Всплеск энергии: Как производители аккумуляторов могут отреагировать на резкий рост спроса на электромобили

По мере того, как мир переходит на электромобили, спрос на батареи резко возрос на основных автомобильных рынках Европы и США. Производители автомобилей и аккумуляторов сталкиваются с трудным периодом неопределенности в цепочке поставок аккумуляторов, и многие из них прибегают к строительству собственных гигафабрик по производству аккумуляторов или созданию совместных предприятий для решения проблемы дефицита предложений.

Ожидается, что к 2030 году спрос вырастет примерно на 30% и достигнет 4 500 гигаватт-часов (ГВт/ч) в год по всему миру, а цепочка создания стоимости батарей увеличится в десять раз в период с 2020 по 2030 год и достигнет годового дохода в размере 410 млрд долларов США.1 В 2030 году 40% спроса на литий-ионные батареи будет приходиться на Китай (Рисунок 1). Прогноз указывает на равномерное распределение между двумя наиболее распространенными химическими соединениями: литий-железо-фосфат (LFP) и литий-никель-марганец-кобальт-оксид (NMC). Приблизительно 90% спроса будет приходиться на мобильные приложения - прежде всего, электромобили (EV). В целом, рост катализировал беспрецедентный уровень инвестиций, который производители батарей должны правильно реализовать, чтобы оставаться конкурентоспособными, в то время как другие отрасли стремятся получить те же самые ограниченные ресурсы.

Такая скорость масштабирования новой технологии приводит к заметным проблемам: нехватке рабочей силы и материалов, задержкам в строительстве гигафабрик для масштабного производства батарей, конкуренции за ресурсы в цепочке поставок и др. Фактически, цепочка поставок батарей рискует столкнуться с ситуацией, аналогичной нынешнему дефициту полупроводниковых чипов, когда рост спроса опережает капиталовложения в новые поставки. Более того, экологические, социальные и управленческие (ESG) факторы будут играть более значительную роль, что порождает еще один ряд проблем, которые необходимо решать компаниям.

Ситуация сложная и новая. Тем не менее, она открывает значительные возможности для роста по всей цепочке создания стоимости для тех, кто решит решить эти проблемы и ускорить свое продвижение на рынок батарей для EV. Эти игроки относятся к трем основным типам: действующие производители батарей, расширяющие свою деятельность, автопроизводители, выходящие на рынок для поддержки своих EV-амбиций, и небольшие новые участники, использующие революционные технологии.

Данная статья посвящена трем ключевым мерам по предотвращению или реагированию на нехватку батарей для EV: индустриализация и расширение масштабов гигафабрик, стратегии поиска и удержания талантливых специалистов, а также создание прочной и эффективной цепи поставок.

Большинство OEM-производителей и производителей батарей построили или планируют построить гигафабрики для масштабного производства литий-ионных батарей, самостоятельно или через совместные предприятия, однако создание гигафабрик сопряжено с трудностями. Даже самые опытные производители батарей обычно сталкиваются с задержками начала производства на девять месяцев и более. Это существенно влияет на экономику проекта. Например, каждый день простоя в производстве для завода мощностью 50 ГВт/ч сразу же сказывается на затратах в размере около 4 миллионов долларов. Потеря производства в течение одного месяца может снизить прибыль примерно на 120 миллионов долларов США, что снижает годовую маржу первого года на 2,5 процентных пункта, то есть на 220 долларов США.

После ввода мощностей в эксплуатацию выход продукции в первый год часто составляет лишь около 60% от паспортной мощности, а потери равномерно распределяются между более высокими, чем ожидалось, потерями выхода продукции и простоем оборудования. Проблемы с качеством при производстве батарей также представляют собой проблему с точки зрения репутации и финансов; например, отзыв батарей для 100 000 автомобилей может превратить 5-процентную прибыль в чистый убыток более чем на 150% из-за упущенных продаж и расходов на возмещение ущерба.

Передовой опыт решения этих проблем сосредоточен на трех важнейших составляющих: проектирование завода, оптимизация графика строительства, а также структуры управления и контроля эффективности.

Чтобы обеспечить гибкость, компании могут рассмотреть проекты заводов с максимально возможной модульной структурой, включая сборные сложные компоненты завода. Компании также могут скорректировать стандартный проект завода в соответствии с местными стандартами проектирования аккумуляторных заводов и оптимизировать пространство (например, объем чистых помещений) и стоимость.

Планировка завода, основанная на простом технологическом процессе, в сочетании с серьезным сокращением объемов транспортировки материалов, может еще больше снизить эксплуатационные расходы и время производства. Пересмотр различных производственных процессов не как отдельных участков, а как частей, которые легко сочетаются друг с другом, также может способствовать повышению эффективности проектирования. Наличие достаточного пространства для дополнительных мощностей позволит избежать масштабной перепланировки завода в дальнейшем.

После завершения проектирования необходимо разработать надежный, полностью оптимизированный график строительства, чтобы завод был построен без задержек и дополнительных расходов. Основная роль строительной группы или группы реализации проекта заключается в том, чтобы не препятствовать критическим путям производства оборудования; по сравнению с обычными производственными условиями, оборудование для производства батарей гораздо сложнее в доставке и запуске. Спрос на рабочую силу можно прогнозировать по стадиям проекта в сравнении с местным предложением, чтобы предсказать дефицит и соответствующим образом скорректировать график, тем самым ограничивая степень и последствия сокращения предложения рабочей силы. Современное программное обеспечение для составления графиков, управляемое искусственным интеллектом, может помочь определить оптимальные пути, например, возможности балансировки нагрузки различных профессий на строительной площадке, и может планировать обновления, как только появляется новая информация.

Координация между инженерами-проектировщиками завода и рабочими, занятыми на строительстве базы, - использование интегрированного цифрового двойника завода для поддержки идей и действий - это ключ к эффективному планированию строительства. Длина критического пути может быть сокращена за счет параллельного выполнения как можно большего числа этапов строительства, а цифровые инструменты и инструменты бережливого строительства могут быть использованы для повышения производительности неопытных рабочих.

Для успешного строительства и соблюдения запланированных сроков начала производства необходимы детальные процедуры управления и управление эффективностью. Компании могут создать необходимые системы управления потенциалом и эффективностью, такие как KPI по уровню брака, в головном офисе и на местном уровне. Они также могут рассмотреть возможность сотрудничества с инженерными или проектными фирмами для создания центров компетенции, чтобы обеспечить эффективное использование трудовых ресурсов с любыми доступными системами проектирования, закупок и управления строительством (EPCM). После этого можно создать модель координации между местным предприятием, головным офисом и центром компетенции для обеспечения замкнутого цикла связи и синхронизации между заинтересованными сторонами.

Всех сотрудников необходимо обучить как можно раньше, привлекая экспертов компании и отрасли. Присутствие руководства позволяет избежать "узких мест" в принятии решений. Такие принципы, как ответственность и гибкость в принятии решений, могут стать основой для обучения и культуры компании.

Для успешного проекта гигафабрики необходима высококвалифицированная и производительная рабочая сила, как во время строительства, так и во время последующей эксплуатации завода. Одна из наиболее важных практик здесь - сделать местный рынок труда ключевым фактором при выборе площадки, чтобы обеспечить достаточное предложение необходимых навыков по отношению к активности промышленности в регионе. Факторы принятия решения могут включать доступную рабочую силу для строительства и эксплуатации, привлекательность региона в пределах разумного радиуса досягаемости, а также региональные трудовые резервы, которые могут быть задействованы, например, для профессий с ограниченным местным потенциалом. Другой передовой практикой является инвестирование в местную инфраструктуру для содействия созданию локализованной базы поставок компонентов ячеек.

Компании могут рассмотреть возможность организации обучения местных руководителей на существующих предприятиях для передачи передового опыта и преодоления культурных различий. Им также может потребоваться обратиться к местному рынку труда, чтобы удовлетворить спрос на техников и технических специалистов по батареям.

Чтобы избежать задержек и перерасхода средств, компаниям необходимо продумать вопрос поиска поставщиков, в частности, оборудования для производства батарей и сырья, на этапе строительства и производства. Ожидается, что все аспекты цепочки создания стоимости батарей будут быстро расти до 2030 года, причем производство элементов и добыча материалов будут самыми крупными рынками (Рисунок 2). Такой рост, вероятно, создаст постоянные проблемы в цепочке поставок.

Для оборудования, специфичного для батарей, время от заказа до ввода в эксплуатацию составляет полтора года, что является обычным явлением в связи с быстрым ростом строительства гигафабрик. Более того, некоторые OEM-производители уже сейчас начинают закупать критически важное оборудование для строительства, запланированного на 2025 год.

Чтобы обеспечить поставку оборудования для производства батарей, компании могут выбрать один из четырех подходов. Идеальным вариантом является обеспечение поставок от поставщиков оборудования, имеющих опыт производства батарей; следующим лучшим вариантом будет поиск поставщиков с аналогичным опытом. Несколько OEM-производителей могут также использовать свой собственный опыт производства оборудования из других отраслей, чтобы революционизировать производство оборудования для производства батарей или - в наиболее разрушительном сценарии - перепроектировать процесс производства элементов с помощью технологических инноваций.

Разработка надежной стратегии закупки сырья может помочь компаниям контролировать расходы и обеспечить запуск завода. Сырье поступает либо из вновь добытых и очищенных металлов, либо из переработанных отслуживших свой срок батарей или производственного лома.

Вновь добытые материалы представляют собой сложную задачу. Ожидается, что они будут составлять подавляющую часть общего объема поставок до 2030 года, поэтому производители батарей сильно зависят от цен на сырьевые материалы. А недавние сбои в цепи поставок значительно повысили цены на ключевые материалы более чем на 20%, что привело к росту стоимости литий-ионных батарей в 2021 году - впервые за много лет.

В более долгосрочной перспективе геополитические и трудовые ограничения, вероятно, будут сдерживать поставки материалов. Например, хотя литий широко распространен, около 70% текущего мирового производства приходится на Австралию и Чили, поэтому эти страны оказывают огромное влияние на поставки. Аналогичным образом, большая часть мирового производства кобальта приходится на Демократическую Республику Конго, где его добыча является источником разногласий.

Дальнейшее повышение цен на сырье, вероятно, будет обусловлено значительным ростом спроса. Например, ожидается, что в период с 2020 по 2030 год спрос на литий в аккумуляторной промышленности будет расти на 25% в год, а спрос на никель может увеличиться в несколько раз, поскольку спрос на аккумуляторы будет смещаться в сторону продукции с высоким содержанием никеля.

На данный момент никель подвергается наибольшему риску дефицита, вызванному конкуренцией со стороны других отраслей промышленности и длительными сроками разработки новых источников. Приблизительно 65% спроса на никель класса 1 (содержащий минимум 99,8% никеля) приходится на другие отрасли промышленности, в частности на нержавеющую сталь. Ожидается, что в 2030 году на эти отрасли будет приходиться большая доля мирового спроса на никель класса 1.

Укрепление поставок сырья. В краткосрочной перспективе производители батарей могут рассмотреть возможность подписания многолетних контрактов на поставку сырья с горнодобывающими компаниями, чтобы ограничить влияние колебаний цен. В более долгосрочной перспективе, по мере того как все большее количество батарей будет заканчивать свой срок службы, переработка батарей может обеспечить сырье как из собственных батарей производителей, так и из других источников. Производители могут включить соглашение о переработке в первоначальную продажу батарей, что еще больше расширит потенциальный объем поставок. Крупные производители могут также рассмотреть возможность прямых инвестиций в добычу и переработку сырья для обеспечения поставок и получения доступа к быстро растущей стоимости материалов.

Локализация цепочки поставок. В то время как во всем мире ожидаются значительные инвестиции в цепочку создания стоимости батарей, наблюдается растущая тенденция к локализации производства батарей рядом с предприятиями по производству электромобилей. Тем не менее, цепочка поставок для производства батарей еще не объединилась вокруг этой тенденции.

Например, более 70% ключевых поставщиков оборудования, как для нанесения покрытий, так и для общего оборудования для сборки элементов, находятся в Азии, а остальные равномерно распределены между Северной Америкой и Европой. Следовательно, компаниям в Северной Америке и Европе, возможно, потребуется рассмотреть возможность развития прочных международных связей с поставщиками.

Аналогичным образом, переработка сырья для аккумуляторов происходит в основном в Азии, где потенциально меньше перспектив для локализации, чем при производстве аккумуляторов и оборудования. Поскольку нерафинированное сырье обычно содержит меньшую долю целевого материала, перерабатывающие предприятия предпочтительно располагаются вблизи источников сырья, а не конечных рынков сбыта. Еще одним осложнением является то, что аффинаж металлов - энергоемкий процесс, поэтому конкурентоспособность по стоимости энергии является еще одним критическим фактором при выборе места расположения НПЗ (нефтеперерабатывающих заводов).

Покупка батарей у других поставщиков. Описанные выше проблемы, а также большие капитальные затраты на гигафабрики заставляют некоторых игроков рынка EV покупать батареи у крупных поставщиков, а не инвестировать в собственные гигафабрики. Такое решение часто является тактически оправданным для небольших игроков, которые планируют лишь ограниченный выход на рынок EV, а также для компаний, желающих сохранить стратегическую гибкость. Например, у начинающих компаний может не хватить активов, необходимых для строительства гигафабрики, или времени, чтобы дождаться завершения строительства.

Крупные компании, выходящие на более зарождающиеся подсектора рынка EV, такие как электрические грузовики или автобусы, могут рассмотреть возможность покупки батарей из-за низкого спроса, ожидаемого в обозримом будущем на эти специализированные приложения. А компании, предпочитающие быть быстрыми последователями, могут выбрать покупку батарей на начальном этапе, чтобы узнать, какие технологии станут доминирующими, и выяснить свои предполагаемые потребности в батареях, прежде чем делать крупные капиталовложения.

По мере развития и становления отрасли переработка и повторное использование аккумуляторов станет жизненно важным как для цепочки поставок, так и для ответственности ESG. Для решения этой задачи возникли три потенциальных пути утилизации батарей, каждый из которых предусматривает различные этапы переработки. Вероятно, наиболее концептуально простым является ремонт аккумуляторных батарей для использования в электромобилях, что продлевает срок их службы. Второй вариант - повторное использование батарей в других сферах применения (например, для хранения электроэнергии в сетях) - может обеспечить значительные преимущества как для коммунальных служб, так и для потребителей электроэнергии. Наконец, использование переработанных материалов батарей в качестве сырья для производства новых батарей позволит снизить давление на спрос на основные сырьевые товары и уменьшить ресурсный след батарей.

Переход на электромобили приводит к быстрому ускорению производства батарей, что открывает значительные возможности для роста во всей цепочке создания стоимости. Однако использование этих возможностей потребует больших инвестиций и создаст риск для основного бизнеса производителей. Игроки аккумуляторной и автомобильной промышленности, которые будут действовать в трех ключевых областях, смогут воспользоваться моментом и увеличить свои доходы и прибыльность, одновременно удовлетворяя спрос владельцев автомобилей на электромобили.

В статье использованы материалы исследований отчётов McKinsey Global Institute