运动参数的传感器,用于将电机运动情况反馈给驱动器,实现闭环控制。具有较高可靠性和稳定性的高性能钕铁硼永磁材料是构建工业机器人的重要材料,能够使得核心部件实现体小量轻、快速反应,并具备较强的短时过载能力。
根据《钕铁硼市场发展现状及未来发展趋势分析》显示,每台工业机器人所需钕铁硼约为 25kg。全球机器人产业保持增长态势,中国已是世界最大的工业机器人市场。在 2024 年 8 月 21 日召开的世界机器人大会开幕式上,工信部副部长辛国斌提到,截至 2024 年 7 月,我国持有的机器人相关有效专利已超过 19 万项,占全球比重约 2/3;中国已连续 11 年成为全球最大工业机器人市场,近三年新增装机量占全球一半以上。
根据国家统计局数据显示,2020 年我国工业机器人产量约为23.71 万台,到 2024 年我国工业机器人产量达到 55.64 万台,年复合增长率为 23.77%;根据国际机器人联合会预计,2026 年全球工业机器人装机量将达到 71.8 万台。除了工业机器人稳健发展外,人形机器人或将成为稀土永磁材料新的增长点。
我国工信部于2023 年 11 月印发的《人形机器人创新发展指导意见》,指出到 2025 年,人形机器人创新体系初步建立,大脑、小脑、肢体等一批关键技术取得突破,确保核心部组件安全有效供给。
2025 年 4 月,全球首个人形机器人半程马拉松在北京亦庄举办;同年 5 月,全球首个人形机器人格斗大赛在杭州举办。可以预见,接下来我国将大力开展机器人基础研究、关键核心技术攻关,完善“机器人+”应用体系,推动我国机器人产业高质量发展。随着工业机器人持续发展、人形机器人成为发展新赛道,稀土永磁材料的长期需求将持续增加。
④变频空调
变频技术是一种将直流电逆变成不同频率交流电的技术,主要应用于电机的无级调速和节能领域。转速变化会引起压缩机输气量的变化,从而改变制冷剂循环流量,使空调制冷量或供热量发生变化,进而实现调节环境温度的目的。相比于传统定频空调,变频空调具有节能高效、温度控制精确、快速制冷制热、低噪低、减少电力负荷和使用寿命长等诸多优点,因而高效能的变频空调逐步取代传统低效能的定频空调已成为主流发展趋势。
我国在 2020 年实施了新的空调能效标准,这一变化大幅加速了钕铁硼永磁体在变频空调领域的渗透。根据Frost & Sullivan 数据,预计2030 年中国节能变频空调产量将达 36,871.6 万台,2024-2030年复合年增长率为 11.6%。
根据产业在线数据,2024 年 1-10 月,全国变频空调实现销量 1.18 亿台,同比增长 13.1%。随着未来《房间空气调节器能效限定值及能效等级》继续实施,定频空调产品全面淘汰,节能变频空调渗透率持续提升。
随着国内对碳达峰和碳中和目标的推动,预计会有更多领域提高能效标准,其中电机标准的提升将成为关键部分,将推动钕铁硼永磁材料在包括变频空调在内的多个领域的加速渗透。⑤节能电梯钕铁硼永磁材料在节能电梯中的应用主要是电梯曳引机。电梯曳引机是电梯的动力设备,包括永磁同步曳引机与传统异步曳引机。
永磁同步电动机采用高性能永磁材料和特殊的电机结构,相比于传统异步曳引机具有节能、环保、低速、大转矩等特性。采用电梯变频技术和钕铁硼永磁同步无齿曳引技术可降低电梯能耗。根据中国电梯协会数据,电梯驱动系统采用钕铁硼永磁曳引机的节能电梯比普通拖动控制电机节能效率提高 20%,同时降低 40%的损耗。
近年来我国电梯产量实现了快速增长,同时节能电梯渗透率不断提高,2024 年国内节能电梯渗透率已达到 68%。随着节能电梯渗透率提升及存量电梯市场的替换,可进一步带动高性能钕铁硼永磁材料的市场需求。
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