北方稀土决意抢占新能源的“心脏”市场

发布日期：2022/5/11

       据报道，近日，包钢集团控股的北方稀土发布公告称，其将与青岛中加特合资投建稀土永磁高效电机项目。新项目将采用轻资产运营模式，主营永磁变频调速一体机，可促进稀土镨钕产品向终端高附加值应用领域转化，加快稀土永磁电机产业布局，延伸磁性材料产业链。

       稀土永磁材料磁性能优异，经过充磁后不需要外加能量即可建立永久磁场。相比传统电机，稀土永磁电机不仅拥有特高效、特高速、特高响应速度的高性能，由于结构简单、运行可靠，还具有体积小、重量轻等优点。此外，稀土永磁电机与电力电子技术和微机控制技术相结合后，可使电机及传动系统性能提高到一个崭新水平，提升整体装备性能水平，是电机行业调整产业结构的重要发展方向。目前，稀土永磁电机的应用遍及航空、航天、国防、装备制造、工农业生产和日常生活的各个领域。

       记者了解到，与深耕稀土产业上游的北方稀土不同，青岛中加特是国内高端装备制造领域的“小巨人”，其产品多项参数国际领先。北方稀土与青岛中加特强强联合，既符合国家稀土新材料产业发展政策和市场发展的需要，也是北方稀土进入稀土磁性材料产业链的延伸、促进产品高附加值转化的战略需求，将进一步壮大北方稀土系列品牌，打造终端应用“新名片”。

       业内评价称，此次资源禀赋与高端制造的强强联合，其意义不仅是短期之内的优势互补，更是国有与民营企业联动后，对行业内制造供应链体系的充血，激发解决制造业细分领域内技术难题的强大潜力。项目建成后可形成年产90台（套）永磁智能高效电机及配套服务的生产能力，达产后预计年营业收入8010万元。

       驱动电机 被忽视的“动力心脏”

       众所周知，在传统燃油车产业中，一直流传着“三大件”的说法，即发动机、变速箱、底盘。

       这三个部分，是判定汽车技术水平的最直观标准，也是汽车研发过程的核心技术！

       不过到了电动车时代，伴随着驱动系统的完全整改，所谓的汽车三大件说法自然也被抛弃。

       而是改为了以电池、电控以及驱动电机组成的电动车“三电”系统。

       根据计算，三电系统直接占据了一辆新能源汽车制造成本的60%-70%。

       其中电池作为新能源汽车的动力源，取代了传统燃油车中的油箱，来为汽车提供持续稳定的能量。

       其成本占比最高，大约在百分之三四十左右。

       而电控系统负责扮演“大脑和神经”的角色，用来传达调节汽车的启动、暂停、加减速度等各项指令。

       其成本占比相对最低也最稳定，也就在百分之十上下浮动。

       至于驱动电机，则更像传统燃油车中，发动机与变速箱的整合体。

       不仅能将电能转换成机械能，推动汽车的运行；

       还要负责调整自身的转速，来控制汽车的行进速度。

       是当之无愧的汽车“动力心脏”。

       但有意思的是，虽然驱动电机直接承担了传统燃油车中两个大件的职能，但是其价值却并不算太高。

       也就在10%-20%左右。

       那这是不是就代表，驱动电机在新能源汽车中没那么重要？

       或者说，驱动电机的研发难度更低呢？

       刚刚我们说到，驱动电机在作用上，是直接代替了传统燃油车中的发动机、变速箱两大件。

       这就需要，汽车电机需要同时兼顾极大的起动转矩和极宽的调速范围两大特点，才能满足汽车的起动和加速性能。

       这样描述可能有点难理解。

       简单来说：

       在起步阶段，电机就需要保持一个“低转速高扭矩”的运行状态，才能保证汽车能够平稳起步。

       而到了需要加速时，则需要电力在低扭矩状态下，短时间内达到一个较高转速。

       同时，在正常运行的情况下，电机还要保证高效率、低损耗的全工况运行，用来提高电池的续航问题！

       除此以外，新能源汽车的长时间运行，势必会导致电机过热。

       因此必须在内部搭载极为优良的散热冷却系统，保证带电机性能的稳定以及安全。

       另外，由于新能源汽车的空间承载限制，电机的体积和重量还不能过大，这就需要极高的功率密度。

       总结下来，小质量、小重量、高性能、高效率、低损耗、高可靠性。

       这样的工艺难度，其实并不比内燃机差多少。

       正因如此，在各大新能源车企的起步阶段，电机研制就成了重中之重。

       而像特斯拉这样并没有任何造车基础的企业，在研发阶段只能在全球到处找供应商，合作研发能够用于汽车的轻量化电机。

       当时特斯拉的联合创始人斯特劳贝尔，跑遍了欧美日韩的供应商最后都被拒绝。

       幸亏机缘巧合之下最后在中国台湾的电机供应商名单里找到了富田，这才开启了双方在汽车驱动电机领域的合作研发之路！

       而在此后的几年里，双方合作成果不断，其电机技术水平也一路冲到了世界前列！

       按理说这种先发优势，足以让特斯拉和富田在此领域建立下足够高的技术壁垒，然后一直领先下去。

       但伴随着国产新能源市场的扩大以及国产电机技术的崛起，台湾引以为傲的电机技术却逐渐落后，甚至现在就连特斯拉都已经投进了国产电机的怀抱！

       中国稀土 汽车电机杀手锏

       2021年7月，特斯拉的Model Y和Model 3先后宣布换装国产驱动电机。

       而在换装之后，不仅两种车型都下调了价格；

       其功率和扭矩在原车基础上也都有了不同程度的提升，甚至Model Y的四驱长续航版本，其后电机的功率提升幅度高达22%。

       这种极高的性价比，也进一步坚定了使用国产电机的决心。

       而这足以体现出中国汽车驱动电机的技术优势。

       那中国电机又是如何做到这一点的呢？

       其实总结下来，中国电机逆袭的原因有很多。

       比如我们一直在说的，中国坐拥世界最大的新能源汽车市场，以及中国完善的工业体系等。

       但是归根结底，中国电机技术之所以能够成功，主要归结为两个方面，那就是电机技术路线的选择，以及电机技术水平的创新。

       先说路线选择，目前在电动车上使用的驱动电机主要有两种，即永磁同步电机和感应交流异步电机。

       其中永磁电机技术更为成熟，且结构较为简单，具有制造、使用、维护方便的优点。

       最重要的是，永磁电机本身就由磁体打造，能量转换效率显然更高，体积也可以做得更小。

       而轻量化对于电动汽车的节能、续航等标准，具有重大的意义。

       正因如此，现如今市场上的热门车型，像比亚迪汉、理想one、小鹏P7、蔚来ES6等，采用的都是永磁同步电机。

       而且业内普遍认为，永磁同步电机是未来新能源汽车的主流选择。

       但有意思的是，像特斯拉等外国新能源车企，在最初研发阶段都没有把重点放在永磁同步电机上。

       却选择了另一条新能源汽车电机方案，即感应交流异步电机也称为感应电机。

       这种电机在体积、结构、能量转化效率方面都略低于永磁同步电机，且感应电机的技术瓶颈更多。

       总之，感应电机的技术路线，其实并不适合电动汽车轻量化、高速化的发展方向。

       那既然如此，为何特斯拉等外国企业，还是义无反顾地选择了感应电机路线呢？

       难道他们看不到永磁同步电机的潜力吗？

       当然不是。

       事实上，在永磁同步电机技术领域，外国企业的研究并不比中国差多少。

       但是如果想要批量应用到汽车制造中去，那么外国企业就要面对一个极为致命的问题，即生产链安全！

       要知道，永磁同步电机，之所以能用永磁命名，是因为它的主要制造材料就是永磁材料。

       而永磁材料的主要成分则是钕铁硼。

       甚至在整个永磁电机中，仅钕铁硼的成本就能占到30%-40%，其重要性不言而喻。

       在此大东简单解释下钕铁硼是什么？

       这是一种特殊的金属材料。

       不仅易于加工，且磁性极强，极难消磁。

       是迄今为止性能最优良的永磁材料。

       但钕铁硼的制取极为不易，需要将钕、硼、镝、铽等稀土元素加入铁中高温熔炼才能获得。

       也就是说，钕铁硼本质其实是一种稀土产品。

       而中国作为稀土大国，自然在此领域掌握着绝对的话语权。

       事实上，现如今中国已经垄断了全球60%以上的稀土产能，以及85%以上的钕铁硼材料产能。

       也就是说，全球无论谁想生产制造永磁电机，都必须在中国购买原材料。

       而在这种局势之下，特斯拉等外国企业最初为了降低成本以及保证生产链安全，只能忍痛抛弃永磁电机技术，拥抱感应电机。

       但伴随着时间的发展，中国凭借着在稀土领域的巨大优势以及国产企业的不懈努力。

       已经将永磁电机技术推向了一个极高的高度。

       而面对这种情况，为了避免被市场所抛弃，只能忍痛更改路线，投入到永磁同步电机的怀抱，安上了一颗中国心。

       而且更重要的是，在近几年的时间里，中国不仅仅是在永磁材料方面建立了优势。

       像独树一帜的扁线电机技术，不仅提升了电机的功率密度，还缩小了体积，进一步推进了电机轻量化发展。

       除此之外，像中国完善的驱动电机零部件供应、世界顶尖的电机集成技术，都让中国在全球驱动电机市场中获得了举足轻重的地位！

       “双碳”加速钕铁硼永磁渗透

       1. 新能源汽车将成为高性能钕铁硼需求的核心拉动力

       “双碳”政策推进下，汽车电动化将成为节能减排的重要组成部分以及 产业技术竞争点，得到各国大力支撑。

       我国将新能源汽车行业列为战略 性新兴产业，新能源汽车也是国内汽车产业赶超全球领先汽车工业水平 的重要方向年。

       112020 月提出的新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年）中指出，到 2025 年“新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量 的 20%左右，纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电 动化，燃料电池汽车实现商业化应用”等目标。

       在国家高度关注、政策 倾斜支持的背景下，我国新能源汽车行业快速发展，产销量全球占比提升至 50%左右，同时新能源汽车产业的高速发展也支撑上游行业的快速 成长。

       2020 年全球电动车销量达 320 万辆，同比增长 41%，渗透率达到 4%左 右，其中中国销售 136 万辆，同比增长 13%。

       2021 年全球新能源汽车产 量突破 620 万辆，中国新能源汽车产量超过 350 万辆，全球渗透率有望 达到 8%。

       电动车“0 到 1”逻辑验真，已经进入“1 到 100”的快速增长 阶段，我们预计到 2022-2025 年全球电动车年复合增速将达到 40%左右， 到 2025 年全球产销量超过 2400 万辆，渗透率达到 20%以上。

       2025年新能源汽车对钕铁硼永磁体需求将增长至6万吨，CAGR达49%。

       未来新能源汽车将全面发展，单车使用钕铁硼量预计保持稳定，高端新 能源汽车采用大功率电机、多电机设计等将带动单车用量的增加，同时 以五菱 MiniEV 为代表的性价比车型也快速发展，其对钕铁硼用量则相 对较小，降低单车平均用量。

       按照单车钕铁硼消耗量 2.5KG 计算，新能 源汽车对高性能钕铁硼的需求量有望达 6 万吨，2020-2025 年 CAGR 达 39%。

       2. 风电：

       永磁直驱风电机渗透率提升有望抬升钕铁硼需求

       2020年受风电补贴退坡带来的抢装影响，国内新增风电装机容量增至 72GW，同比增长 179%。

       2021 年在抢装消退以及海上风电逐步表现出 经济性的相互作用下，我国风电全年装机量 47.57GW，同比下降 34%， 回归正常水平。

       2022 年国内海上风电将成为重要增长点，广东、江苏、 福建等地区均规划大规模产能。

       2021 年全国新增海上风电装机量 16.9GW，超过原有累计装机量的总和，截至 2021 年底累计装机量达到 26.38GW。

       此外，陆地风光大基地建设也将支撑风电装机容量的稳步增 长，我们预计“十四五”期间国内年均新增风电装机容量将保持在 50GW 以上的高水平。

       海外风电装机量在 30GW水平上维持稳步增长。

       2018-2020年全球新增 风电装机容量为 50.69、60.87 和 93GW，除中国外装机容量 29.7、35.2 和 20.9GW；

       根据全球风能组织（GWEC）数据，预计 2021 年全球装机 量为 87.5GW，海外市场装机量约为 39.9GW，相对于 2020 年接近翻倍 增长。

       俄乌事件加剧全球能源供给紧张趋势，欧美风电装机或将加速。

       风电仍将是高性能钕铁硼磁材的重要需求来源之一。

       据《风能北京宣言》 指引，2021-2025 年国内或将保持年均 50GW 的新增装机量，保持稳定 增长。

       同时据 GWEC 预测，到 2025 年全球风电新增装机容量有望达到 112.2GW，CAGR 达 3.8%；

       中国 2025 年风电新增装机容量有望达到 62.3GW，CAGR 为 3.7%。

       永磁直驱/半直驱电机渗透率提升推动钕铁硼磁材需求增长。

       目前风力发 电机主要分为四种：

       异步发电机、双馈异步发电机、半直驱式永磁同步 发电机和直驱式永磁同步发电机，后两种电机需要使用钕铁硼永磁体。

       永磁直驱电机和半直驱电机因其安装简单、运营成本低、发电效率高等 优点，有望不断提升其渗透率。

       但由于稀土价格大幅上涨，成本因素导 致风电技术从直驱、半直驱向其他方案转变，假设 2021-2025 年全球风电新增装机中永磁直驱发电机渗透率均在 35%左右，按照 GW 永磁直驱 风力发电机消耗钕铁硼 670 吨测算，则 2025 年全球风力发电机对钕铁 硼需求量有望达到 2.63 万吨。

       3. 变频空调：

       节能环保变频空调渗透率有望提升

       变频空调相较于定频空调使用效率更高、更省电。

       压缩机是空调的心脏， 其转速直接影响空调的使用效率，变频空调相比常规空调在结构上增加 了压缩机变频器，使之始终处于最佳的转速状态，从而提高能效比。

       政策助推节能变频空调渗透率提升。

       2020年7约开始实施的新国标《房 间空气调节器能效限定值及能效等级》（GB21455-2019），该标准将空调 整体的能效标准提升 14%，并要求到 2022 年空调行业的整体能效提升 30%以上。

       定频空调按照使用永磁材料分为钕铁硼和铁氧体两种。

       能效 标准提升后变频空调压缩机只有使用高性能钕铁硼永磁体才能满足标 准，因此定频空调及铁氧体变频空调将快速过渡到稀土永磁变频空调。

       预计 2025年全球变频空调对高性能钕铁硼磁材需求增长至0.9万吨。

       据 Frost&Sullivan 数据，2020 年我国节能变频空调产量为 8336 万台，2021 年前 10 月产量为 9011 万台，同比增长 35%，预计 2021 年全年产量为 为 10500 万台；

       未来随着变频空调出口量增长，国内产量预计能够维持10%左右的复合增长，到 2025 年我国变频空调产量有望达到 1.54 亿台， 而 2020 年之前国内变频空调产量一般占据世界总产量的 80%，随着我 国 2021 年能效标准提升占比有望提升至 85%左右，则 2025 年全球变频 空调产量约为 1.8 亿台。

       按照每台稀土永磁变频空调消耗钕铁硼磁材 80g 测算，则到 2025 年全球变频空调对钕铁硼磁材的需求量有望达到 1.45 万吨左右。

       4. 传统汽车智能化提升带动小微电机需求

       普通燃油汽车所需要的小微特电机超过 25 个，对电机性能要求较高的 EPS（电子助力转向，Electric Power Steering）、防抱死系统（ABS）及点 火器等需要使用钕铁硼永磁体，且主要为烧结钕铁硼永磁体。

       中高端汽 车及豪华汽车的小微电机需求量可能达到 40-50 个及 100 个，未来汽车 数字化、电动化、智能话将加速高性能小微电机应用从而带动钕铁硼需求。

       电动助力转向系统（ EPS）作为机电一体化的代表，将电机与电子产品相 结合，提升和满足了驾驶员对操纵系统的操纵性，还有助于节省约 3%的 油耗。

       在油耗限值法规、汽车电动化、智能化的趋势下，全球 EPS 装配 率有望继续快速提升。

       预计 2025 年汽车 EPS 有望达到 80%，按照单车 EPS 消耗钕铁硼 0.15KG，挤上渗透率更高的 ABS 防抱死系统以及其他小微电机，平均单车使用钕铁硼的量在 0.25-0.3Kg，则 2021 年全年汽车 用钕铁硼用量在 2.55 万吨。

       5. 高效工业电机加速渗透

       近日，工信部与市场监管总局印发《电机能效提升计划（2021-2023年）》， 要求加大节能高效电机应用力度。

       该文件要求，到 2023 年，国内高效节 能电机年产量达到 1.7 亿千瓦，在役的高效节能电机占比达到 20%以上， 实现年节电量 490 亿千瓦时的目标（相当于节约标准煤 1500 万吨，减 排二氧化碳 2800 万吨）。

       稀土永磁电机相对于感应电机等传统电机节能 15-20%。

       电机类型主要 包括励磁电机及永磁电机，其中稀土永磁电机节能优势明显，能够降低 电耗 15%以上。

       交流电机由于感应电流相位与转子线圈电流相位的差异 导致一定功率损耗，且介电材料的损耗也相对较大，因此整体效率较低、 发热较多；

       永磁电机具有结构简单、体积小、可靠度高、损耗小及效率 高等特点，在工农业生产、航空航天、汽车、家电、医疗设备、电子产 品等各个领域应用广泛，稀土永磁电机是永磁电机中的高端产品，能够 降低电耗 15%-20%，单位功率更高且能够实现精确控制，是高端电机的 主要选择。

       制造业高端化、自动化进程中将需求更多高端电机 。

       随着高端制造业的 发展，我国工业电机的应用逐步从早期的纺织、包装等领域向工业机器 人、电池制造、3C 制造等领域快速发展。

       制造业高端化、自动化进程中 对于高端电机尤其是伺服电机的需求量快速增长，其中工业机器人是伺 服电机应用的代表。

       据工信部数据，2020 年我国工业机器人出货量达到23.7 万台，同比增长 27%，2015-2020 年 CAGR 达 48%；

       根据国际机器 人联合会（IFR）数据，2020 年全球工业机器人出货量为 38.4 万台，同 比增长 3%，2015-2020 年 CAGR 达 9%；

       2021 年随着疫情恢复，全球工 业机器人将继续带动高端伺服电机的增长。

       政策鼓励高效工业电机转换将加速钕铁硼电机渗透，预计2025年我国 工业电机能效升级对高性能钕铁硼磁材需求增长至3.2万吨。

       我国社会 用电中 65%为的电机耗电，其中工业电机用电超电机总用电的 85%。

       2021 年我国全社会用电量为 8.31 万亿度，相对于 2011 年的 4.69 万亿度 增长 77%；

       据 2011 年工信部《电机能效提升计划（2013-2015 年）》数 据，2011 年我国工业电机保有量为 1700GW，考虑 10 年来能效提升、 高效电机占比增加等，预计我国 2021 年电机保有量约 3500-4000GW。

       此外，2011 年之后我国电机产量约为 260-300GW/年，而我们估计每年 电机淘汰数量为产量的 1/3 左右，据此测算我国 2021 年电机保有量也在 4000GW 附近。

       根据《电机能效提升计划（2023）》展望，到 2023 年我国在役电机中高 效节能电机占比达到 20%以上，假设 2021-2025 年我国工业电机存量年 复合增速为 3%，高效节能电机占比分别为 8%、11%、15%、19%和 23%；

       同时国内每年新增工业电机量约为 300GW，目前高效电机的渗透率约为 20%，随着国家鼓励政策出台以及工业电价的提升，央企国企的带头作 用凸显，新增工业电机中高效电机的渗透率以每年 5 PCT 的速度提升。

       存量电机替换、新增工业电机高效占比提升两者共同推动钕铁硼需求量 增加，根据上述假设可以计算得到 2022-2025 年高效节能电机增量为 216GW、288GW、322GW、358GW。

       按照其中稀土永磁电机分别占比 30%、 35%、40%、45%，以及每 GW 稀土永磁电机对应钕铁硼需求量 200 吨 计算，到 2025 年我国由电机能效提升带来的高性能钕铁硼需求量将达 到 3.2 万吨，CAGR 约为 35.5%。

文章来源：未来智库，爱较真科普，科技日报

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