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返回 当前位置: 首页 热点财经 国海化工|AI数据中心拉动燃气轮机需求,铬盐、高温合金、热障涂层产业链需求增长可期——新材料产业研究点评之二

股市情报:上述文章报告出品方/作者:国海证券,李永磊、董伯骏等;仅供参考,投资者应独立决策并承担投资风险。

国海化工|AI数据中心拉动燃气轮机需求,铬盐、高温合金、热障涂层产业链需求增长可期——新材料产业研究点评之二

时间:2025-02-10 10:00
上述文章报告出品方/作者:国海证券,李永磊、董伯骏等;仅供参考,投资者应独立决策并承担投资风险。


  01 AI数据中心部署超预期,拉动燃气轮机需求 

据燃气轮机聚焦微信公众号(2024/10),三菱动力预计到2026年全球每年燃气轮机订单量将比过去三年增长50%,这在一定程度上受到数据中心增长的推动。三菱动力负责国际销售的执行副总裁Takao Tsukui表示,预计2024-2026年全球每年将有60GW的燃气轮机设备订单,而2021年至2023年平均每年售出的燃气轮机产能为40GW。他表示为人工智能提供动力的数据中心部署速度远超预期。据此我们推测,2025-2026年数据中心将带动燃气轮机需求,预计每年增量约10-20GW。

  02 燃气轮机热端部件均使用高温合金,铬金属含量较高

燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成。其中压气机属于冷端部件,气缸、叶片、叶轮是压气机的关键部件,缸体主要由球墨铸铁、铸钢制成;叶片与轮盘使用马氏体不锈钢、CrMov类合金钢制成。燃气轮机热端部件主要包括燃烧室和涡轮叶片、涡轮盘,目前主流的重型燃气轮机热端部件的材料几乎无一例外地均选用高温合金。以GE9E燃气轮机机组为例,其燃烧室火焰筒使用Hastelloy X制成,含铬量22%;燃烧室过渡段使用Nimonic 263制成,含铬量19%-21%。与航空发动机涡轮叶片相比,燃气轮机涡轮叶片的材料对耐久性、抗腐蚀性要求更高。以GE7H/9H燃气轮机机组为例,其静子叶片采用Rene N5、DS GTD222等合金材料,转子叶片采用Rene N5、DS GTD111、DS GTD444等合金材料。金属铬在这些合金材料中重量占比较高,如GTD222含铬量为22.5%。

  03 燃气轮机热端部件需喷涂热障涂层材料 

F级燃气轮机燃烧室中火焰筒和过渡段在1400℃以上的高温下工作,表面必须用热障涂层进行保护,如GE公司的燃气轮机在火焰筒和过渡段上均制备了0.4~0.6mm的热障涂层涂层。西门子公司的E级、F级燃气轮机燃烧室为整体环形结构,由陶瓷隔热瓦和金属隔热瓦组成环形空腔以隔离高温燃气,其中金属隔热瓦上也喷涂了热障涂层,过渡段则采用了内表面喷涂热障涂层的IN617合金。

热障涂层(TBC)主要包括四个部分:基体(受保护的热端部件),金属粘结层(一般为高温合金MCrAlY或高温合金Pt-Al),热生长氧化物层(致密的氧化铝薄膜),陶瓷面层(Y2O3-ZrO2,即氧化钇、氧化锆)

  04 航空发动机、燃气轮机将拉动铬盐产业链需求 

高温合金在先进航空发动机中的用量占总重量的40%至60%,美国先进航空发动机定向空心涡轮叶片的合格率为80%,单晶空心涡轮叶片的合格率达60%。高温合金成材率约为20%。

以西门子H级燃气轮机、CFM公司LEAP-1A发动机为例计算,假设高温合金在燃气轮机中的重量占比也为50%,按照高温合金中含有20%的铬、高温合金成材率20%、零部件合格率70%计算,每台燃气轮机、民用航空发动机金属铬需求量分别为355吨、2.25吨,折重铬酸钠需求量分别为1268.86吨、8.05吨。我们假设2025-2026年数据中心将带动燃气轮机每年的需求增量分别为10GW、20GW,按照西门子H级燃气轮机折算金属铬需求量,预计到2026年,全球燃气轮机共拉动4.8万吨金属铬的需求,折重铬酸钠需求约17.1万吨。

据IATA,2024、2025、2026全球民用航空飞机交付量预计分别为1254、1802、2077架。按照LEAP-1A发动机折算金属铬需求量,预计到2026年全球民用航空发动机市场将拉动9355吨金属铬的需求,对应重铬酸钠需求约3.34万吨。

据华经产业研究院微信公众号,截至2024年6月,全球高温合金每年需求量约30万吨,对应金属铬需求6万吨,折重铬酸钠需求21.4万吨。在不考虑设备维修市场前提下,我们预计2024、2025、2026年,全球燃气轮机 民用航空发动机市场共拉动金属铬需求分别为3.6、4.4、5.7万吨,折重铬酸钠需求分别为12.7、15.7、20.5万吨,同比增长18%、24%、30%。

  行业评级及投资策略 

新材料受到下游应用板块催化,逐步放量迎来景气周期,维持新材料行业“推荐”评级。推荐【振华股份】(2023年公司铬盐产量约25万吨,重庆基地技改搬迁完成后公司实际铬盐产能有望提高至35万吨/年以上,行业领先地位得到进一步巩固加强。公司产品线延伸至金属铬,充分发挥全产业链一体化优势,在铬盐景气周期中,有望实现业绩高增)。

   风险提示 

原材料价格波动的风险;行业竞争加剧;经济大幅下行;产品价格大幅波动;欧美先进技术封锁;重点关注公司业绩或不及预期;测算与实际可能存在一定偏差等。

1、数据中心拉动燃气轮机需求,铬盐、高温合金、热障涂层产业链需求增长
1.1 AI数据中心部署超预期,拉动燃气轮机需求  

据燃气轮机聚焦微信公众号(2024/10),三菱动力预计到2026年全球每年燃气轮机订单量将比过去三年增长50%,这在一定程度上受到数据中心增长的推动。三菱动力负责国际销售的执行副总裁Takao Tsukui表示,预计2024-2026年全球每年将有60GW的燃气轮机设备订单,而2021年至2023年平均每年售出的燃气轮机产能为40GW。他表示为人工智能提供动力的数据中心部署速度远超预期。据此我们推测,2025-2026年数据中心将带动燃气轮机需求,预计每年增量约10-20GW。

1.2 燃气轮机热端部件使用高温合金,铬金属含量较高  

燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成。其中压气机属于冷端部件,气缸、叶片、叶轮是压气机的关键部件,缸体主要由球墨铸铁、铸钢制成;叶片与轮盘使用马氏体不锈钢、CrMov类合金钢制成。

燃气轮机热端部件主要包括燃烧室和涡轮叶片、涡轮盘,目前主流的重型燃气轮机热端部件的材料几乎无一例外地均选用高温合金。其中,燃烧室的组件主要由燃料喷嘴和燃烧端盖组件、燃料喷嘴外缸、过渡段、导流衬套、火焰筒、联焰管和后缸等组件构成。据《重型燃气轮机热端部件材料发展现状及趋势》杨功显等(2019),以GE9E燃气轮机机组为例,其燃烧室火焰筒使用Hastelloy X制成。据海恩斯国际公司官网,Hastelloy X含铬量22%;燃烧室过渡段使用Nimonic 263制成。据特殊金属公司官网,Nimonic 263含铬量19%-21%。

燃气轮机涡轮叶片长时间连续工作在高温、易腐蚀和复杂应力下,工作环境十分恶劣。与航空发动机涡轮叶片相比,燃气轮机涡轮叶片的材料对耐久性、抗腐蚀性要求更高,使得航空发动机涡轮叶片材料不能直接用于燃气轮机涡轮叶片。以GE7H/9H燃气轮机机组为例,其静子叶片采用Rene N5、DS GTD222等合金材料,转子叶片采用Rene N5、DS GTD111、DS GTD444等合金材料。金属铬在这些合金材料中重量占比较高,如GTD222,据Polymet公司官网其含铬量为22.5%。

1.3 燃气轮机热端部件需喷涂热障涂层材料 

F级燃气轮机燃烧室中火焰筒和过渡段在1400℃以上的高温下工作,表面必须用热障涂层进行保护,如GE公司的燃气轮机在火焰筒和过渡段上均制备了0.4~0.6mm的热障涂层涂层。西门子公司的E级、F级燃气轮机燃烧室为整体环形结构,由陶瓷隔热瓦和金属隔热瓦组成环形空腔以隔离高温燃气,其中金属隔热瓦上也喷涂了热障涂层,过渡段则采用了内表面喷涂热障涂层的IN617合金。

热障涂层(TBC)主要包括四个部分:基体(受保护的热端部件),金属粘结层(一般为高温合金MCrAlY或高温合金Pt-Al),热生长氧化物层(致密的氧化铝薄膜),陶瓷面层(Y2O3-ZrO2,即氧化钇、氧化锆)。

1.4 航空发动机、燃气轮机将拉动铬盐产业链需求 

钢研高纳公司公告,高温合金在先进航空发动机中的用量占总重量的40%至60%。据《航空发动机叶片材料及抗疲劳磨削技术现状》黄云等(2021),美国先进航空发动机定向空心涡轮叶片的合格率为80%,单晶空心涡轮叶片的合格率达60%。据隆达股份招股说明书,高温合金成材率约为20%。

以西门子H级燃气轮机(SGT5-9000HL,功率593MW)、CFM公司LEAP-1A发动机为例计算,其重量分别为497、3.153吨。由于燃气轮机的结构和原理与先进航空发动机相似,假设高温合金在燃气轮机中的重量占比也为50%,按照高温合金中含有20%的铬、高温合金成材率20%、零部件合格率70%计算,每台燃气轮机、民用航空发动机金属铬需求量分别为355吨、2.25吨,折重铬酸钠需求量分别为1268.86吨、8.05吨。

我们假设2025-2026年数据中心将带动燃气轮机每年的需求增量分别为10GW、20GW,按照西门子SGT5-9000HL型号(功率593MW)折算金属铬需求量,预计到2026年,全球燃气轮机共拉动4.8万吨金属铬的需求,折重铬酸钠需求约17.1万吨。

据国际航空运输协会(IATA),2024、2025、2026全球民用航空飞机交付量预计分别为1254、1802、2077架。按照CFM公司LEAP-1A发动机(重量3.153吨)折算金属铬需求量,预计到2026年全球民用航空发动机市场将拉动9355吨金属铬的需求,对应重铬酸钠需求约3.34万吨。

据华经产业研究院微信公众号,截至2024年6月,全球高温合金每年需求量约30万吨,对应金属铬需求6万吨,折重铬酸钠需求21.4万吨。据以上测算,在不考虑设备维修市场前提下,我们预计2024、2025、2026年,全球燃气轮机 民用航空发动机市场共拉动金属铬需求分别为3.6、4.4、5.7万吨,折重铬酸钠需求分别为12.7、15.7、20.5万吨,同比增长18%、24%、30%。

2、行业评级及投资策略

新材料受到下游应用板块催化,逐步放量迎来景气周期,维持新材料行业“推荐”评级。推荐【振华股份】(2023年公司铬盐产量约25万吨,重庆基地技改搬迁完成后公司实际铬盐产能有望提高至35万吨/年以上,行业领先地位得到进一步巩固加强。公司产品线延伸至金属铬,充分发挥全产业链一体化优势,在铬盐景气周期中,有望实现业绩高增)。

3、风险提示

1)原材料价格波动的风险;

2)行业竞争加剧;

3)经济大幅下行;

4)产品价格大幅波动;

5)欧美先进技术封锁等;

6)重点关注公司业绩或不及预期;

7)测算与实际可能存在一定偏差等。

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