Тег: земной шар
Электротехническая сталь – еще одна временная нехватка цепочки поставок или угроза планам электрификации OEM-производителей?
В то время как крупные производители стали инвестируют миллионы в увеличение мощностей по производству электротехнической стали, быстрый рост сегмента гибридных автомобилей и электромобилей потенциально может привести к тому, что спрос на материалы с 2025 года превысит предложение.
Поскольку автомобильная промышленность борется с нехваткой полупроводников, которая на сегодняшний день не позволила произвести 9.3 миллиона единиц, быстрый рост продаж электромобилей поднимает вопросы о наличии в будущем достаточного количества электротехнической стали, необходимой для производства электродвигателей для достижения поставленных целей электрификации. регулирующими органами и OEM-производителями по всему миру.
Несколько крупных производителей стали объявили об инвестициях в новые мощности по производству стали xEV в течение следующих трех-пяти лет, но будет ли этого достаточно для удовлетворения конкретных требований к марке и региональных требований рынка xEV?
Что такое электросталь? Почему это важно для автомобилестроения?
Электротехническая сталь, или кремнистая сталь, представляет собой сплав железа и кремния, который обладает превосходными магнитными свойствами по сравнению с другими типами стальных сплавов, что делает его оптимальным для различных электрических машин, от силовых и распределительных трансформаторов до электродвигателей.
Хотя, по оценкам IHS Markit, на долю электротехнической стали будет приходиться всего 1% от 2 млрд метрических тонн мирового рынка стали в 2020 году, ее поставки рассматриваются как все более важный вклад в планы OEM-производителей по электрификации, а также в различные инициативы по переходу на энергию. Важным автомобильным применением электротехнической стали в автомобилестроении являются электродвигатели. Эти системы преобразуют электрическую энергию в механическую путем возбуждения медных обмоток в статоре, что создает магнитное поле, заставляющее ротор вращаться.
Рынок коммерческой электротехнической стали делится на две основные категории: рынок электротехнической стали с ориентированным зерном (GOES) и рынок неориентированной электротехнической стали (NOES).
Это различие имеет основополагающее значение для понимания того, какой тип электротехнической стали подвергается воздействию автомобильной промышленности и какие стратегии смягчения последствий могут потребоваться. GOES используется в статических машинах, таких как трансформаторы, которые требуют однонаправленного намагничивания, а NOES используется во вращающихся машинах, таких как двигатели и генераторы, которые требуют разнонаправленного намагничивания.
Применение NOES обширно и включает бытовую технику (стиральные машины, посудомоечные машины и т. д.), отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха (HVAC) (включая бытовое охлаждение), автомобильные приложения, малые, средние и большие промышленные двигатели, генераторы электроэнергии, насосы и т. д. Из-за значительно более высокого объема спроса на вращающееся оборудование мировое производство NOES в 2019 году значительно превысило количество GOES, произведенных в том же году.
Автопроизводители имеют прямое воздействие NOES, но они также косвенно подвержены воздействию GOES.
- NOES — это прямое сырье, используемое в производстве электродвигателей как для гибридных, так и для электрических транспортных средств, а также во многих маломощных двигателях, начиная от двигателей с высоким рабочим циклом, таких как те, которые используются в электроусилителях рулевого управления, масляных и топливных насосах, до коротких двигатели с временным режимом работы, такие как те, которые используются для комфорта и удобства, такие как электрическая регулировка сидений или люк в крыше. В среднем на автомобиль устанавливается от 35 до 45 маломощных двигателей, из них около 20 в сегменте B и 80 в сегменте E (с некоторыми крайностями, такими как Mercedes S-класса, у которого более 100 двигателей).
- Критическая разница между различными типами двигателей заключается в используемом классе NOES. Для справки, в двигателях с мягким гибридом используется менее 10 долларов США для высококачественной NOES, в то время как для аккумуляторных электромобилей будет использоваться от 60 до 150 долларов США на двигатель расширения высококачественной NOES, называемой классом xEV, который в некоторых конфигурациях может даже представляют более 300 долларов США NOES на транспортное средство, например, при наличии отдельных тяговых двигателей на передней и задней осях для независимого привода четырех колес, как в Rivian R1T. В этом классе xEV возникают проблемы с ограничением емкости.
Хотя в этой статье основное внимание будет уделено конкретным проблемам, связанным с NOES класса xEV, следует отметить, что GOES имеет решающее значение для поддержки развертывания столь необходимой инфраструктуры зарядки электромобилей. Таким образом, OEM-производители также имеют косвенное воздействие на этот подсегмент электротехнической стали, а это означает, что для автомобильной промышленности крайне важно понимать и управлять своим воздействием на обе категории стальных сплавов. Многие сталелитейные заводы также используют общее производственное оборудование для GOES и NOES. Это еще больше усугубляет риск из-за возрастающих трудностей в понимании стратегий распределения мощностей производителей.
Существует ли неизбежная нехватка xEV NOES для автомобильного сектора? Почему?
Мощностей NOES было достаточно для удовлетворения потребностей различных промышленных секторов в последние годы, однако растущий спрос со стороны автомобильного сектора, в частности, с ускорением OEM-производителей в их стремлении к электрификации, вероятно, приведет к значительному давлению на производителей стали, чтобы обслуживать как автомобильный сектор и другие сектора, которые используют этот стальной сплав с 2023 года.
В то время как в 2022 году, с некоторыми опасениями и при условии отсутствия других сбоев в восходящей и нисходящей цепочке, мы ожидаем, что заказы OEM-производителей будут выполнены. Мы прогнозируем структурный дефицит мощностей для удовлетворения потребностей автомобильного сектора, что потребует значительных капиталовложений в ближайшие годы.
Из более чем 11 миллионов тонн NOES, произведенных в 2020 году, на долю NOES класса xEV пришлось в общей сложности 456,000 XNUMX тонн, но с точки зрения автомобильного сектора это, безусловно, наиболее важный показатель.
Существуют разные причины, по которым может возникнуть нехватка мощностей для NOES класса xEV.
- Количество мест для новых участников ограничено: Только 14 компаний в настоящее время способны производить NOES класса xEV, отвечающие глобальным требованиям OEM. В будущем в этот сектор может прийти больше производителей, однако существуют серьезные препятствия для входа, вызванные капитальными затратами, связанными с оборудованием для холодной прокатки, отжига и нанесения покрытий, производственными ноу-хау, отношениями OEM-поставщики и патентной защитой. OEM-производители теперь могут закупать высококачественную NOES у большего (хотя и ограниченного) числа крупных поставщиков электротехнической стали.
- Концентрированное производство: Около 88% производства сосредоточено в Большом Китае, Японии и Южной Корее, а затем экспортируется в другие регионы, как правило, в виде стальных рулонов. Предложение крайне ограничено в Северной Америке. В мире есть только пять заводов, предлагающих широкий ассортимент продукции, который по существу охватывает весь спектр продуктов, и только один из них расположен за пределами Азии.
- Возможности для смены поставщика материала или стали ограничены: Из-за корреляции между эффективностью двигателя и рабочим диапазоном электромобиля различия в потерях в сердечнике (критическая мера входной электрической энергии, теряемой в виде тепла во время намагничивания) между конкурирующими поставщиками продуктов NOES могут иметь значительное влияние на решения OEM о закупках. особенно для OEM-производителей, которые закупают пластины из электротехнической стали в больших объемах.
В то время как OEM-производители и производители тяговых двигателей уровня 1 могут иметь несколько заводов в своем утвержденном списке поставщиков, в большинстве программ есть только один сталелитейный завод, одобренный PPAP. Характеристики материала также являются предметом судебных разбирательств между поставщиками.
Например, в октябре 2021 года Nippon Steel подала в суд на Toyota и Baoshan Iron and Steel (Baosteel), дочернюю компанию государственной China Baowu Steel Group, которая является крупнейшим производителем стали в мире. Nippon Steel утверждает, что сталь, поставляемая Baowu для сердечников гибридных двигателей Toyota, нарушает ее патенты на состав, толщину, диаметр кристаллического зерна и магнитные свойства. - Нисходящие процессы также сталкиваются с узкими местами: Помимо ограниченного числа производителей стали, способных производить xEV NOES, узкие места могут возникнуть во всей последующей цепочке поставок двигателей. Мало того, что существует всего 20 штамповочных машин для ламинирования с моторным сердечником, которые могут удовлетворить потребности OEM-производителей, но есть также всего пять компаний, которые могут производить эти уникальные штамповочные прессы, и менее 10 независимых инструментальных мастерских, обладающих компетенцией для изготовления уникальных штампов, которые могут поддерживать современные конструкции двигателей.
За последние четыре года сроки выполнения некоторых видов ключевого производственного оборудования удвоились. Кроме того, многие из этих компаний не только являются небольшими семейными предприятиями, которые имеют ограничения капитала, ограничивающие их возможности масштабирования, но и значительная часть из них традиционно не принимала значительного участия в автомобильной промышленности.
Сколько NOES класса xEV нужно OEM-производителям в среднесрочной перспективе? Насколько велик дефицит?
Ожидается, что глобальный валовой спрос на NOES класса xEV, необходимый для производства тяговых двигателей в гибридных и электрических легковых автомобилях, вырастет с 320,000 2020 тонн в 2.5 году до чуть более 2027 миллионов тонн к 4.0 году и более 2033 миллионов тонн к XNUMX году.
Основываясь на данных о мощностях от Metals Technology Consulting, возникает серьезная обеспокоенность по поводу нехватки мощностей в 2023 году. Крайне маловероятно, что заводы смогут поддерживать рыночный спрос с 2025 года без значительных дополнительных инвестиций. Однако добавление мощностей в 2025 году требует от заводов немедленного принятия решений. Ситуация выглядит еще более ужасной, если учесть, что большинство заводов NOES класса xEV могут поддерживать загрузку мощности только на 90% в течение длительных периодов времени.
Из-за экспоненциального роста числа электрифицированных транспортных средств в ближайшие годы сохраняется риск того, что предложение электротехнической стали не удовлетворит спрос в период с 2023 по 2025 год. Несмотря на прогнозируемое увеличение мощностей, в 61,000 году, вероятно, возникнет структурный дефицит в размере 2026 357,000 тонн. инвестиций, этот дефицит может резко возрасти до 2027 927,000 тонн в 2030 году, а к XNUMX году он достигнет XNUMX XNUMX тонн.
Какие OEM-производители более уязвимы?
Ожидается, что нехватка особенно повлияет на OEM-производителей, которые нацелены на большую долю гибридных и электрических моделей в рамках своих будущих продаж продукции. Несмотря на то, что производители аккумуляторных электромобилей (BEV), особенно OEM-производители, такие как Tesla, более уязвимы, существует также опасность для OEM-производителей, желающих хеджировать свои ставки на электрификацию с более высокой долей гибридизации в своем ассортименте, например, Toyota. Кроме того, такие производители, как Jaguar, Mini, Volvo, Mercedes-Benz и Alfa Romeo, которые намерены продавать только подключаемые модули или электромобили с 2025-30 годов, наряду с более крупными OEM-производителями, такими как Renault-Nissan-Mitsubishi и Volkswagen.
OEM-производители с большой долей автомобилей, производимых в Европе, также сталкиваются с серьезными трудностями, поскольку дисбаланс между спросом и предложением, по-видимому, наиболее заметен в этом регионе, особенно с учетом проблем конкурентоспособности по стоимости, возникающих из-за тарифов на импортные материалы.
В каком регионе самый большой разрыв?
Специфические для региона последствия для OEM-производителей, вероятно, будут напрямую зависеть от производственных возможностей отечественных поставщиков стали и действующих в регионе импортных тарифов. В регионах, которые, по прогнозам, будут нуждаться в значительно больших объемах по сравнению с внутренними поставками, импортные тарифы могут сильно повлиять на операционные расходы OEM-производителей, которые закупают сердцевины двигателей в больших объемах. Например, в Соединенных Штатах Раздел 232 применяет высокие пошлины, приближающиеся к 200%, к NOES, импортируемым из семи стран, не входящих в ЕС, и тарифы на основе квот на NOES, импортируемые из ЕС.
Европа является регионом с самым высоким дисбалансом предложения, но на сегодняшний день в Северной Америке по-прежнему существует большое «мертвое пятно» для производства электротехнической стали NOES. Cleveland Cliffs (ранее AK Steel) — единственный местный производитель NOES. Производство NOES и GOES Cleveland Cliffs использует общее производственное оборудование. Cleveland Cliffs уделяет больше внимания производству стали с ориентированным зерном, чтобы удовлетворить растущий региональный спрос на электрические трансформаторы, тем самым сокращая доступную мощность NOES класса xEV.
Завод Big River Steel, принадлежащий US Steel, в Оцеоле, штат Арканзас, США, начнет производство NOES в третьем квартале 2023 года. Это обеспечит 180,000 45,000 метрических тонн мощности NOES в год, XNUMX XNUMX из которых, вероятно, будут выделены для класса xEV. НЕТ.
Учитывая агрессивные цели по электрификации автомобилей, установленные администрацией Байдена в законопроекте об инфраструктуре, время, необходимое Big River Steel для запуска производства xEV NOES, и дополнительное время, необходимое для выхода производства на полную мощность, OEM-производители в регионе, вероятно, продолжат сталкиваются с ограниченными возможностями местных поставок, что в краткосрочной перспективе увеличивает стоимость автомобилей и наносит ущерб их международной конкурентоспособности.
Инвестируют ли производители стали, чтобы заполнить этот пробел? Смогут ли новые игроки решить ситуацию?
Поставщики стали объявили о многомиллионных инвестициях в увеличение производства высококачественных NOES и xEV-класса. Однако даже при их учете инвестиционный разрыв все равно будет. Для справки: дефицит в 650,000 2028 метрических тонн к 6 году может потребовать от 12 до XNUMX новых заводов (в зависимости от размера и местоположения) для удовлетворения возросшего спроса со стороны автомобильного сектора.
Добавление нового завода обычно занимает около трех лет для существующего игрока, примерно один год для проектирования и два года для строительства. Новому игроку может потребоваться от двух до восьми лет, чтобы произвести полноценную NOES или NOES xEV-класса, а также спроектировать и построить объект в дополнение к первоначальным трем годам.
Что еще могут сделать производители стали, чтобы решить проблему нехватки автомобильных мощностей?
Автомобильный сектор является стратегической областью роста для производителей стали, особенно специальных стальных сплавов, и, как правило, является основным источником доходов. Это не могло бы нарисовать более иную картину, чем та, которая очевидна в нехватке полупроводниковых микросхем. В этой потенциальной нехватке электротехнической стали автомобильный сектор играет большую роль, чем когда-либо в нехватке стружки. Автомобильный сектор может извлечь выгоду из встроенной гибкости, которой обладают сталелитейные заводы. Большинство заводов, производящих электротехническую сталь, имеют конструкцию стана холодной прокатки. Это позволяет совместно использовать критически важные элементы оборудования для NOES низкого уровня, NOES высокого класса и NOES уровня xEV. В некоторых случаях заводы также совместно используют оборудование NOES и GOES класса xEV.
Заводы были специально построены таким образом, чтобы обеспечить рентабельное производство смешанной продукции и снизить риск изменения ассортимента продукции. Это приводит к структуре, в которой заводы могут распределять мощности на основе рыночного спроса по продукту, прибыльности продукта и договорных обязательств с клиентами. Однако изменения, направленные на корректировку ассортимента продукции, могут привести к снижению производительности на целых 20%. Марки xEV-NOES, в которых нуждается автомобильный сектор, связаны с более высокой прибылью.
Таким образом, производители стали, вероятно, будут отдавать предпочтение спросу автомобильного сектора при распределении существующих «подменных мощностей». Это означает, что они будут отдавать приоритет NOES уровня xEV, а не NOES низкого уровня. Тем не менее, существует потенциальный риск того, что бланкет может быть слишком коротким, а это означает, что сокращение высокосортных NOES в пользу NOES xEV может привести к последующей нехватке высококачественных NOES. Это, вероятно, повлияет на стоимость множества маломощных двигателей, используемых для вспомогательных систем в автомобиле, а также в других промышленных секторах.
Помимо преобразования некоторых мощностей с других марок на мощности марки xEV, производители стали также могут увеличить производство, отдав приоритет производству листов чуть большей толщины. Как ни странно, использование более тонких стальных листов не способствует увеличению производственных мощностей. Методы, разработанные для улучшения магнитных характеристик при одинаковой толщине, потребляют мощность прокатки, что является ключевым ограничением в производстве. Для справки: 1 метрическая тонна двойного холодного обжатия 0.25 мм марки xEV NOES соответствует той же емкости, что и 2.5 метрических тонны 0.35 мм xEV марки NOES. Однако существует серьезное ограничение на использование более толстых листов, поскольку требуется болезненная модернизация сердечников двигателя, чтобы учесть снижение эффективности двигателя и, как следствие, влияние на запас хода автомобиля.
Разве OEM-производители или поставщики автомобилей не могут производить двигатели без NOES?
Короче говоря, двигатели с осевым потоком представляют собой конструкцию, в которой используется GOES, а не NOES, но в настоящее время она применяется только в нишевых сегментах, особенно в высокопроизводительных электромобилях, например, Ferrari LaFerrari была первым автомобилем с двигателем с осевым потоком. Mercedes AMG также будет использовать эту технологию с 2025 года.
Как выглядит стратегия смягчения последствий для OEM-производителей?
В принципе, риск нехватки NOES для автомобильной промышленности может быть решен только за счет общего увеличения производства NOES марки xEV производителями стали. Тем не менее, OEM-производители, часто в сотрудничестве с основными поставщиками тяговых двигателей уровня 1, могут использовать несколько стратегий смягчения последствий, включая использование альтернативных конфигураций двигателей и материалов и большую вертикальную интеграцию в цепочке поставок двигателей.
- Альтернативные конфигурации двигателя: Риск нехватки неориентированной электротехнической стали может потенциально дать толчок инновациям в тяговых двигателях. Например, OEM-производители и поставщики уровня 1 могут попытаться изменить плоскую геометрию роторов и статоров, чтобы уменьшить запланированный брак материала в производственном процессе, который обычно составляет от 30% до 45%, но в некоторых конструкциях может быть выше. как 75%.
- Большая вертикальная интеграция: OEM-производители могут стремиться к вертикальной интеграции своих цепочек поставок двигателей и напрямую сотрудничать с производителями стали, чтобы лучше контролировать их входы. OEM-производители стремятся уменьшить свою зависимость от поставщиков первого уровня для электродвигателей по разным причинам, включая возможность теперь извлечь выгоду из экономии за счет увеличения объемов на платформу, сохранить критические инженерные навыки внутри компании и преобразовать часть своей рабочей силы в эту новую цепочку создания стоимости, в то время как производство двигателей внутреннего сгорания (ДВС) постепенно сворачивается.
Например, General Motors (GM) недавно объявила об альянсе с GE для создания региональной цепочки поставок таких материалов, как электротехническая сталь. Сотрудничая с производителями стали, автопроизводители смогут постоянно расширять рабочий диапазон своих автомобилей с помощью оптимизированных марок NOES для своих нужд. - Продуманное проектирование материалов и разработка спецификаций печати: OEM-производителям, которые решили не сотрудничать со сталелитейными заводами, возможно, придется переосмыслить то, как разрабатываются спецификации материалов. Сегодня основное внимание уделяется оптимизации характеристик двигателя, а не снижению рисков в цепочке поставок. Это приводит к ситуациям, когда OEM-производители могут закупать сталь только у одного завода в мире, потому что это единственный поставщик, который может это сделать.
Может ли этот потенциальный дефицит мощностей повлиять на электрификацию OEM-производителей?
Эта потенциальная нехватка может серьезно повлиять на планы OEM-производителей по электрификации, если она не будет решена путем добавления дополнительных мощностей и инвестиций в новые мощности. В то время как такие меры, как распределение «поворотных мощностей» (производственных мощностей, которые могут работать с более широким ассортиментом продукции без серьезного вмешательства в конфигурацию производственной линии или процесса), изменение конструкции сердечника двигателя для сокращения использования материалов, использование различных материалов и интеграция цепочек поставок могут уменьшить NOES. цепочки поставок для OEM-производителей в краткосрочной перспективе, увеличение дополнительных производственных мощностей является единственной мерой для устранения структурного дисбаланса между мощностями и значительным увеличением спроса на электротехническую сталь.
ДЛЯ ДОСТУПА К ПОЛНОМУ ОТЧЕТУ ПОДПИСАТЬСЯ НА НОВОСТИ И АНАЛИЗ AUTOTECHINSIGHT
ПОДПИСЧИКИ AUTOTECHINSIGHT МОГУТ ПОСМОТРЕТЬ ПОЛНЫЙ ОТЧЕТ ЗДЕСЬ
Пратик Бисвас, старший аналитик по цепочкам поставок и технологиям, IHS Markit
Последняя разведка
