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特斯拉隐秘的恐惧:中国新能源车爆发背后的50年棋局

科技

图片来源@视觉中国

文 | 星船知造,作者 | 孙鹏飞、唐晓园

我们先把时间线框在十年内——

十年间,特斯拉忐忑的背后是一场上下游产业的双赢。

如果说锂电池是新能源汽车驱动的硬实力,那么电机是新能源汽车续航的软实力。

但今天全球新能源汽车使用电机有个特色:欧美品牌的新能源车多用“交流异步电机”,如大众、福特等。而超过90%的中国新能源汽车都用上了“永磁同步电机(以下简称永磁电机)”。相对而言,永磁电机能量转换效率更高,能耗也更低。

像特斯拉这样的明星企业,在生产之初也没能用上永磁电机——一个可能的原因是:永磁电机的材料钕铁硼,几乎全掌握在中国手中。马斯克担心出现供应链出问题。

转变出现在2018年。它同时预示着一场中国电机产业有史以来最猛烈的进化将进入第一期收尾。

2018年,在特斯拉公司建立上海超级工厂时,这家全球新能源车的明星决定赌上一把用“中国人控制着的”永磁电机——此时,中国电机产业和中国的磁性材料正借着新能源车的东风不断精进技术。中科三环、金力永磁、横店东磁等企业都前后脚进入了特斯拉供应链。

特斯拉获得了也许是全世界性价比最高的供应商,而中国电机、新材料产业则借着进入特斯拉供应链再次提升实力,最终反哺中国的新能源汽车产业。

这是一场下游新能源车企和上游产业的双赢。

再把时间线拉长到二十年——

2001年,中国决定大力发展新能源汽车,按照技术、车型、产业化三步走。让中国汽车产业绕开传统燃油车被卡脖子的三大件——内燃机、底盘、变速箱的生产制造。转而开发由电池、电机、电控系统组成的三电系统,与国外品牌站在同一起跑线。

同时这二十年间,中国互联网行业发展迅速——截至2020年底,在全球前20的互联网企业中,美国占12 家,中国占7 家,欧洲日本等发达经济体几乎没有代表性企业。

云计算正在实现生产制造数智化,带来降本增效。不过目前看来,互联网企业的云计算更多集中在汽车产业链的后端营销、供应链管理,难进车间——

主要原因是缺乏机械、工程等领域具体实战经验。同时车企也担心产线改造后的稳定性和精度问题。

二十年后的今天,中国三电系统交出成绩单——

电池:中国锂电池产量全球第一。2021年中国锂电池企业在全球市场的占有率高达70%,装机量排名前十家全球锂电池企业中,中国制造占到六家。

在锂电车间的数智化产线中,云厂商还普遍缺乏话语权。据星船知造了解,不少锂电企业会选择“自建云”,将核心工艺、技术掌控在自己手中。

电控系统:电控系统核心零部件IGBT半导体正在国产替代加速中。

目前互联网云计算仍蜷缩在电控系统安全预警场景上,可以看做是互联网企业在C端经验的延伸。

电机:中国驱动电机技术基本与国外水平同步,大部分已经接近国际先进水平。电机的云计算应用目前主要集中在设计端和运维。

可以说,没有21年前国家主导的中国汽车工业“换心”,就不会有今天中国连续七年全球新能源汽车产销第一的市场,以及长城、蔚来、比亚迪等中国汽车品牌攻入欧洲的故事。

如果拉到更长的时间维度——

从1972年甚至更早之前,我国就对一个庞大关键的中国制造核心产业进行布局——从资源、技术、专利、产业链延申等多个维度的50年步步为营——中国新能源汽车爆发只是这一庞大产业结下的硕果之一。

今天,星船知造顺着新能源汽车的心脏——永磁电机,上溯至中国稀土永磁产业,在这个资源、技术密集型产业中,你会看到——

1、资源布局、下游应用拓展、专利战——从若隐若现的手数百次运筹帷幄中,产业人能学到点什么?

2、如果你关注中国工业机器人、中国家电和中国新能源——当今世界每出现四种新技术,其中之一都与稀土有关。新能源汽车只是稀土产业下游应用的一个典型场景,我们按下游应用领域,列出了稀土永磁材料在“机器人、电梯及变频空调、风机”等领域的专精特新盛宴。

01 资源布局

永磁电机的核心原材料是钕铁硼永磁体,也叫稀土永磁体。再往上游看,就是中国新能源汽车敢于和欧美车企叫板的一张王牌——稀土。中国不仅是全球第一大钕铁硼生产国、第一大稀土矿产大国,更是全球唯一一个具有稀土全产业链的国家。

2022年3月。北极圈最大的岛屿,丹麦属地格林兰。无人机盘旋在格林兰西海岸上空,用磁力电波寻找150-400米土地下的矿藏——用于新能源汽车电池中的关键材料镍、钴以及永磁电机中用到的稀土。

稀土元素外号“工业味精”,当今现代工业每出现四种新技术,其中之一就与稀土有关。

操作无人机的公司名为Kobold,背靠着两位美国前首富——比尔·盖茨和杰夫·贝索斯。

为什么美国人惦记丹麦的稀土?这就要说说稀土这种分布不平衡的资源。

中国稀土资源得天独厚,目前以4400万吨储量排在全球第一,是排名第二越南的2倍。中国稀土有南重北轻的格局——

我国北有内蒙古白云鄂博,蒙语中“富饶的神山”——那里探明4000万吨稀土储量,是全球最大稀土矿。白云鄂博主要生产轻稀土矿。

南有江西赣州,富集离子型重稀土矿。全球90%以上军工应用的稀土来源于这类离子型稀土,赣州储量占到七成。

相比其他稀土储备国,中国是世界上唯一一个能够提供全部17种稀土元素的国家。

中国的稀土产业战略可以总结为:兼并整合、集团作战。资源布局上则是:草蛇灰线,放眼全球。

70年代初,中日刚建交。一则消息传到中南海西花厅——日本人想高价购买白云鄂博上包钢生产的废品——炉渣。

事出反常必有妖。灯火下,周恩来总理批示“不卖”。

周恩来唯一剪彩的钢铁公司就是包钢。包钢闲置的炉渣里,有能改变钢材强度和韧性的稀土元素铌。虽然中国还未掌握稀土提取技术,但炉渣必须留给后世。

今天包头市最繁华的路段就用炉渣铺就——形成一条8公里长的主干路——包头钢铁大街。

图源:包头市政府官网

到了改开初,中国急需外汇购买西方设备和机械。稀土这种战略资源是当时为数不多的创汇产品。

本该是一个中国矿产资源惠及全球供应链的故事,但当时稀土挖采大强快干,很长一段时间里,中国以全球大约4成的储量,生产全球90%以上的稀土,依然无法掌控稀土定价权。

80年代,赣州。只要用硫胺水泼向山上的红土地,搜集矿浆,沉淀出来的白色泥块就能卖高价。日本人来收购,有多少收多少。2个人的小作坊能创造40倍的利润空间。

村民们不知道红土地的意义——赣州大地既有用于导弹系统的重稀土元素镝,也有如今新能源汽车电机上永磁体的核心配方——稀土钕。

到了90年代,赣州最早开采稀土的矿洞已无土可采。

以今天的视角看,用稀土创汇是当时的无奈之举。但无节制的采挖潮打乱了长远规划的平衡。而且一旦日美积累了20-30年的稀土战略储备,便可以有恃无恐——即使中国稀土储量丰富,也会无法掌握定价话语权。

理解了这背后的逻辑,便不会惊讶为什么当年欧美等国时常对中国钢铁、纺织品开展反倾销调查,唯独对稀土网开一面。

在稀土定价权反击战的号角声中,中国安内攘外的大招出手了——

从小散乱弱到集约生产

今年12月,中国稀土集团与湖南政府达成战略合作——未来加快湖南稀土产业整合的主体是央企中国稀土集团。

湖南稀土储量排在全国第五,但湖南稀土初加工产业缺乏龙头。地方有资源,中国稀土集团有技术,这样一来头部企业入场,提振湖南稀土产业的价值,变相清退落后产能,倒逼企业向中高端制造转型。

这也是中国稀土经历几十年阵痛后得到的教训——稀土行业不宜分散。只有行业资源兼并整合,淘汰落后产能,才能改变曾经中国稀土企业小散乱弱、无序发展的局面。中国企业才能获得更高定价权。

2016年稀土产业出现第一次供给侧改革,成立六大国有稀土集团——

2021年低,中国稀土集团在赣州成立,成为中铝、五矿及赣州稀土旗下的南方稀土实控人。中国稀土探矿、开采形成中国稀土和北方稀土一南一北两大集团,两者占据中国稀土采开总指标的90%以上。由此,中国通过集约型生产,开始掌控稀土定价权。

资源布局全球矿场

用8个字概括中国稀土资源布局:草蛇灰线,着眼全球。

2019年,特朗普提出收购丹麦格陵兰岛。结果让他崩溃的不是丹麦政府的白眼,而是美国要实现稀土自由,还是绕不开中国。

格陵兰科瓦内湾稀土属于世界顶级稀土矿,预估可以开采37年。一家名为格陵兰的公司拥有这个矿区开采权。2016年,中国企业盛和资源通过认购格陵兰公司增发股份,成为格陵兰公司的单一最大股东。美国人来晚了3年。

好在美国还有曾经稀土储量世界第一的芒廷帕斯矿。结果特朗普发现,2015年芒廷帕斯的独家销售权已经转让给了一家名为MPMO的企业,而这家公司的股东还是中国企业盛和资源——中国铝业旗下子公司。

盛和资源是目前中国唯一一家布局海外矿产资源的稀土初加工企业,今年盛和资源布局坦桑尼亚Ngualla稀土矿项目,并购买坦桑尼亚75%-100%的高品位稀土精矿等。

除此之外,盛和资源还将稀土冶炼分离厂开到了越南和英国。

02 中游钕铁硼永磁体:高端制造惠泽全球

2021年,拜登政府宣布对中国制造的钕铁硼永磁体进行为期270天的商务调查。今年9月,调查结果出炉,不能说震惊中外,只能说毫无意外——不限制进口中国制造的永磁体。

特朗普当政时也曾计划对中国制造的永磁体加征关税,但征税名单发布前又把相关条目删去了。

目前美国无法摆脱对中国制造的钕铁硼永磁体的依赖——2021年美国进口的钕铁硼永磁体中,有3/4来自中国。

能提供美国钕铁硼永磁的国家主要还有日本和澳大利亚。但日、澳的钕铁硼永磁体价格都比中国贵。

一辆新能源汽车要用到2.5公斤钕铁硼永磁体,如果不用中国制造的永磁体和永磁电机,美国在电机上就不具备竞争力。家电、电子产品也会因为用上更贵的钕铁硼永磁体涨价。

第三代永磁材料钕铁硼——这个中国高端产能接近全球一半的产业——是如何一步步从做大到做强?

”独立研发“和”借力引进“两手抓

研发上靠独立。产业链各环节的升级靠借力。

瓦森纳协定早已标注,但凡涉及军工领域的关键技术和设备,西方相关国家阵营都对中国封锁。卡脖子的芯片如此,五轴联动机床也是,用于导弹、战斗机上的钕铁硼永磁体更是。

突围成功的关键,是中国找对了研发方向——研究高温钕铁硼永磁体。当温度高于120度时,一般的钕铁硼永磁体磁性会下降至20%。运动摩擦产生的热能,很快可以让钕铁硼永磁体消磁。

1990年,中国钕铁硼永磁体产业迎来好消息,谢宏祖攻克低氧高温钕铁硼永磁体的制造工艺,创下当时永磁体磁性世界最高水平。那一年也被称作中国冲击(China Impact)年,中国单一高纯稀土产量占到全球九成以上。

2000年起,中国就是全球最大钕铁硼永磁体生产国和出口国。我们依靠劳动力成本优势和稀土资源禀赋,吸引美国、日本稀土永磁工厂到中国投建,也让他们带来了曾经对中国封锁的稀土加工专用设备。

在资源、技术、工艺以及劳动力成本优势的多方叠加下,中国稀土永磁产业发生蜕变。

同时美国也遭遇钕铁硼永磁体产业滑铁卢——如今美国本土已经没有一家能够生产高端钕铁硼永磁体的企业。

1995年,美国Sextant集团和中科三环、中国有色金属进出口公司收购了美国军工钕铁硼永磁体的希望——麦格昆磁。3年后,麦格昆磁关停美国工厂将产线转到中国,更名为麦格昆磁天津,成为中资持股企业。

“独立研发”和“借力引进”之后,中国成为钕铁硼永磁体第一生产国,高端产品占据全球一半——为中国新能源汽车转载高端永磁电机蓄势。

专利战

技术决定了钕铁硼永磁体制造的核心竞争力,专利则是产品出海的签证。

今年11月,钕铁硼龙头金力永磁在公开回答专利相关问题时还特地声明,在国内及海外销售钕铁硼永磁材料不侵犯相关企业的专利。

出口受限制是一段深埋在稀土永磁企业记忆中的苦痛往事。1983年,日本企业研发出钕铁硼永磁体。同年住友火速在全球范围内注册专利——除了已经生产的钕铁硼永磁体工艺流程,住友还将没有技术突破的铈、钬、镧、 钆、镨、铽等稀土元素一并纳入专利中。

当时国内企业还没什么专利意识。直到1985年,中国才出台第一部《专利法》。发展之初,不少企业对申请海外专利还需额外支付十几万美元费用犹犹豫豫。

曾经中国钕铁硼产量中近1/3的产品无法销售到海外高端市场。如果要出口,中国稀土永磁企业不得不上交保护费,中科三环每赚100元钱,就要被日本企业分走5.5元。

2010年前后,日本掌握永磁材料方面专利覆盖80%核心高端产品,每年以专利侵权起诉的案件中,中国稀土永磁企业占比超过70%。

2013年,中北通磁、杭州永磁、宁波同创、宁波永久、科田磁业、华辉磁业、江门磁源7家企业形成联盟,针对日本企业部分有效性存疑的专利,到美国提出无效申请。最终,3件日本企业专利被裁定无效。

这场稀土联盟的维权行动提升了整个行业的专利意识,2014年8月,稀土联盟成员共申请的专利 130 多项,并对产品制作过程和设备持续研发和改进。

目前,中国钕铁硼永磁体的专利排名世界第二,仅次于日本。

从稀土永磁产业上的专利布局上看,日本布局占比较大的为稀土合金,其次是永磁体用材料、永磁体、磁体制造;

美国偏重永磁同步电机的专利布局;

韩国侧重硬磁金属或合金的制造专利布局以及对工程、汽车应用上的专利布局;

相比而言,中国布局相对均衡,侧重在永磁同步电机专利布局,但在磁体制造上的专利布局是以上几个国家中最少的。

03 双碳、智能制造政策下的四大下游应用

资源的丰度框定了产业发展的底盘,技术的精进决定了产业提升空间,最终是应用支撑起市场规模的城堡。我们选了稀土永磁产业相对热门的四大下游应用:

应用1:新能源汽车

新能源汽车是节能减排的朝阳行业,也是一场押注国运超车的阳关大道。

2007年,《新能源汽车生产准入管理规则》出台,新能源汽车被划分为一个独立类别,预示着这个领域的科研进入投产阶段。

2015年起中国新能源汽车产业进入高速增长期——中国连续7年成为全球最大新能源汽车市场。

以钕铁硼永磁材料为例,一辆新能源车电机需要用到2.5公斤钕铁硼永磁材料。目前,永磁材料是稀土新材料最大的消费领域,占稀土总消费量的42%。

预计到2025年间,中国新能源汽车销量将至555万辆,对应钕铁硼永磁材料需求在1.39万吨,全球新能源汽车行业对钕铁硼永磁材料的需求在3.51万吨。(部分数据来源平安证券)

应用2:风机电机

双碳政策催热的另一产业是风电。按照国家能源局的规划,风电光伏总装机量到2030年至少达到12亿千瓦。

如果仅按风电占比一半算,每年风电增速在60GW左右,渗透率有望从30%提升至40%。

到2024年,中国风电电机中的钕铁硼永磁材料用量将达到2.1万吨。(数据来源兴业证券)

应用3:电梯、节能家电

永磁电机在电梯及家电上的应用契合节能减排的需求。

用上了永磁电机的电梯可以省下30%电能。每台电梯用到6千克高性能钕铁硼,预计到2025年全球节能电梯的钕铁硼永磁材料用量在9760吨。

家电行业也在进行永磁同步电机及永磁直流电机对原先异步电机的替代,这样一来,家电的噪音、能耗少了,体积也变小了。

日常接触的变频空调、变频冰箱以及变频洗衣机都会用到钕铁硼永磁材料。预计到 2025年,国内这三大变频家电的钕铁硼磁材用量 9418吨。(数据来源信达证券)

应用4:工业机器人

中国制造正从自动化向数智化转型升级,其中核心之一便是由工业机器人解放普通工人,替代重复、危险作业。

预计2024年中国工业机器人的钕铁硼磁材需求在7850 万吨。(数据来源兴业证券)

了解目前中国制造在双碳、智能制造政策下催生的朝阳产业,你便发现,稀土产业的蓝海早已浮现。它同时由无数个专精特新细胞组成。

04 时代转型下的专精特新

数十年中,全球钕铁硼产能和相关产业链都在不断向中国转移。这背后离不开中国制造业产业不断升级爬坡带来的强大稀土供应链。

这里,星船制造梳理出这些头部企业的稀土永磁产品和他们供给的用户——你不一定熟悉这些公司,但你一定用过装有他们身影的产品。

中国稀土永磁头部企业的供货客户小至日常使用的消费电子、节能家电,大到上升至国家战略的工业机器人、新能源汽车和风电装置。中国制造的隐秘力量,也让德国、美国、日本制造欲罢不能。

如果说头部企业是稀土永磁产业中的显性力量,更多低调且具有生机的企业,同样值得关注。星船知造通过企查查梳理出53家中国稀土永磁行业中的专精特新小巨人。

在这53份样本中,星船知造发现一条地域性规律——

浙江的稀土永磁专精特新小巨人数量最多,达到10家,排在其后的是江苏和安徽,各有7家。

浙江的稀土永磁企业多集中在计算机、通信、电子等制造领域,而江苏、安徽的企业则分别侧重发动机和电气机械设备。——以应用为主导,偏向稀土永磁产业链的下游。

像内蒙古、江西这样的资源大省,专精特新小巨人企业主要聚集在更上游的有色金属冶炼及永磁体制造。

集聚了头部企业和专精特新的力,形成供应链优势之后,产业集群诞生了。中国有四大稀土永磁产业集群——

这股头部企业、专精特新力量汇聚的产业集群力量,最终将踏入双碳、智能制造政策下的盛宴。

尾声

结出中国新能源汽车这颗硕果背后的50年稀土产业布局中,有企业、人才的奋进,也有一只若隐若现的手摆盘——大致可分三个阶段:

鼓励出口阶段(70年代—20世纪末):当时中国经济需“稀土换外汇”,出口退税政策让稀土原材料及粗加工产品得以换回我们需要的生产设备和技术研发经费。

限制出口阶段(本世纪初—2014年):中国稀土产业不愿停留在原材料和粗加工产品,关税收紧、开采指标配额及出口配额许可等一系列保护措施,为的是保护稀土资源、打击走私,掌控稀土资源的定价话语权。

开放阶段(2015年至今):中国放开了出口配额限制。稀土行业再次迎来命运转变——

保留一批、淘汰一批,为的是收窄稀土原矿出口企业数量,提升定价话语权;同时加强稀土资源储备,防止再为他人作嫁衣裳。

中国稀土产业已从资源密集转向技术密集。优化产业结构的同时,双碳、智能制造政策的发布,为稀土高端产品找到新的应用空间。

而稀土永磁,作为稀土产业链下游最重要的赛道,在经过三十多年发展后,也已形成完整工业体系。伴随着新能源汽车等下游市场的强势崛起,赛道中各电机、新材料等专精特新企业再次迸发出生命力。

参考资料:

[1] 永磁材料的“前世今生” 中科院上海硅酸盐研究所[2] 高性能稀土永磁材料——全球竞争力,风起正当时 平安证券[3] 永磁材料全景图 平安证券[4] 中国稀土供应之痛:战略资源卖“白菜价”,三成储量承担全球九成出口 21世纪经济报道[5] 我国稀土工业现状问题和建议 江西有色金属[6] 赣南稀土产业集群化发展对策研究[7] 美国是如何失去稀土霸权的?华商韬略[8] 南方离子型稀土产业发展现状、问题及出路[9] 稀土产业深度研究报告:需求爆发正当时,直挂云帆济沧海 兴业证券[10] 中国稀土之殇 瞭望周刊[11] 江西赣州稀土私采调查:可获40倍暴利曾卖给日本 三联生活周刊[12] 新能源车的另一个心脏:电机产业链的东迁之路 远川研究所[13] 2022年中国稀土永磁行业产业集群区域分布及领先企业经营情况分析 中商情报网[14] 聚焦磁材,顺势扩张 信达证券
标签: 永磁   稀土

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