2024年水电供应链缺口分析报告

水电供应链差距分析 2024年8月 免责声明 本报告系根据美国政府机构资助的工作编制。美国政府及其任何机构，以及其雇员、承包商、分包商或此类承包商或分包商的雇员，均不对所披露的任何信息、设备、产品或过程的准确性、完整性、任何第三方使用或使用此类信息、设备、产品或过程的结果，或表示其使用不会侵犯私人拥有的权利作出任何明示或默示的保证，也不承担任何法律责任或责任。在此提及的任何特定商业产品、过程或服务，无论是通过商名、商标、制造商名称或其他方式，并不必然构成或暗示美国政府、其任何机构或其承包商或分包商的认可、推荐或青睐。本报告中表达的观点和意见完全是作者的个人观点，并不必然反映美国政府、其任何机构或其承包商或分包商的观点。 封面照片由KatherineStirrNatel提供 作者 本报告的作者为： 维克托普什奇，国家可再生能源实验室（NREL）TessaGrecoNREL EliseDeGeorgeNREL迈克尔英格拉姆，NREL 致谢 作者感谢以下审稿人：美国能源部水电技术办公室的KyleDeSomber、BethHartman和CoreyVezina。 本报告由美国能源部、能源效率和可再生能源办公室、水力发电技术办公室的国家可再生能源实验室编制。 缩略语清单 BAA《美国购买法案》 阿里巴巴构建美国，购买美国法案 BIL双边基础设施法资本支出（CapitalE资xp本en支di出ture） CEATI通过技术创新促进能源进步中心中国铁路总公司（Ch持in续aR转a换ilw传ay导Corporation） 美国能源部（Depart美me国nt能o源fE部nergy）电动汽车（ElectricV电eh动ic汽le）车 FAR联邦采购条例 美国联邦能源监管委员联会邦（能F源edReergaullEantoerrygyCoRmegmuilsastioornyCommission）自由贸易协定自由贸易协定 通用电气（GeneralE通le用ct电ric气） 地球同步轨道地球观测取系向统硅（钢GeostationaryOperationalEnvironmentalSatellites，简称GOES）GW千兆瓦 IDIQ不确定交付，不确定数量 IRA通货膨胀减免法案 国际贸易委员会（Int投er资na税tio收na抵lT免radeCommission）千伏（kV）千伏 千瓦千瓦 LPT大型电力变压器 LPTA最低技术可接受价格 MATOC多重奖励订单合同MVA（企业价值）兆伏安 MW兆瓦 NAF北美锻造大师 NAICS北美行业分类系统 NEC国电线圈 NHA国家水电协会 NOES非取向电工钢 NPD非动力坝 美国国家可再生能源实国验家室可（再N生a能tio源na实lR验e室newableEnergyLaboratory，简称NREL）橡树岭国家实验室（O橡a树k岭Ri国dg家e实Na验tio室nalLaboratory） PSH抽水蓄能水力发电 PTC生产税收抵免 质量保证质量控制质量保证质量控制SATOC单一奖励任务订单合同美国地质调查局美国地质调查局WPTO水电技术办公室 摘要 关于美国供应链第14017号行政命令，美国能源部（DOE）对可再生能源技术进行了供应链“深入研究”，包括水力和大型电力变压器，这些是水电设施关键部分。自深入研究发布以来，水力技术办公室（WPTO）专注于提高我们对水力供应链理解，并制定应对供应链挑战策略。由于深入研究提出挑战对大型（超过100兆瓦MW）水电系统最为尖锐，本报告重点分析大型系统，但预计这些建议将改善所有水电系统供应链 。最后，由于联邦政府拥有近50传统水电系统标称容量，其中40（18吉瓦）这些设备至少为100兆瓦，因此联邦船队被用来促进整个行业供应链发展。 2023年，美国能源部（DOE）能源部长要求WPTO与水电社区合作，征求关于确保和鼓励国内制造业战略建议。WPTO建立了三个重点领域： 定义水电船队修复和新建设施市场。提供关于政策、激励措施、贷款计划和科技投资方面见解，以鼓励国内内容。定义现有和所需国内水电制造业能力和劳动力。 本报告总结了WPTO在列出重点领域中努力，并补充了早期工作，通过进一步探讨确定问题并详细分析国内水电供应链差距，提出了具体可行建议来解决这些差距 。 供应链 水力发电供应链分为三个领域：上游、中游和下游，如图ES1所示。橙色区域中概述子部门表示国内产能有限，黄色区域代表有一定产能，而绿色区域表示产能充足。带有美元符号子部门表示存在激烈外国竞争。本分析重点是黄色和橙色区域，因为它们国内产能有限。 图ES1我国水电供应链概览。 插图由TaraSmith，NREL提供，经UraMartnez（2022）修改 上游供应链组件包括原生材料提取、浓缩以及加工成工程材料。虽然美国拥有强大铁矿开采和钢铁生产能力，但在铁使用中所使用微金属（例如锰）开采有限或根本没有，并且它进口了超过40铜（美国地质调查局USGS2024）。同样，只有两家国内设施拥有大型水电机组轴（5075吨）锻造能力，以及一家国内熔炼厂可以浇注大型涡轮机转轮（大于10吨）。 中游供应链第一阶段包括水力发电组件（如水轮机和涡轮机）制造和组装。尽管一些美国公司制造组件，但国际竞争激烈，获取100兆瓦或更大系统组件在国内是困难 （只有一家铸造厂能够生产超过10吨铸件）或不可能（没有国内制造商生产超过20兆瓦水轮机）。 差距分析 国内水电供应链已识别出五个主要差距： 1不可预测和多变需求信号：国内水电供应链发展受到材料和组件需求不可预测且高度变化影响。总来说，水电系统具有异常长使用寿命（例如，3050年），因此更换和翻新周期为几年或几十年。 2严重受限或不存在国内水电供应商材料与组件： 单个国内设施可用于制造大于100兆瓦大型水轮机线圈。单个国内设施用于制造大型水轮机（5075吨）大型锻造部件和轴。 单一国内铸造厂，铸件能力超过10吨，用于大型涡轮机叶轮。单一国内设施用于制造小于20兆瓦水电机组。没有国内设施用于制造超过20兆瓦水电机组。美国变压器制造商单一国内供应商（颗粒取向电工钢GOES）。美国水电机组制造商两种国内供应商（非取向电工钢NOES）。 联邦承包程序和国内含量法： 存在几个采购法规和或一般做法，这抑制了国内水力发电供应链发展，包括保证金要求、指定合同前设计工作、一揽子合同，以及仅专注于初始资本支出而非整个项目生命周期成本。美国购买法案（BAA）和建造美国、购买美国法案（BABA）旨在通过规定联邦采购国内含量（BAA）和使用联邦资金采购（BABA）来协助关键供应链。 4外国竞争、外国补贴和无效贸易政策： 与水电行业企业讨论突显了外国公司不公平竞争和无效贸易政策作为水电供应链中其他问题。几家公司指出，其他国家补贴其钢铁行业，中国发展制造“模块”来缩短供应链，使其更具成本效益。 5技能工人短缺：水电制造和上游支持性行业严重缺乏具备相应专业技能工人。由于在过去40年中这些行业已外包，熟练工人已经退休或转向其他行业。 建议 为了解决已识别差距，DOEWPTO应考虑以下建议： 1以联邦舰队为引领通过审查联邦采购流程并制定国内舰队翻新最佳实践，为我们主要生产商启动一个综合、一致需求信号发展。改善联邦采购流程，包括多实体或多项目长期合同，并确保小型企业能够竞争联邦合同。制定翻新最佳实践，以确保需求可预测性和稳定性。 在接下来2025年内，仅联邦舰队翻新就可能导致 20700吨冠部（即铸钢）o17300吨轴（即锻造钢）o57400吨导叶和带（即铸件和或锻件）o单独设备成本就达200亿美元。o 2发展国内供应链和终端用户数据集以增加 对国内供应链和现有水电装机能力当前及扩展能力有认识。WPTO正在资助橡树岭国家实验室开发两个数据库：（1）一个关于水电供应链综合供应商数据库；（2）扩展HydroSource工具，以提供现有国内舰队在单元和组件层面信息。 3与其他低碳技术合作为了对通用材料创造一个显著、稳定和可预测需求信号 。 对其他低碳技术需求预计将显著高于水电，以满足拜登哈里斯政府实现脱碳目标（白宫2023年）。其中一些技术在美国通胀减缓法案（例如第45X节）中包含有影响力规定，以促进国内发展。WPTO正在制定一个计划，与其他能源部计划合作，开发供应链，包括大型铸造和锻造（风力、核能）以及绕组、变压器和GOES（风力、电网）等两种计划共有材料。 4继续推进人力资源发展，包括： 持续大学生竞赛，如Continuingcollegiatecompetitionslikethe水电学院 o 竞争并且海洋能源大学生竞赛执行《水力发电劳动力报告》（Daw等人，2022年）中建议。 为了发展国内安全水电供应链，我们必须解决广泛问题，包括水电特有问题（例如，不可预测需求）以及其他清洁能源技术共有问题（例如，劳动力短缺）。通过关注国内水电供应链显著资产，如联邦所有权高比例，并利用其他清洁能源技术共性，DOEWPTO可以帮助构建这个行业关键领域强大国内供应链。 目录 执行摘要vi 1引言1 2水力发电供应链背景3 21 22 23 24 25 26 联邦法律和政策影响水力发电3 211国内内容3212其 他规定6 行业参与9 市场报告11 行业调查12 水力发电投资评估15 人力资源发展15 3国内供应链16 31 32 33 34 供应链分析16 311上游18312中 游23313下游 24 涡轮机运行制造24 321大型涡轮机25322小 型和中型涡轮机25323外国涡轮机制 造商26 变压器制造27 水轮机制造30 4国内水电需求31 41当前国内机队31 42新需求33 43翻新与更换需求36 431水电设施翻新背景38 432翻新需求方法论41 5缺口分析45 51不可预测和多变需求信号45 52水电材料和组件在国内供应商严重受限或不存在 4553联邦合同程序和国内内容法 4654外国竞争、外国补贴和无效贸易政策 4855技能工人短缺 496议5061以联邦 船队为引领50611需求信号 50612检查联邦采购流程 5062开发国内供应链和终端用户数据集5263 与其他低碳技术合作5264继续推进人力资源发展 537结论与未来工作 55参考文献 56 图表目录 图ES1国内水电供应链概述vii图1国内水电供应链概述 17图2国内中游大型水电组件制造商 23图3水电容量超过1吉瓦（图中显示容量以兆瓦为单位）各州 32图4国内抽水蓄能电站（PST） 容量（图中显示容量以兆瓦为单位）。32图5根据2022年标准情景预测 水电和抽水蓄能电站（PST）容量（兆瓦）。 34图6国内单机水电（容量大于100兆瓦）站点，按位置和所有者划分。 37每个站点仅显示容量100兆瓦机组 37图7国内单机抽水蓄能电站（PST）（容量大于100兆瓦）站点按位置和所有 者划分。37图8水电组件。39图 9弗兰西斯叶轮冠。40图10卡 叶轮轮毂40 表格目录 表1BAA和BABA对比5 表2水力发电设施或抽水蓄能水力发电设施适用项目组件分类指南 8 表3传统水力发电项目管线11 表4行业调查结果13 表5水力发电组件材料19 表6国内水力发电原材料能力20 表7国内大型锻造和铸造公司（被水力发电公司使用）概况 22 表8国内中小型涡轮机制造商26 表9在美国设有地点外国涡轮机制造商27 表10在美国设有生产设施变压器主要制造商 29 表11美国电机钢和CTC制造商29 表12美国变压器组件制造商30 表13国内水电发电机和发电机部件制造商30 表14针对选定标准情景水力发电技术在20222050年增长预测 34 表15国内水力发电需求预测假设35 表16联邦舰队设备更换资本成本44 表17国内水电供应链挑战与策略对照表 55 1引言 2022年，美国能源部（DOE）对可再生能源技术，包括水力发电（UraMartnez2022 ）进行了供应链“深入分析”。深入分