中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：經(jīng)歷10余年停滯后，美國(guó)電力需求自2020年起反彈，2020-2022年間電力消費(fèi)增長(zhǎng)7%。電氣化、數(shù)據(jù)中心、可再生能源、電動(dòng)車充電基礎(chǔ)設(shè)施等板塊的發(fā)展推動(dòng)了新的負(fù)荷增長(zhǎng)。在此態(tài)勢(shì)下，變壓器出現(xiàn)供應(yīng)短缺。
政客們將矛頭指向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移所帶來的能源供應(yīng)鏈危機(jī)，但回顧歷史，我們不難發(fā)現(xiàn)，作為交流電和變壓器最早的應(yīng)用市場(chǎng)，美國(guó)曾在電力工業(yè)發(fā)展歷程中扮演重要角色，近年卻因推行逆全球化，而逐步走到當(dāng)前境地。
美國(guó)電氣鋼與變壓器制造業(yè)的沒落，是制造外遷、政策失衡與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)等多重因素共同作用的結(jié)果。即便當(dāng)前有復(fù)興呼聲，但從基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)人才到成本結(jié)構(gòu)的重建難度來看，這些產(chǎn)業(yè)的復(fù)興都面臨極大挑戰(zhàn)。
從“電流大戰(zhàn)”到現(xiàn)代電力工業(yè)時(shí)代
1882年，美國(guó)紐約市曼哈頓下城珍珠街，世界上最早的商業(yè)直流電站建成，煤炭蒸汽驅(qū)動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)輸出110伏的直流電，通過地埋銅線，供應(yīng)85個(gè)用戶、點(diǎn)亮約400盞電燈，輸電半徑不超過1公里。
受限于直流供電系統(tǒng)，盡管電力在19世紀(jì)末已廣泛應(yīng)用，發(fā)電站在規(guī)模、功率和供電范圍上仍受到極大限制：在輸電過程中，電壓過低會(huì)導(dǎo)致電能損耗嚴(yán)重，無法遠(yuǎn)距離傳輸；而高電壓又不適合直接用于家庭和工廠。
人們迫切需要一種改變電壓的裝置——在發(fā)電側(cè)將電壓升高，減少遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膿p耗，在用電側(cè)將電壓降低到家庭和工廠可直接用的等級(jí)——而這，就是變壓器的作用。
1831年，英國(guó)物理學(xué)家邁克爾·法拉第（Michael Faraday）發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，證明了磁場(chǎng)變化可以在導(dǎo)體中感應(yīng)出電流，這為變壓器的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。
真正意義上的高效實(shí)用變壓器，由匈牙利電氣公司Ganz Works的三位工程師于1885年合作發(fā)明，這標(biāo)志著現(xiàn)代變壓器的誕生。
很快，一場(chǎng)圍繞“使用直流電（DC）還是交流電（AC）”作為主流電力系統(tǒng)的激烈技術(shù)辯論與商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)在19世紀(jì)80年代末展開。這場(chǎng)“電流大戰(zhàn)”（War of Currents）大約從1886年持續(xù)到1893年，直流電陣營(yíng)以托馬斯·愛迪生為代表，交流電陣營(yíng)則以尼古拉·特斯拉、喬治·威斯汀豪斯為代表。
1891年，特斯拉和威斯汀豪斯成功地在科羅拉多州和芝加哥之間長(zhǎng)距離輸電，展示了交流系統(tǒng)的優(yōu)越性。1893年，威斯汀豪斯公司獲得芝加哥世界博覽會(huì)的照明合同，用交流電為整個(gè)展會(huì)供電，擊敗了愛迪生陣營(yíng)，取得了決定性的勝利。
1895年，尼亞加拉大瀑布水電站（Niagara Falls Hydroelectric Power Station）建成，采用了特斯拉設(shè)計(jì)的交流電系統(tǒng)，成為全球首個(gè)大規(guī)模應(yīng)用交流電（AC）系統(tǒng)的發(fā)電站，初期發(fā)電能力為2.5萬千瓦，通過升壓變壓器，電站將電壓從10,000伏升高到100,000伏，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸電。而上述匈牙利電氣公司Ganz Works正是變壓器等設(shè)備的供應(yīng)商。
現(xiàn)代電力工業(yè)時(shí)代正式開啟。各國(guó)隨后紛紛采用交流電系統(tǒng)，應(yīng)用到大型水力發(fā)電站、火電廠等，電力得以廣泛普及，工業(yè)化和城市化快速發(fā)展。在20世紀(jì)上半葉，美國(guó)處于全球電氣設(shè)備制造的領(lǐng)先地位。西屋電氣、GE等公司不僅掌握先進(jìn)技術(shù)，還推動(dòng)了美國(guó)電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)?；?。
上游反傾銷，下游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移
高壓變壓器往往重達(dá)幾十噸甚至上百噸，對(duì)運(yùn)輸工具要求高，20世紀(jì)80年代之前，全球很多港口尚不具備處理超重貨物的起吊設(shè)備。即使能海運(yùn)到港口，內(nèi)陸運(yùn)輸仍是巨大挑戰(zhàn)，特別是在發(fā)展中國(guó)家。
而到了20世紀(jì)80年代，全球航運(yùn)業(yè)經(jīng)歷了集裝箱化的快速發(fā)展，極大地提高了貨物運(yùn)輸?shù)男屎桶踩?。這一變革使得包括變壓器在內(nèi)的重型電氣設(shè)備能夠更便捷地進(jìn)行跨洋運(yùn)輸，促進(jìn)了全球貿(mào)易的增長(zhǎng)。
這里不得不提到電氣鋼的發(fā)展。電氣鋼又稱硅鋼，是變壓器、發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備的核心材料之一。電氣鋼最早在20世紀(jì)初由美國(guó)的Armco Steel（AK Steel的前身）研發(fā)，從1970年代起，日本和德國(guó)在超薄高導(dǎo)電氣鋼領(lǐng)域取得領(lǐng)先。在這一階段，日本、德國(guó)等國(guó)家的鋼鐵制造迅速崛起，依靠低成本和高品質(zhì)產(chǎn)品搶占市場(chǎng)。
與之形成鮮明對(duì)比的是，1970年代后期，美國(guó)本土鋼廠成本高企，設(shè)備老化，在遭遇外來鋼鐵產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，大批鋼鐵工人失業(yè)，美國(guó)本土鋼鐵企業(yè)請(qǐng)求政府提供保護(hù)。
1982年，美國(guó)政府啟動(dòng)“自愿出口限制協(xié)議”，要求日本、德國(guó)等鋼鐵輸出國(guó)自愿限制出口美國(guó)；1984年，美國(guó)設(shè)定鋼鐵進(jìn)口配額，控制鋼材進(jìn)口比例；1985年，美國(guó)開始對(duì)部分鋼鐵產(chǎn)品征收反傾銷稅。電氣鋼供應(yīng)鏈也因這些政策而受到影響。美國(guó)國(guó)內(nèi)電氣鋼廠商獲得了保護(hù)，但美國(guó)本土電氣設(shè)備制造企業(yè)難以大量采購(gòu)高性能進(jìn)口電氣鋼，部分中大型變壓器生產(chǎn)效率受限。
1994年，北美自由貿(mào)易協(xié)定實(shí)施后，美國(guó)變壓器企業(yè)將部分生產(chǎn)轉(zhuǎn)移至墨西哥與加拿大，以規(guī)避高關(guān)稅與材料成本。
但對(duì)電氣鋼的反傾銷并未停止。2000年后，AK Steel成為美國(guó)電氣鋼領(lǐng)域主要生產(chǎn)商，頻繁要求對(duì)進(jìn)口電氣鋼征稅。2002年，布什政府啟動(dòng)第201條鋼鐵保障措施，對(duì)含電氣鋼在內(nèi)的多類鋼產(chǎn)品加征關(guān)稅。
2004—2007年，美國(guó)房地產(chǎn)繁榮期間，多個(gè)變壓器制造商擴(kuò)張產(chǎn)能以滿足激增的電力基礎(chǔ)設(shè)施需求。然而，2008年全球金融危機(jī)爆發(fā)后，這些企業(yè)遭受了嚴(yán)重沖擊。下游不景氣的同時(shí)，上游對(duì)電氣鋼的壟斷并未停止。
2010年起，GE等多家下游公司公開向美國(guó)能源部反映“電氣鋼價(jià)格過高、供應(yīng)不足”。這些企業(yè)不得不關(guān)停在美國(guó)本土的生產(chǎn)線，擴(kuò)大海外制造基地。2014年前后，美國(guó)國(guó)內(nèi)僅剩少數(shù)高端大功率變壓器制造廠家。
2018年后，特朗普政府依據(jù)“232”條款再次征收25%鋼鐵進(jìn)口稅，電氣鋼被列入關(guān)鍵品類，墨西哥、韓國(guó)作為美國(guó)變壓器主要進(jìn)口來源國(guó)的地位進(jìn)一步鞏固。
短缺現(xiàn)狀與不確定的未來
美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的初步分析估計(jì)，當(dāng)前，美國(guó)的配電變壓器存量約為6000萬至8000萬臺(tái)。預(yù)計(jì)到2050年，其總體存量將比2021年水平增長(zhǎng)約160%至260%。
此外，需求結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化：隨著電氣化推進(jìn)，尺寸更大、功率更高的變壓器需求將顯著提升。
美國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)出警報(bào)，發(fā)電項(xiàng)目、變電站建設(shè)排隊(duì)待接入，數(shù)量巨大，電網(wǎng)改造升級(jí)迫切。
與此同時(shí)，供應(yīng)端卻嚴(yán)重吃緊。咨詢公司W(wǎng)ood Mackenzie的報(bào)告顯示，過去兩年，美國(guó)變壓器交付周期大幅延長(zhǎng)——從2021年的約50周，延至2024年的平均約120周。而含變電站電力變壓器和發(fā)電機(jī)升壓變壓器在內(nèi)的大型變壓器交付周期則在80至210周之間不等。
面對(duì)短缺，美國(guó)政府決定加大力度鼓勵(lì)在本土投資建廠。在美國(guó)政府看來，這不僅僅是為了避免一系列負(fù)面后果，這些投資還有可能創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，并增強(qiáng)國(guó)家的能源安全。
為此，美國(guó)國(guó)家工業(yè)安全委員會(huì)提出了七項(xiàng)建議，旨在促進(jìn)國(guó)內(nèi)變壓器的生產(chǎn)，并推動(dòng)企業(yè)與政府之間建立更緊密的合作關(guān)系，以確保這種關(guān)鍵電網(wǎng)組件的充足供應(yīng)。
政策一定程度上刺激部分廠商在美國(guó)本土建廠。2024年2月，西門子能源宣布，將在美國(guó)北卡羅來納州夏洛特市投資建立其首個(gè)美國(guó)大型電力變壓器制造廠。
只是，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，美國(guó)在變壓器制造環(huán)節(jié)仍面臨勞動(dòng)力短缺、電氣鋼等原材料稀缺、規(guī)格定制化嚴(yán)重、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等問題。美國(guó)國(guó)內(nèi)制造商表示，勞動(dòng)力短缺是擴(kuò)大產(chǎn)能的最大障礙之一，部分原因在于培訓(xùn)能力、工作條件有限以及部分生產(chǎn)設(shè)施位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些地區(qū)提供的本地勞動(dòng)力資源有限。
從“電流大戰(zhàn)”的輝煌到如今供應(yīng)鏈的脆弱，這一歷程不僅是技術(shù)迭代的縮影，更是全球化與逆全球化博弈的注腳。盡管美國(guó)政府已開始通過政策激勵(lì)與產(chǎn)業(yè)協(xié)作重振變壓器制造，但重建一個(gè)涵蓋原材料、技術(shù)人才、基礎(chǔ)設(shè)施與高效供應(yīng)鏈的完整生態(tài)，絕非朝夕之功。如何在開放競(jìng)爭(zhēng)中平衡安全與自主，在技術(shù)迭代中重塑產(chǎn)業(yè)韌性，美國(guó)的變壓器危機(jī)將為這些問題的解答提供一些啟示，也可能成為其他國(guó)家審視全球化角色與本土制造能力的一面鏡子。
