中國儲能網訊：近年來，美國的太陽能和儲能行業(yè)面臨著供應鏈和政策等方面的挑戰(zhàn)，其中一些挑戰(zhàn)顯著地減少了太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)的部署。雖然這兩個行業(yè)致力克服這些挑戰(zhàn)，但必須牢記兩個重要的教訓：一是，如果沒有強大的制造業(yè)基礎，美國在充分發(fā)揮其太陽能和儲能系統(tǒng)的潛力方面將繼續(xù)面臨障礙。二是，美國對進口產品的過度依賴是威脅其經濟安全和能源安全的薄弱環(huán)節(jié)。
迅速擺脫對光伏組件和電池儲能系統(tǒng)進口的過度依賴，并建立強大的太陽能和儲能系統(tǒng)的制造行業(yè)奠定基礎，對于美國持續(xù)的經濟健康、全球競爭力和能源安全至關重要。
正如美國政府在2021年認識到的那樣，儲能行業(yè)是一個不斷增長重要的的市場，可以為美國創(chuàng)造更多的就業(yè)機會，滿足能源安全需求，并幫助其實現雄心勃勃的氣候目標。為了開發(fā)這一潛力，美國必須大力投資電池儲能制造業(yè)，包括支持從原材料生產到最終用途產品制造的電池儲能供應鏈。
然而，要實現這些目標，需要制定一個能夠平衡制造業(yè)和貿易的政策。歷史表明，對進口產品征收關稅，在總體上沒有達到增加美國制造業(yè)產能的預期效果。就光伏組件和電池的關稅而言，它們限制了太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)部署，這降低了投資光伏和電池儲能制造業(yè)的可能性。征收關稅將削弱美國光伏和電池儲能制造業(yè)，例如301條款的關稅涵蓋了來自中國的大多數光伏產品，其中包括制造設備和各種難以在美國采購的產品。
有充分的證據表明，美國政府的產業(yè)政策可以拉動私營部門投資。在參考了多項研究之后，美國能源部得出這一結論:：大力補貼制造業(yè)和相關供應鏈等政策和實踐；簡化選址和審批程序；投資必要的制造基礎設施；創(chuàng)建勞動力教育和培訓項目；確保采購的環(huán)境條件有利于本國制造商，鼓勵和支持能源部門獲得本土的制造資源。
從歷史上看，美國政府制定政策的重點是鼓勵太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)部署。然而，隨著《削減通脹法案》的通過，美國通過新的稅收抵免、資助、低成本貸款、政府采購、研發(fā)支持和公私伙伴關系擴展了其激勵計劃，并將國內制造業(yè)納入其中。
《削減通脹法案》有潛力極大地擴大美國的太陽能和儲能制造業(yè)的規(guī)模。在電池儲能方面，該法案鼓勵相關廠商生產電極活性材料、電池單元和電池組。
雖然《削減通脹法案》可以使美國制造的電池在成本上與進口的電池產品進行競爭，但不能忽視制造經驗、獲得原材料、與盟友的合作伙伴關系，以及確保國內制造業(yè)成功的勞動力的重要性。
電池制造的概述
鋰離子電池的關鍵部件包括電池陰極、陽極、隔膜和電解質。陰極原料（鋰、鎳、鈷、錳、磷和鐵的不同組合）需要開采出來，再加工成金屬化學品(例如硫酸鎳)，然后制造成陰極活性材料(CAM)。電池陽極主要由石墨制成，石墨可以從天然礦產中開采，也可以從石油副產品中提取。陰極活性材料(CAM)再結合添加劑和粘合劑，然后沉積在鋁箔上。而陽極材料同樣沉積在銅箔上。在電池內部充滿了液體電解質，陰極和陽極由隔膜隔開?？梢詫⒍鄩K電池組合構建電池組，用于電動汽車、電池儲能系統(tǒng)或其他應用。
圖1電池儲能系統(tǒng)供應鏈概述
電池儲能系統(tǒng)需求的增長
在承諾投資新的制造業(yè)之前，美國的電池儲能制造商需要合理保證其產品將有足夠的需求。
儲能系統(tǒng)可以增強電網的可靠性和彈性，能夠通過套利來調節(jié)電價，滿足夜間能源需求，降低棄電風險，提供電網黑啟動能力，提供備用電源等等。這些優(yōu)勢吸引了希望增加新的收入來源的儲能開發(fā)商。美國各州正越來越多地鼓勵將電池儲能系統(tǒng)與太陽能發(fā)電設施相結合?！断鳒p通脹法案》還為太陽能+儲能項目和獨立部署的儲能系統(tǒng)提供稅收抵免。
可再生能源發(fā)電設施配套采用的儲能技術主要是鋰離子電池儲能系統(tǒng)。在過去的幾年里，電動汽車行業(yè)的崛起幫助降低了電池的成本，因為電池制造商擴大了制造規(guī)模以滿足需求。經濟效益、激勵措施和降低成本等因素，使電池儲能系統(tǒng)迅速成為太陽能在各個領域部署的組成部分。
在全球范圍內，各種應用對電池的總需求將從2022年的約670GWh增長到2030年的4000GWh以上。其中，主要與可再生能源發(fā)電項目配套的電池儲能系統(tǒng)的全球需求預計將從2022年的60GWh增加到2030年的約840GWh。在此期間，美國對電池儲能系統(tǒng)的需求可能會增加6倍以上，從18GWh增加到119GWh。
圖2 2022~2030年按電池應用劃分的美國和自由貿易協(xié)定國家的電池需求預測
美國的鋰離子電池制造能力
美國鋰離子電池目前的產能為60GWh。然而，預計在未來五年內，美國新建的電池工廠將使其年產能增加到630GWh以上?？紤]到與美國簽署自由貿易協(xié)定的國家，如果每個建設電池工廠的聲明都得以實現，那么美國和自由貿易協(xié)定國家制造的電池年產能將達到1,400GWh。然而，由于制造經驗、勞動力、技術和財務等因素，并不是所有的聲明都能實現。（注：自由貿易協(xié)定是兩個或多個國家簽署的旨在減少或消除運輸和關稅方面壁壘的協(xié)議）
在風險調整的基礎上，預計美國和自由貿易協(xié)定國家的電池年產能將達到1,000GWh。
此外，目前美國的大部分電池用于電動汽車行業(yè)，只有10%的電池專用于非汽車應用，主要是電池儲能系統(tǒng)。然而也有一些好處，因為25%的新建電池制造工廠并沒有公開聲明將服務于哪些市場，有可能將部分產能用于電池儲能系統(tǒng)。
圖3美國和自由貿易協(xié)定國家電池制造工廠的產能（從2022到2030年）
成本競爭力
美國電池制造商必須能夠提供滿足用戶需求的產品，以具有競爭力的價格銷售，并始終如一地按時交付足夠數量的高質量產品。影響這些電池制造工廠最終成功的因素包括技術專長、激勵措施和原材料成本。
通常情下，電池制造工廠的初始產量可能是最終年產能的50%。與經驗豐富的制造商相比，新進入者提高產量的速度通常較慢。相比之下，由于在電池生產方面的豐富經驗，中國的電池產量可以達到最終年產能98%左右。因此，與經驗豐富的制造商合作對于提高產量以及最終提高國產電池的成本競爭力至關重要。
材料成本對于電池的成本競爭力有著雙重作用： 首先，電池制造中最主要的成本是材料成本，其中成本最昂貴的是用于生產陰極活性材料(CAM)的原材料。從2020年到2022年，碳酸鋰的成本從6美元/kg上漲到70美元/kg。從這個角度來看，碳酸鋰和氫氧化鋰的價格每增加30美元/kg，電池的價格就會上漲25%。大規(guī)模采購這些材料將在降低原材料成本方面發(fā)揮關鍵作用。
其次，《削減通脹法案》對電池的生產激勵可以將成本降低40%以上。然而，這些激勵措施與美國國內含量和回收要求掛鉤，并且這些要求將變得更加嚴格。美國的原材料和回收設施的可用性對其制造的電池成本競爭力產生重大影響，特別是在以后幾年。如果電池制造工廠能夠以合理的成本獲得原材料，并將產量提高到90%，《削減通脹法案》就可以將美國制造的電池成本降到與進口電池相當的水平。
圖4美國和中國從2023～2030年磷酸鐵鋰電池的年產能
獲得原材料和加工材料
（1）原材料
生產鋰離子電池的關鍵材料包括鋰、磷和石墨。這些材料被加工成陰極活性材料和陽極活性材料，然后用于制造電池。
咨詢機構CRU公司表示，到2030年，美國和自由貿易協(xié)定國家的鋰礦、鹵水和磷礦資源的開發(fā)應該足以滿足制造電池的需求。美國需要進口大部分的這些原材料，其國內電池制造商必須與國外電池制造商在這方面進行競爭。例如，自由貿易協(xié)定國家的鋰有很大一部分是運往中國市場的。
圖5 美國和自由貿易協(xié)定國家到2030年在電池供應鏈中采購的各種原材料（千噸）
來自美國和自由貿易協(xié)定國家的磷礦的數量足以滿足制造商的需求，但世界上70%以上的磷儲量都在摩洛哥。美國制造商不僅要與國外電池制造商競爭，還要與其他行業(yè)競爭。另一個競爭行業(yè)是農業(yè)，因為磷是化肥的主要成分。
圖6 2030年美國和自由貿易協(xié)定國家以及其他國家采購的磷（千噸）
石墨供應是美國電池行業(yè)的一個潛在瓶頸。在過去的五年中，60%以上的天然石墨來自中國。雖然美國目前沒有天然石墨礦場，但如果各種正在開發(fā)的項目能夠投產，加拿大和澳大利亞開采的石墨可以滿足美國目前的大部分需求。然而，這些天然石墨來源不足以滿足2030年美國的需求。因此，美國可能需要尋找合成石墨的來源，尋找天然石墨的國外來源，以及進口電池陽極。
圖7 2030年美國和和自由貿易協(xié)定國家采購的石墨（千噸）
（2）加工材料
從2025年開始，對陰極活性材料和陽極活性材料的需求可能超過美國和自由貿易區(qū)國家的供應。如果沒有對中游產能的重大投資，美國將需要轉向非自由貿易協(xié)定國家來滿足這一需求。
新增產能的時間表
新的電池儲能制造工廠的選址、許可、建設以及投產都需要具有切實可行的時間表，這將影響到美國電池制造業(yè)擴大規(guī)模的速度。
新進入電池儲能制造領域的廠商或那些希望建立新的制造流程的廠商，可能需要更長的開發(fā)時間來審查設備供應商、制造工廠并證明其實施能力。這些新進入者還需要時間來調試、校準和完善他們的制造工藝。如上所述，新進入者的電池成品率低至50%，而經驗豐富的制造商的成品率為98%。
此外，鑒于美國目前幾乎所有的電池儲能供應鏈都依賴進口，與其他供應鏈更為成熟的國家相比，美國的電池儲能系統(tǒng)的交貨時間將更長。而且儲能系統(tǒng)的部署時間也會影響制造商利用《削減通脹法案》提供激勵的能力，因為要求每年都變得更加嚴格。
勞動力的發(fā)展
成功的電池儲能制造業(yè)依賴于訓練有素的勞動力。例如，新建電池工廠的初始產量可能只有50%，但隨著制造工藝的成熟而增長。對于制造商來說，培訓員工理解和執(zhí)行這些工藝改進是至關重要的。
制造業(yè)不僅帶來了高薪的工作機會，而且還能夠幫助降低傳統(tǒng)能源和制造業(yè)社區(qū)的失業(yè)率，并為服務不足和邊緣化的社區(qū)帶來更多的就業(yè)機會。而且許多工作不需要大學學位。
為了滿足這一需求，電池儲能行業(yè)必須像建設新工廠一樣努力招聘、培訓和留住勞動力。對電池儲能供應鏈至關重要的角色包括機器操作人員、生產技術人員、采礦、化學和電氣工程師。
在短期內，新工廠的投產運營和勞動力的培訓將需要與技術專家合作，開發(fā)和創(chuàng)造尖端技術。從長遠來看，制造業(yè)勞動力的增長取決于制造商、政府機構、教育機構和其他利益相關者之間的合作。工人獲得技術技能需要教學和在職培訓相結合。而學徒制也將為培訓下一代制造業(yè)工人提供一條有用的途徑。
多樣性、公平、包容和正義
發(fā)展未來的制造業(yè)勞動力為建立一個更包容、更公正的能源經濟提供了機會。利用供應商多樣性數據庫等現有工具，可以確保美國的太陽能和儲能行業(yè)從廣泛的人才庫中獲取資源，并使社區(qū)能夠獲得太陽能發(fā)電的好處。這些行業(yè)需要開發(fā)和推進獎學金、課程和實習項目，以創(chuàng)造多樣化的人才管道。類似的項目已經存在于太陽能開發(fā)領域，而現在必須擴展到電池儲能制造業(yè)。
電池儲能制造業(yè)還應尋求與工會和社區(qū)團體建立伙伴關系，以確保公平獲得學徒和其他高質量技能培養(yǎng)項目。此外，勞動力發(fā)展應該解決太陽能發(fā)電行業(yè)的性別失衡問題。這些努力對于傳統(tǒng)上由男性主導的制造業(yè)和工程角色尤為重要。環(huán)境是另一個重要的考慮因素。該行業(yè)必須盡量減少生產設施所在社區(qū)的影響。電池儲能制造商必須確保當地社區(qū)的參與，并在制造工廠選址和開發(fā)方面擁有發(fā)言權。此外，應將環(huán)境責任納入產品生命周期的各個方面，從原材料到生命周期結束，可持續(xù)性目標應該每年通過環(huán)境，社會和治理報告進行衡量。推進碳減排戰(zhàn)略、追求技術多樣性以及減少太陽能供應鏈中關鍵礦物的使用也是重要的目標。
將多樣性、公平、包容和正義的原則納入生產有利于所有利益相關者，并有助于獲得外部利益相關者的支持。而美國太陽能和電池儲能制造業(yè)需要立即采取行動，朝著多元化和公平發(fā)展，充分發(fā)揮其潛力。
與美國的經濟發(fā)展辦公室合作
美國經濟發(fā)展辦公室提供關鍵的激勵方案，將減少前期成本，加快進度。美國太陽能和電池儲能制造商與美國經濟發(fā)展辦公室合作，也將為實現勞動力發(fā)展等其他目標提供了配套機會。其獲得的三個主要的激勵類別是：（1）稅收激勵；（2）勞動力發(fā)展；（3）選址和許可支持。國家層面的產業(yè)政策為從采礦和精煉到工廠和研發(fā)活動的供應鏈建設提供了關鍵的早期支持。
結論
美國振興電池儲能制造業(yè)行勢在必行。市場需求的增長和美國政府在儲能部署方面的一系列變革性投資已經產生了顯著效果。
然而，美國電池儲能供應鏈需要額外投資。必須認識到，美國建立本土電池儲能價值鏈需要時間、戰(zhàn)略投資、與經驗豐富的制造商建立伙伴關系，以及與其他國家開展合作。美國政府為建立具有全球競爭力的美國儲能產業(yè)基礎提供了寶貴的政策工具，使這些政策的有效實施成為重中之重。
