稀土行業(yè)研究-電機驅動需求倍增

稀土行業(yè)研究：電機驅動，需求倍增一、稀土成為低碳、智能時代的驅動材料1、稀土在低碳和智能工業(yè)領域應用廣泛低碳化和工業(yè)智能化是當今驅動中國乃至全球經濟兩大最重要的力量，而稀土則是這兩大驅動力量的核心材料。相較于鈷和鋰的新興應用領域相對集中于電池領域，稀土在低碳經濟中的應用范圍更加廣泛。稀土在光、磁、電領域能夠產生特殊的能量轉換、傳輸、存儲功能，通過加工可形成一批新型功能材料，滿足更快、更小和更輕產品的節(jié)能需求，是無污染、高性能的“綠色材料”。在低碳能源系統(tǒng)方面，稀土可用于石油化工和天然氣工業(yè)催化劑，用于風力渦輪機；在低碳產業(yè)體系方面，稀土可以用于電子、激光與感應設備、高端醫(yī)療設備、民用照明光學材料、特殊陶瓷、工業(yè)合金、磁性材料與風電設備、新能源汽車與電池中；在低碳技術方面，稀土通過其在汽車尾氣催化轉化、混合動力汽車、電機中的獨特應用，在減少溫室氣體排放方面發(fā)揮著關鍵作用。除了低碳發(fā)展外，智能化工業(yè)是主導全球經濟的另一驅動，智能化所需要的核心能力包括自動化、信息化、互聯(lián)化、智能化四個階段。中國做出了相應的規(guī)劃，在“中國制造2025”中提出以信息化和工業(yè)深度融合，發(fā)展五大工程、十大領域，其中十大領域包括新一代信息技術產業(yè)、高檔數(shù)控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農機裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械，稀土在上述領域中均為舉足輕重的基礎材料。2、稀土元素的特點鑄就獨特功能稀土是化學元素周期表中鑭系（鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥）15個元素和21號元素鈧、39號元素釔（共17個元素）的總稱。據其物理化學性質的差異性和相似性，可分成三個組：輕稀土組（鑭～钷）、中稀土組（釤～鏑）、重稀土組（鈥～镥加上鈧和釔）。稀土能夠成為低碳、智能新時代的關鍵核心材料，是由其特殊的原子結構決定的。稀土元素的共性在于原子結構相似、離子半徑相近、在自然界密切共生，同時，由于各元素原子結構中K、L、M層能級不同，核內質子數(shù)及排列不同，4f層中電子數(shù)不同，因而存在特殊，具有豐碩的能級躍遷、大的原子磁矩、很強的自旋軌道耦合等特性。與其它元素形成稀土配合物時,配位數(shù)可在3~12間轉變,使稀土化合物晶體結構多樣化。這些特性給予了稀土元素及其化合物獨特的電、光、磁、熱等性能。稀土下游需求主要為稀土磁性材料、稀土催化材料、稀土儲氫材料、稀土拋光材料、稀土發(fā)光材料、稀土合金材料等稀土功能材料。3、節(jié)能效果使稀土永磁成為增速最快的應用領域稀土應用廣泛，新興需求不斷開發(fā)應用，其中稀土永磁成為最大的應用領域。2015年2021年間，稀土各功能材料按照增速來看發(fā)光材料、拋光材料、永磁材料、儲氫材料等新興應用增速較快，而用于裂解、催化等領域需求萎縮。按照絕對量看來，永磁材料是稀土應用材料的主要來源，約占6年間稀土應用材料增量比重的為55%。稀土永磁技術路線分為三種：鐵氧體、釤鈷永磁和釹鐵硼，其中釹鐵硼（NdFeB）是第三代稀土永磁材料，主要成分為稀土（Re）、鐵（Fe）、硼(B），其中稀土Nd為了獲得不同性能可用部分鐠（Pr）、鏑（Dy）等其他稀土金屬替代，鐵也可以被鈷（Co）、鋁（Al）等其他金屬部分替代。釹鐵硼具有高剩磁密度、高矯頑力和高磁能級的優(yōu)點，是迄今為止磁性最強的永磁材料。釹鐵硼具有“小型化”和“高磁能”兩大特點，使其具有節(jié)能環(huán)保的功能，成為低碳時代必然的選擇。與鐵氧體相比，釹鐵硼具備高能量、高密度的優(yōu)點，相同磁力的釹鐵硼體積是鐵氧體的1/10，體積是其1/6，能夠滿足小型化、輕量化、薄型化的需求；同時，釹鐵硼具有極高的磁能積和矯頑力，是目前永磁材料中磁性能最高的一種，因此廣泛應用于電機、電動工具、風力發(fā)電、節(jié)能電梯、電動自行車、新能源汽車、EPS等。釹鐵硼設備的初置成本雖然較高，但長期節(jié)能價值更為突出。從各稀土元素在地殼中的豐度來看，最高為鈰（La）和鑭(Ce)，分別為43ppm和39ppm，釹(Nd)、鐠（Pr）分別為26ppm和5.7ppm，鏑（Dy）為6ppm，鋱（Tb）為1.4ppm。因此，不同稀土元素之間價格分化較大，體現(xiàn)了其地殼豐度與應用領域之間的差異度。4、需求換擋，高性能釹鐵硼市場規(guī)?？焖贁U大所謂高性能釹鐵硼永磁材料是指以速凝甩帶法制成，內稟矯頑力Hcj(kOe)和最大磁能(BH)max,MGOe）之和大于60，用于制作中、小、微型特殊用途的永磁電機、傳感器、磁共振儀、高級音像設備等的燒結釹鐵硼永磁材料，屬于重點鼓勵和支持發(fā)展的高新技術產品。從實際應用來看，低端釹鐵硼主要應用于磁吸附、磁選、電動自行車、箱包扣、門扣、玩具等領域，而高性能釹鐵硼主要是指應用于高技術壁壘領域中各種型號的電機、揚聲器之中的磁鋼，包括節(jié)能電機、汽車電機、風力發(fā)電、高級音像設備、電梯電機等。按照生產工藝，釹鐵硼可以分為燒結釹鐵硼、粘結釹鐵硼和熱壓釹鐵硼，粘結釹鐵硼主要用于硬盤光驅主軸電機以及功率較小的微特電機等領域，而燒結釹鐵硼更多用于功率較大的驅動電機等領域。據SMM，2020年中國燒結釹鐵硼毛坯產量約為19萬噸，較2019年的17萬噸增長11.8%。其中，高性能燒結釹鐵硼毛坯產量為5.13萬噸，占釹鐵硼毛坯總量的27.6%。2015年-2020年高性能釹鐵硼年復合增長率13.69%，較釹鐵硼同期9.6%的CAGR高4個百分點，占比由21.3%提升至27.6%。隨著低碳理念在經濟領域的貫徹執(zhí)行，高性能釹鐵硼的下游需求已經發(fā)生了質變與量變。2009年高性能釹鐵硼下游消費占比最大的三大行業(yè)為風電、消費電子和VCM，其中消費電子和VCM合計占高端釹鐵硼的消費比重為46%，2015年，即新能源革命所帶來相關行業(yè)的爆發(fā)式增長前夕，這一格局從結構上并未發(fā)生根本變化，消費電子和VCM合計占高端釹鐵硼的消費比重為44%。但從2020年來看，新能源汽車、傳統(tǒng)汽車、變頻空調、工業(yè)機器人已成為高端釹鐵硼的主要消費行業(yè)，風電占比變化不大，但絕對量出現(xiàn)倍數(shù)級增長。我們認為，從需求驅動的角度看，高端釹鐵硼進入一個新時代，體現(xiàn)在兩個方面：驅動行業(yè)的多元化和需求量級上的躍升。二、全球低碳化開啟釹鐵硼電機新時代電能是現(xiàn)代工業(yè)的主要能源和動力，電機是各種設備的動力驅動系統(tǒng)。電機廣泛應用于冶金、電力、石化、煤炭、礦山、建材、造紙、市政、水利、造船、港口裝卸等領域，凡需要將電能轉化為機械能或將機械能轉化為電能的地方都必須用到電機，電機行業(yè)整體上具有巨大的市場容量。稀土永磁電機無源（不需要額外提供電能）、無接觸（隔空作用，無機械磨損），具有三高三小一好的特點：效率高、功能密度高、力矩高、體積小、噪音小、溫升小、穩(wěn)定性可靠性好，結構簡單、節(jié)能環(huán)保，是現(xiàn)代科學技術與工業(yè)制造不可缺少的基礎功能材料。在稀土永磁的應用中，電機占比超過60%。除了作為新能源汽車、風電、機器人等新興領域的電機首選外，電力消耗最大的傳統(tǒng)工業(yè)電機能效提升改造也為釹鐵硼提供巨大的市場空間。（一）汽車行業(yè)成為永磁需求主要驅動1、傳統(tǒng)汽車微電機與EPS拉動永磁需求傳統(tǒng)汽車對稀土永磁的應用主要來自微電機和EPS的拉動。隨著汽車駕乘享受、舒適度和安全措施的提升，傳統(tǒng)汽車所用永磁電機的數(shù)量由原來的近40個提升至70個，并向小型化、輕量化、高效率化方向發(fā)展，稀土永磁取代部分傳統(tǒng)鐵氧體永磁電機，用于起動電機、發(fā)動機、自動剎車、油泵電機、空調電機等。在傳統(tǒng)汽車中，作為自動駕駛基本要素之一的EPS（電動助力轉向系統(tǒng)）則是其中最重要的執(zhí)行機構之一。EPS利用電動機產生的動力協(xié)助駕車者進行動力轉向，可以增強汽車操縱穩(wěn)定性、舒適性、行駛安全性和潛在的自動駕駛適配能力。國內汽車行業(yè)的EPS系統(tǒng)在歷史上的普及略晚于歐美日國家，近年來乘用車EPS滲透率迅速提升，但商用車汽車轉向系統(tǒng)依舊以HPS

（機械液壓助力轉向系統(tǒng)）和EHPS（電子液壓助力轉向系統(tǒng)）為主，2020年EHPS占比40.1%。液壓系統(tǒng)效率為60-70%，EPS則高達90%以上，且結構簡單能耗少。隨著環(huán)保趨嚴，HPS、EHPS的市場份額未來將逐步被EPS所取代，EPS滲透率提升有望帶動鐠釹需求持續(xù)擴張。2、新能源汽車成為釹鐵硼需求的主要增長動力在能源與環(huán)境壓力下，發(fā)展新能源汽車（油、電混合動力汽車和純電動汽車等）已形成全球共識。新能源汽車主要包括純電動汽車（BEV）、插電式混合動力汽車（HEV）和燃料電池汽車

（FCEV）。全球新能源汽車自2019年以來加速增長，2021年新能源汽車產銷量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。2021年全球新能源汽車銷量達到611萬輛，同比增長110%，滲透率為8%，較2020年提升4個百分點。2021年我國新能源乘用車產量為354.5萬輛，同比增長159.5%，大幅超過年初預期。其中純電動車276.1萬輛，同比增長178.8%，插電混動車型零售59.8萬輛，同比增長133.5%。滲透率呈現(xiàn)逐月提升態(tài)勢，全年達到16%，歐洲受到芯片短缺的影響，但全年產銷保持平穩(wěn)，2021年新能源汽車銷量為195萬輛，德國、法國、英國銷售分別增長73%、63%和74%，滲透率較上年提升5-9個百分點；2021年是美國新能源汽車政策的拐點年，新能源汽車銷量65萬輛，同比增長102%，滲透率較2020年翻番至7個百分點左右。新能源汽車驅動電機是新能源汽車的三大核心部件之一，是純電動車和燃料電池汽車上唯一驅動部件，是油電混合動力汽車實現(xiàn)各種工作模式的關鍵，直接影響混合動力汽車的油耗指標、排放指標、動力性、經濟性和穩(wěn)定性。適合新能源汽車驅動電機的主要有永磁同步、交流異步和開關磁阻三類。稀土永磁驅動電機因其具有盡可能寬廣的弱磁調速范圍、高功率密度比、高效率、高可靠性等優(yōu)勢而被用作新能源

汽車驅動電機，有效地降低新能源汽車的重量和提高其效率。高性能燒結釹鐵硼永磁材料是用于稀土永磁驅動電機的核心關鍵材料，