中國儲能網(wǎng)訊：經(jīng)歷10余年停滯后，美國電力需求自2020年起反彈，2020-2022年間電力消費增長7%。電氣化、數(shù)據(jù)中心、可再生能源、電動車充電基礎(chǔ)設(shè)施等板塊的發(fā)展推動了新的負(fù)荷增長。在此態(tài)勢下，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，美國曾在電力工業(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、政策失衡與國際競爭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)時代
1882年，美國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個用戶、點亮約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——而這，就是變壓器的作用。
1831年，英國物理學(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)競爭在19世紀(jì)80年代末展開。這場“電流大戰(zhàn)”（War of Currents）大約從1886年持續(xù)到1893年，直流電陣營以托馬斯·愛迪生為代表，交流電陣營則以尼古拉·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的照明合同，用交流電為整個展會供電，擊敗了愛迪生陣營，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)計的交流電系統(tǒng)，成為全球首個大規(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，實現(xiàn)長距離輸電。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)時代正式開啟。各國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)，還推動了美國電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)模化。
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，對運輸工具要求高，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。即使能海運到港口，內(nèi)陸運輸仍是巨大挑戰(zhàn)，特別是在發(fā)展中國家。
而到了20世紀(jì)80年代，全球航運業(yè)經(jīng)歷了集裝箱化的快速發(fā)展，極大地提高了貨物運輸?shù)男屎桶踩浴＿@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)行跨洋運輸，促進(jìn)了全球貿(mào)易的增長。
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)初由美國的Armco Steel（AK Steel的前身）研發(fā)，從1970年代起，日本和德國在超薄高導(dǎo)電氣鋼領(lǐng)域取得領(lǐng)先。在這一階段，日本、德國等國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。
與之形成鮮明對比的是，1970年代后期，美國本土鋼廠成本高企，設(shè)備老化，在遭遇外來鋼鐵產(chǎn)品競爭時，大批鋼鐵工人失業(yè)，美國本土鋼鐵企業(yè)請求政府提供保護(hù)。
1982年，美國政府啟動“自愿出口限制協(xié)議”，要求日本、德國等鋼鐵輸出國自愿限制出口美國；1984年，美國設(shè)定鋼鐵進(jìn)口配額，控制鋼材進(jìn)口比例；1985年，美國開始對部分鋼鐵產(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。美國國內(nèi)電氣鋼廠商獲得了保護(hù)，但美國本土電氣設(shè)備制造企業(yè)難以大量采購高性能進(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)定實施后，美國變壓器企業(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。
但對電氣鋼的反傾銷并未停止。2000年后，AK Steel成為美國電氣鋼領(lǐng)域主要生產(chǎn)商，頻繁要求對進(jìn)口電氣鋼征稅。2002年，布什政府啟動第201條鋼鐵保障措施，對含電氣鋼在內(nèi)的多類鋼產(chǎn)品加征關(guān)稅。
2004—2007年，美國房地產(chǎn)繁榮期間，多個變壓器制造商擴(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，上游對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能源部反映“電氣鋼價格過高、供應(yīng)不足”。這些企業(yè)不得不關(guān)停在美國本土的生產(chǎn)線，擴(kuò)大海外制造基地。2014年前后，美國國內(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、韓國作為美國變壓器主要進(jìn)口來源國的地位進(jìn)一步鞏固。
短缺現(xiàn)狀與不確定的未來
美國國家可再生能源實驗室的初步分析估計，當(dāng)前，美國的配電變壓器存量約為6000萬至8000萬臺。預(yù)計到2050年，其總體存量將比2021年水平增長約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。
美國電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)出警報，發(fā)電項目、變電站建設(shè)排隊待接入，數(shù)量巨大，電網(wǎng)改造升級迫切。
與此同時，供應(yīng)端卻嚴(yán)重吃緊。咨詢公司W(wǎng)ood Mackenzie的報告顯示，過去兩年，美國變壓器交付周期大幅延長——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。
面對短缺，美國政府決定加大力度鼓勵在本土投資建廠。在美國政府看來，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、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長，并增強(qiáng)國家的能源安全。
為此，美國國家工業(yè)安全委員會提出了七項建議，旨在促進(jìn)國內(nèi)變壓器的生產(chǎn)，并推動企業(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本土建廠。2024年2月，西門子能源宣布，將在美國北卡羅來納州夏洛特市投資建立其首個美國大型電力變壓器制造廠。
只是，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，美國在變壓器制造環(huán)節(jié)仍面臨勞動力短缺、電氣鋼等原材料稀缺、規(guī)格定制化嚴(yán)重、生產(chǎn)周期長等問題。美國國內(nèi)制造商表示，勞動力短缺是擴(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。盡管美國政府已開始通過政策激勵與產(chǎn)業(yè)協(xié)作重振變壓器制造，但重建一個涵蓋原材料、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。如何在開放競爭中平衡安全與自主，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，也可能成為其他國家審視全球化角色與本土制造能力的一面鏡子。
