中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近年來，美國的太陽能和儲(chǔ)能行業(yè)面臨著供應(yīng)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(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的部署。雖然這兩個(gè)行業(yè)致力克服這些挑戰(zhàn)，但必須牢記兩個(gè)重要的教訓(xùn)：一是，如果沒有強(qiáng)大的制造業(yè)基礎(chǔ)，美國在充分發(fā)揮其太陽能和儲(chǔ)能系統(tǒng)的潛力方面將繼續(xù)面臨障礙。二是，美國對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的過度依賴是威脅其經(jīng)濟(jì)安全和能源安全的薄弱環(huán)節(jié)。
迅速擺脫對(duì)光伏組件和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)口的過度依賴，并建立強(qiáng)大的太陽能和儲(chǔ)能系統(tǒng)的制造行業(yè)奠定基礎(chǔ)，對(duì)于美國持續(xù)的經(jīng)濟(jì)健康、全球競爭力和能源安全至關(guān)重要。
正如美國政府在2021年認(rèn)識(shí)到的那樣，儲(chǔ)能行業(yè)是一個(gè)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(jī)會(huì)，滿足能源安全需求，并幫助其實(shí)現(xiàn)雄心勃勃的氣候目標(biāo)。為了開發(fā)這一潛力，美國必須大力投資電池儲(chǔ)能制造業(yè)，包括支持從原材料生產(chǎn)到最終用途產(chǎn)品制造的電池儲(chǔ)能供應(yīng)鏈。
然而，要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要制定一個(gè)能夠平衡制造業(yè)和貿(mào)易的政策。歷史表明，對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品征收關(guān)稅，在總體上沒有達(dá)到增加美國制造業(yè)產(chǎn)能的預(yù)期效果。就光伏組件和電池的關(guān)稅而言，它們限制了太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)部署，這降低了投資光伏和電池儲(chǔ)能制造業(yè)的可能性。征收關(guān)稅將削弱美國光伏和電池儲(chǔ)能制造業(yè)，例如301條款的關(guān)稅涵蓋了來自中國的大多數(shù)光伏產(chǎn)品，其中包括制造設(shè)備和各種難以在美國采購的產(chǎn)品。
有充分的證據(jù)表明，美國政府的產(chǎn)業(yè)政策可以拉動(dòng)私營部門投資。在參考了多項(xiàng)研究之后，美國能源部得出這一結(jié)論:：大力補(bǔ)貼制造業(yè)和相關(guān)供應(yīng)鏈等政策和實(shí)踐；簡化選址和審批程序；投資必要的制造基礎(chǔ)設(shè)施；創(chuàng)建勞動(dòng)力教育和培訓(xùn)項(xiàng)目；確保采購的環(huán)境條件有利于本國制造商，鼓勵(lì)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(diǎn)是鼓勵(lì)太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)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(guān)系擴(kuò)展了其激勵(lì)計(jì)劃，并將國內(nèi)制造業(yè)納入其中。
《削減通脹法案》有潛力極大地?cái)U(kuò)大美國的太陽能和儲(chǔ)能制造業(yè)的規(guī)模。在電池儲(chǔ)能方面，該法案鼓勵(lì)相關(guān)廠商生產(chǎn)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(jìn)口的電池產(chǎn)品進(jìn)行競爭，但不能忽視制造經(jīng)驗(yàn)、獲得原材料、與盟友的合作伙伴關(guān)系，以及確保國內(nèi)制造業(yè)成功的勞動(dòng)力的重要性。
電池制造的概述
鋰離子電池的關(guān)鍵部件包括電池陰極、陽極、隔膜和電解質(zhì)。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(xué)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(chǎn)中開采，也可以從石油副產(chǎn)品中提取。陰極活性材料(CAM)再結(jié)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(nèi)部充滿了液體電解質(zhì)，陰極和陽極由隔膜隔開?？梢詫⒍鄩K電池組合構(gòu)建電池組，用于電動(dòng)汽車、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)或其他應(yīng)用。
圖1電池儲(chǔ)能系統(tǒng)供應(yīng)鏈概述
電池儲(chǔ)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(chǔ)能制造商需要合理保證其產(chǎn)品將有足夠的需求。
儲(chǔ)能系統(tǒng)可以增強(qiáng)電網(wǎng)的可靠性和彈性，能夠通過套利來調(diào)節(jié)電價(jià)，滿足夜間能源需求，降低棄電風(fēng)險(xiǎn)，提供電網(wǎng)黑啟動(dòng)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(chǔ)能開發(fā)商。美國各州正越來越多地鼓勵(lì)將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與太陽能發(fā)電設(shè)施相結(jié)合。《削減通脹法案》還為太陽能+儲(chǔ)能項(xiàng)目和獨(dú)立部署的儲(chǔ)能系統(tǒng)提供稅收抵免。
可再生能源發(fā)電設(shè)施配套采用的儲(chǔ)能技術(shù)主要是鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。在過去的幾年里，電動(dòng)汽車行業(yè)的崛起幫助降低了電池的成本，因?yàn)殡姵刂圃焐虜U(kuò)大了制造規(guī)模以滿足需求。經(jīng)濟(jì)效益、激勵(lì)措施和降低成本等因素，使電池儲(chǔ)能系統(tǒng)迅速成為太陽能在各個(gè)領(lǐng)域部署的組成部分。
在全球范圍內(nèi)，各種應(yīng)用對(duì)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(xiàng)目配套的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的全球需求預(yù)計(jì)將從2022年的60GWh增加到2030年的約840GWh。在此期間，美國對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求可能會(huì)增加6倍以上，從18GWh增加到119GWh。
圖2 2022~2030年按電池應(yīng)用劃分的美國和自由貿(mào)易協(xié)定國家的電池需求預(yù)測
美國的鋰離子電池制造能力
美國鋰離子電池目前的產(chǎn)能為60GWh。然而，預(yù)計(jì)在未來五年內(nèi)，美國新建的電池工廠將使其年產(chǎn)能增加到630GWh以上?？紤]到與美國簽署自由貿(mào)易協(xié)定的國家，如果每個(gè)建設(shè)電池工廠的聲明都得以實(shí)現(xiàn)，那么美國和自由貿(mào)易協(xié)定國家制造的電池年產(chǎn)能將達(dá)到1,400GWh。然而，由于制造經(jīng)驗(yàn)、勞動(dòng)力、技術(shù)和財(cái)務(wù)等因素，并不是所有的聲明都能實(shí)現(xiàn)。（注：自由貿(mào)易協(xié)定是兩個(gè)或多個(gè)國家簽署的旨在減少或消除運(yùn)輸和關(guān)稅方面壁壘的協(xié)議）
在風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整的基礎(chǔ)上，預(yù)計(jì)美國和自由貿(mào)易協(xié)定國家的電池年產(chǎn)能將達(dá)到1,000GWh。
此外，目前美國的大部分電池用于電動(dòng)汽車行業(yè)，只有10%的電池專用于非汽車應(yīng)用，主要是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而也有一些好處，因?yàn)?5%的新建電池制造工廠并沒有公開聲明將服務(wù)于哪些市場，有可能將部分產(chǎn)能用于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
圖3美國和自由貿(mào)易協(xié)定國家電池制造工廠的產(chǎn)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(chǎn)品，以具有競爭力的價(jià)格銷售，并始終如一地按時(shí)交付足夠數(shù)量的高質(zhì)量產(chǎn)品。影響這些電池制造工廠最終成功的因素包括技術(shù)專長、激勵(lì)措施和原材料成本。
通常情下，電池制造工廠的初始產(chǎn)量可能是最終年產(chǎn)能的50%。與經(jīng)驗(yàn)豐富的制造商相比，新進(jìn)入者提高產(chǎn)量的速度通常較慢。相比之下，由于在電池生產(chǎn)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，中國的電池產(chǎn)量可以達(dá)到最終年產(chǎn)能98%左右。因此，與經(jīng)驗(yàn)豐富的制造商合作對(duì)于提高產(chǎn)量以及最終提高國產(chǎn)電池的成本競爭力至關(guān)重要。
材料成本對(duì)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(chǎn)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(gè)角度來看，碳酸鋰和氫氧化鋰的價(jià)格每增加30美元/kg，電池的價(jià)格就會(huì)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(guān)鍵作用。
其次，《削減通脹法案》對(duì)電池的生產(chǎn)激勵(lì)可以將成本降低40%以上。然而，這些激勵(lì)措施與美國國內(nèi)含量和回收要求掛鉤，并且這些要求將變得更加嚴(yán)格。美國的原材料和回收設(shè)施的可用性對(duì)其制造的電池成本競爭力產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)口電池相當(dāng)?shù)乃健?
圖4美國和中國從2023～2030年磷酸鐵鋰電池的年產(chǎn)能
獲得原材料和加工材料
（1）原材料
生產(chǎn)鋰離子電池的關(guān)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(jī)構(gòu)CRU公司表示，到2030年，美國和自由貿(mào)易協(xié)定國家的鋰礦、鹵水和磷礦資源的開發(fā)應(yīng)該足以滿足制造電池的需求。美國需要進(jìn)口大部分的這些原材料，其國內(nèi)電池制造商必須與國外電池制造商在這方面進(jìn)行競爭。例如，自由貿(mào)易協(xié)定國家的鋰有很大一部分是運(yùn)往中國市場的。
圖5 美國和自由貿(mào)易協(xié)定國家到2030年在電池供應(yīng)鏈中采購的各種原材料（千噸）
來自美國和自由貿(mào)易協(xié)定國家的磷礦的數(shù)量足以滿足制造商的需求，但世界上70%以上的磷儲(chǔ)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(gè)競爭行業(yè)是農(nóng)業(yè)，因?yàn)榱资腔实闹饕煞帧?
圖6 2030年美國和自由貿(mào)易協(xié)定國家以及其他國家采購的磷（千噸）
石墨供應(yīng)是美國電池行業(yè)的一個(gè)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(xiàng)目能夠投產(chǎn)，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(jìn)口電池陽極。
圖7 2030年美國和和自由貿(mào)易協(xié)定國家采購的石墨（千噸）
（2）加工材料
從2025年開始，對(duì)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(mào)易區(qū)國家的供應(yīng)。如果沒有對(duì)中游產(chǎn)能的重大投資，美國將需要轉(zhuǎn)向非自由貿(mào)易協(xié)定國家來滿足這一需求。
新增產(chǎn)能的時(shí)間表
新的電池儲(chǔ)能制造工廠的選址、許可、建設(shè)以及投產(chǎn)都需要具有切實(shí)可行的時(shí)間表，這將影響到美國電池制造業(yè)擴(kuò)大規(guī)模的速度。
新進(jìn)入電池儲(chǔ)能制造領(lǐng)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(shí)間來審查設(shè)備供應(yīng)商、制造工廠并證明其實(shí)施能力。這些新進(jìn)入者還需要時(shí)間來調(diào)試、校準(zhǔn)和完善他們的制造工藝。如上所述，新進(jìn)入者的電池成品率低至50%，而經(jīng)驗(yàn)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(chǔ)能供應(yīng)鏈都依賴進(jìn)口，與其他供應(yīng)鏈更為成熟的國家相比，美國的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的交貨時(shí)間將更長。而且儲(chǔ)能系統(tǒng)的部署時(shí)間也會(huì)影響制造商利用《削減通脹法案》提供激勵(lì)的能力，因?yàn)橐竺磕甓甲兊酶訃?yán)格。
勞動(dòng)力的發(fā)展
成功的電池儲(chǔ)能制造業(yè)依賴于訓(xùn)練有素的勞動(dòng)力。例如，新建電池工廠的初始產(chǎn)量可能只有50%，但隨著制造工藝的成熟而增長。對(duì)于制造商來說，培訓(xùn)員工理解和執(zhí)行這些工藝改進(jìn)是至關(guān)重要的。
制造業(yè)不僅帶來了高薪的工作機(jī)會(huì)，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(wù)不足和邊緣化的社區(qū)帶來更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。而且許多工作不需要大學(xué)學(xué)位。
為了滿足這一需求，電池儲(chǔ)能行業(yè)必須像建設(shè)新工廠一樣努力招聘、培訓(xùn)和留住勞動(dòng)力。對(duì)電池儲(chǔ)能供應(yīng)鏈至關(guān)重要的角色包括機(jī)器操作人員、生產(chǎn)技術(shù)人員、采礦、化學(xué)和電氣工程師。
在短期內(nèi)，新工廠的投產(chǎn)運(yùn)營和勞動(dòng)力的培訓(xùn)將需要與技術(shù)專家合作，開發(fā)和創(chuàng)造尖端技術(shù)。從長遠(yuǎn)來看，制造業(yè)勞動(dòng)力的增長取決于制造商、政府機(jī)構(gòu)、教育機(jī)構(gòu)和其他利益相關(guān)者之間的合作。工人獲得技術(shù)技能需要教學(xué)和在職培訓(xùn)相結(jié)合。而學(xué)徒制也將為培訓(xùn)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(dòng)力為建立一個(gè)更包容、更公正的能源經(jīng)濟(jì)提供了機(jī)會(huì)。利用供應(yīng)商多樣性數(shù)據(jù)庫等現(xiàn)有工具，可以確保美國的太陽能和儲(chǔ)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(jìn)獎(jiǎng)學(xué)金、課程和實(shí)習(xí)項(xiàng)目，以創(chuàng)造多樣化的人才管道。類似的項(xiàng)目已經(jīng)存在于太陽能開發(fā)領(lǐng)域，而現(xiàn)在必須擴(kuò)展到電池儲(chǔ)能制造業(yè)。
電池儲(chǔ)能制造業(yè)還應(yīng)尋求與工會(huì)和社區(qū)團(tuán)體建立伙伴關(guān)系，以確保公平獲得學(xué)徒和其他高質(zhì)量技能培養(yǎng)項(xiàng)目。此外，勞動(dòng)力發(fā)展應(yīng)該解決太陽能發(fā)電行業(yè)的性別失衡問題。這些努力對(duì)于傳統(tǒng)上由男性主導(dǎo)的制造業(yè)和工程角色尤為重要。環(huán)境是另一個(gè)重要的考慮因素。該行業(yè)必須盡量減少生產(chǎn)設(shè)施所在社區(qū)的影響。電池儲(chǔ)能制造商必須確保當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的參與，并在制造工廠選址和開發(fā)方面擁有發(fā)言權(quán)。此外，應(yīng)將環(huán)境責(zé)任納入產(chǎn)品生命周期的各個(gè)方面，從原材料到生命周期結(jié)束，可持續(xù)性目標(biāo)應(yīng)該每年通過環(huán)境，社會(huì)和治理報(bào)告進(jìn)行衡量。推進(jìn)碳減排戰(zhàn)略、追求技術(shù)多樣性以及減少太陽能供應(yīng)鏈中關(guān)鍵礦物的使用也是重要的目標(biāo)。
將多樣性、公平、包容和正義的原則納入生產(chǎn)有利于所有利益相關(guān)者，并有助于獲得外部利益相關(guān)者的支持。而美國太陽能和電池儲(chǔ)能制造業(yè)需要立即采取行動(dòng)，朝著多元化和公平發(fā)展，充分發(fā)揮其潛力。
與美國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展辦公室合作
美國經(jīng)濟(jì)發(fā)展辦公室提供關(guān)鍵的激勵(lì)方案，將減少前期成本，加快進(jìn)度。美國太陽能和電池儲(chǔ)能制造商與美國經(jīng)濟(jì)發(fā)展辦公室合作，也將為實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)力發(fā)展等其他目標(biāo)提供了配套機(jī)會(huì)。其獲得的三個(gè)主要的激勵(lì)類別是：（1）稅收激勵(lì)；（2）勞動(dòng)力發(fā)展；（3）選址和許可支持。國家層面的產(chǎn)業(yè)政策為從采礦和精煉到工廠和研發(fā)活動(dòng)的供應(yīng)鏈建設(shè)提供了關(guān)鍵的早期支持。
結(jié)論
美國振興電池儲(chǔ)能制造業(yè)行勢在必行。市場需求的增長和美國政府在儲(chǔ)能部署方面的一系列變革性投資已經(jīng)產(chǎn)生了顯著效果。
然而，美國電池儲(chǔ)能供應(yīng)鏈需要額外投資。必須認(rèn)識(shí)到，美國建立本土電池儲(chǔ)能價(jià)值鏈需要時(shí)間、戰(zhàn)略投資、與經(jīng)驗(yàn)豐富的制造商建立伙伴關(guān)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(chǔ)能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)提供了寶貴的政策工具，使這些政策的有效實(shí)施成為重中之重。
