2018年中國兩機葉片行業(yè)市場格局、未來十年市場規(guī)模預測及發(fā)展壁壘分析[圖]

    兩機即指航空發(fā)動機和燃氣輪機，被譽為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”和“工業(yè)之花”。兩機需要在高溫、高壓、高轉速和高負載的特殊環(huán)境中長期反復工作，其對設計、加工及制造能力都有極高要求，因此具有研制周期長，技術難度大，耗費資金多等特點。目前雖然許多國家都可以自主研制生產(chǎn)飛機，但具備獨立研制航空發(fā)動機能力并形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模的國家卻只有美、俄、英、法、中等少數(shù)幾個。

    葉片是航空發(fā)動機的關鍵零部件，制造量占航發(fā)整機1/3左右，全壽命周期維度算，葉片價值量預計占到40%~50%。在航空發(fā)動機全壽命周期的角度（包括新機和更換），在三代戰(zhàn)斗機發(fā)動機F110全壽命周期部件維護費用中，包括渦輪工作葉片、渦輪導向葉片和核心機在內(nèi)的熱端部件占航空發(fā)動機整機維護費用的41%，因此粗略估計葉片價值量占發(fā)動機整機比例為40%~50%。

    一、兩機行業(yè)市場格局

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國航空發(fā)動機零部件行業(yè)市場需求前景及銷售渠道分析報告》數(shù)據(jù)顯示：全球熔模鑄造市場從2011年的114億美金增長至2018年的142億美金，復合年增長率為3.3%。全球航空熔模鑄造市場：2018年達到55億美金，占到整個熔模鑄造市場的39%；2011-2018年復合增長率為4.5%，高于飛機生產(chǎn)增長率的3.3%，主要是熔模鑄造在飛機生產(chǎn)過程中應用更為廣泛。

全球熔模鑄造市場規(guī)模（十億美元）

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

全球熔模鑄造下游需求分布

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    國際主要兩機廠商為改變長期以來極少數(shù)高溫合金葉片供應商壟斷局面，正積極培育引入新的合格供應商，以豐富供應商體系，打造更加充分的公平競爭環(huán)境，增強供應鏈安全性。全球兩機高溫合金葉片供應商呈現(xiàn)壟斷局面，全球僅少數(shù)如PCC、Arconic等廠商。2018年，全球精鑄龍頭PCC航空熔模鑄造營收達到18.8億美元，市占率達到34.2%；Arconic營收達到7.6億美元，市占率達到13.9%。全球航空熔模鑄造市場被頭部企業(yè)壟斷，甚至壓縮了下游主機廠商的議價空間。GE、RR、西門子等全球兩機巨頭近年來都致力于培養(yǎng)新的精鑄葉片供應商，以增加供應鏈的柔性與安全性。

全球熔模精密鑄造供應商財務數(shù)據(jù)（億美元）

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    全球商用航空發(fā)動機形成金字塔式的產(chǎn)業(yè)結構:寬體客機發(fā)動機市場主要在GE、R&R和PW三大巨頭之間直接展開；窄體客機發(fā)動機市場的競爭主要在CFM（GE與法國賽峰合資）和IAE（普惠與羅羅合資）兩個合資公司之間展開。相比民用飛機制造業(yè)，航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)的研制周期更長，風險也更大，因此在過去百年的發(fā)展歷程中，發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈中的相關企業(yè)相互配合及滲透，已經(jīng)形成了一個金字塔式的產(chǎn)業(yè)結構。這些金字塔中的企業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，在積累了大量的研制數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的同時，也牢牢掌握了行業(yè)的話語權。

全球航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)格局

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2018年全球寬體發(fā)動機存量（架）

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2018年全球窄體發(fā)動機存量（架）

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    二、兩機葉片行業(yè)未來十年市場規(guī)模預測

    1.全球商用航空發(fā)動機葉市場規(guī)模預測

    假設1）未來10年全球民航飛機交付量為18198架。根據(jù)數(shù)據(jù)預測，2019-2038年全球民航飛機交付量分別為40760架和38360架，取平均值39560架。未來10年的交付量占46%，那么未來10年全球民航飛機交付量為18198架。2）由于僅A380、B747、An124等少數(shù)飛機配臵4臺發(fā)動機，假設2019-2038年交付飛機均按照雙發(fā)計算。3）發(fā)動機均價按照CFM56來算，其全壽命周期價值達到1375萬美元/臺。2017年CFM交付發(fā)動機份額占比58%，核心產(chǎn)品CFM56是全球民航市場主流發(fā)動機，因此把CFM56發(fā)動機的價格當作發(fā)動機均價進行測算。則對應發(fā)動機全壽命周期均價（包括新機和維護價值）約1375億美元。4）全壽命周期角度下，葉片價值量占整機比例為41%。5）葉片的采購成本預計占到葉片總價值量的70%。在航空發(fā)動機的價值量/成本拆解中，葉片產(chǎn)品價值量包含了更換葉片、檢測葉片的服務成本，單獨葉片作為一個零部件采購成本預計占70%左右。

    則預計未來10年全球商用航空發(fā)動機葉片市場規(guī)模約1436億美元，按照鈦合金/復材葉片、精鍛葉片和精鑄葉片占比分別為26%、11%和63%計算，渦輪葉片（精鑄葉片）市場規(guī)模約905億美元。

2019-2038年全球商用飛機交付量預測（架）

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全球商用航空發(fā)動機葉片市場規(guī)模測算過程

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    2.軍用航空發(fā)動機高溫葉片市場規(guī)模預測

    高溫合金是制造航空航天發(fā)動機熱端部件的關鍵材料，先進航空發(fā)動機高溫合金用量達到50%以上，被譽為“先進航空發(fā)動機的基石”。高溫合金既是航空發(fā)動機熱端部件、航天火箭發(fā)動機各種高溫部件的關鍵材料，又是工業(yè)燃氣輪機、能源、化工等工業(yè)部門所需的高溫耐蝕部件材料，是國民經(jīng)濟不可缺少的一類重要材料。

    從重量角度看，在現(xiàn)代航空發(fā)動機中，高溫合金材料的用量占發(fā)動機總重量的40%～60%，以美國第三代戰(zhàn)斗機F110發(fā)動機總重1.8t為例，高溫合金用量大概在0.9t左右；從價值量角度看，高溫合金結構件價值量占航空發(fā)動機整機價值的30%左右。按照2019年航發(fā)動力航空發(fā)動機及衍生產(chǎn)品業(yè)務實現(xiàn)營收210億元計算，按照航發(fā)動力營收占國內(nèi)全部航發(fā)市場80%測算，國內(nèi)航空發(fā)動機市場規(guī)模為263億元。

    再按照高溫合金結構件價值量占航空發(fā)動機整機價值的30%左右測算，預計國內(nèi)高溫合金年市場規(guī)模約為80億元。其中鑄造高溫合金價值量約占到50%即40億元；再按照葉片價值量占比全部鑄造產(chǎn)品的60%計算，則我國軍用航空發(fā)動機高溫合金葉片市場規(guī)模約24億元；按照年增長7%計算，未來10年，我國軍用航空發(fā)動機高溫合金葉片市場規(guī)模331億元左右，對應48億美元。假設中國市場占全球26%左右，預計全球軍用航空發(fā)動機高溫合金葉片市場規(guī)模182億美元。

    3.全球民用燃氣輪機市場規(guī)模預測

    燃氣輪機廣泛應用于發(fā)電、船艦和機車動力、管道增壓等能源、國防、交通領域，是關系國家安全和國民經(jīng)濟發(fā)展的高技術核心裝備。燃氣輪機是將氣體壓縮、加熱后送入透平中膨脹做功，把一部分熱能轉變?yōu)闄C械能的旋轉原動機。按結構形式可以分為重型、輕型、微型燃氣輪機，其中全球重型燃氣輪機已形成高度壟斷的局面，以GE、西門子、三菱、阿爾斯通等公司為主導；輕型燃氣輪機是航空發(fā)動機改型，以GE、P&W、R&R等航空公司為主導；微型燃氣輪機參與者較多。

    假設1）未來10年全球新裝機容量為274GW。受可再生能源產(chǎn)業(yè)大發(fā)展沖擊，全球燃氣輪機市場持續(xù)萎縮。2011年全球大型燃氣輪機裝機量約71.6GW，2018年僅為30GW。雖然太陽能、風能等可再生能源有其明顯的優(yōu)勢，但電廠必須考慮可再生能源間歇性這個特點來制定計劃。天然氣供應充沛、價格低廉，供應鏈具有彈性，表現(xiàn)出色，是可再生能源的絕佳補充。在未來10年內(nèi)，全球28%的新建電廠將使用天然氣；至2025年，全球發(fā)電量的22%將來自天然氣發(fā)電。因此假設未來10年全球重型燃氣輪機年裝機量逐步減少至25GW左右，總計274GW。2）按照400MW的H級燃機計算，每臺單價8億元。燃氣輪機按照燃燒室溫度可以分為：E級（燃燒溫度1100℃）、F級（燃燒溫度1200℃）、H級（燃燒溫度1400℃）；其對應的單機功率分別為：E級（37-130MW）、F級（225-300MW）、H級（400-520MW）。目前市場上的E級和F級重型燃氣輪機技術已經(jīng)成熟，H級和J級產(chǎn)品也已進入市場并有成功投運的案例。假設3）不含維護費的新機采購價格占比45%，葉片價值占總機20%，高溫合金葉片價值占比60%

    未來10年全球重型燃氣輪機新機高溫葉片價值量=274GW（未來10年全球新裝機容量）/400MW*8億元（400MW的H級燃機單價）*45%*20%（45%是不含維護費的新機價格，20%是葉片占總機比）*60%（高溫合金葉片價值占比）=296億元。

    三、兩機葉片行業(yè)發(fā)展壁壘

    兩機葉片因其技術壁壘高、技術更迭慢、資質(zhì)認證難、供應體系穩(wěn)定的特點，使得兩機葉片產(chǎn)品業(yè)務具備顯著的經(jīng)營穩(wěn)定性與持續(xù)性的特征。

    1.技術壁壘高：渦輪葉片是航發(fā)第一關鍵件，鑄造工藝決定其性能

    兩機葉片技術復雜，對質(zhì)量、穩(wěn)定性等指標要求苛刻，高壁壘鑄就高護城河。在航空航天用高溫合金材料及制品領域，對于質(zhì)量可靠性、性能穩(wěn)定性、產(chǎn)品外觀尺寸精確性等方面都有著非常苛刻的要求。同時，為了保障產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性，還必須有相應的完整質(zhì)量控制體系和檢測體系。如果沒有一定的技術儲備和研發(fā)實力，一般企業(yè)很難進入該領域。渦輪葉片的性能水平（特別是承溫能力）成為一種型號發(fā)動機先進程度的重要標志。從某種意義上說，未來發(fā)動機葉片的鑄造工藝直接決定了發(fā)動機的性能，也是一個國家航空工業(yè)水平的顯著標志。

    2.技術更迭慢：20世紀80年代出現(xiàn)的單晶葉片技術延續(xù)至今，彎道超車機會少

    鑄造高溫合金按照凝固結晶組織不同可分為：等軸晶、定向晶、單晶高溫合金，價值量在提升，也以此順序代表了技術進步方向。從承溫角度：等軸晶，工作溫度為950-1050℃；定向晶，工作溫度1000-1100℃；單晶，工作溫度1100-1200℃。自1970年代定向晶和單晶合金出現(xiàn)后，所有國家先進發(fā)動機幾乎都選用鑄造高溫合金制作最高溫區(qū)工作的葉片，從此確立了鑄造高溫合金葉片的穩(wěn)固地位。目前單晶高溫合金以難以替代的綜合優(yōu)勢繼續(xù)得到廣泛應用。單晶葉片相比等軸晶、定向晶，強度更高。由于單晶葉片消除了全部晶界，不必加入晶界強化元素，使合金的初熔溫度相對升高，主要用于發(fā)動機中溫度最高的幾級渦輪，是“核心”中的“核心”材料。

    高溫合金鑄造技術更迭慢則說明：1）技術難度大、壁壘高；2）守成者的成本、技術優(yōu)勢難被超越，新進入者少，導致競爭格局好。目前只有美國、俄羅斯、英國、法國、中國等少數(shù)幾個國家少數(shù)廠商能夠制造單晶渦輪葉片，技術更迭慢導致彎道超車的機會較少。

    3.供應體系穩(wěn)定：資質(zhì)認證難，主機廠與葉片供應商具有長期穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關系

    全球兩機巨頭非常注重與葉片合格供應商戰(zhàn)略合作的長期性與穩(wěn)定性。葉片供應商一旦切入供應鏈體系，進入合格供應商名單后，很少會被更換，具有很強的不可替代性。