Fortschritte bei Mittelspannungsschaltanlagen: Verbesserung von Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz
von Saifa Khalid, Forschungsanalystin – bei PTR Inc.
Im Stromnetz spielen Mittelspannungsschaltanlagen eine entscheidende Rolle, da sie Netzanlagen und Stromkreise, die mit Mittelspannung betrieben werden, steuern, schützen und trennen. Sie tragen dazu bei, Ausfallzeiten zu reduzieren und schützen nicht nur die Infrastruktur des Stromnetzes, sondern auch das in den Stromverteilungsanlagen eingesetzte Personal. Laut der Einschätzung von PTR verzeichnet der Markt für Mittelspannungsschaltanlagen ein bemerkenswertes Wachstum in verschiedenen Sektoren, darunter Versorgungsunternehmen, Industrie, Gewerbegebäude und Anlagen für erneuerbare Energien, wobei die Akteure den Fokus auf Sicherheit, Zuverlässigkeit, Effizienz, ökologische Nachhaltigkeit und Digitalisierung legen.
Abbildung 1: Globale Treiber des Marktes für Mittelspannungsschaltanlagen. Quelle: PTR Inc.
Der Markt für Mittelspannungsschaltanlagen wird von 2022 bis 2028 voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 11 % wachsen und im Jahr 2028 schließlich ein Volumen von 33 Milliarden US-Dollar erreichen. Obwohl für den Markt für Mittelspannungsschaltanlagen ein deutliches Wachstum erwartet wird, bestehen nach wie vor Engpässe, insbesondere für die Hersteller, die beseitigt werden müssen, damit das Wachstum des Marktes anhalten kann. Zu diesen Hindernissen zählen Kostendruck und regulatorische Anforderungen, die laut PTR durch Innovation und technologische Fortschritte überwunden werden können.
Derzeit wird der weltweite Markt für Mittelspannungsschaltanlagen von der Dekarbonisierung und Plänen zum Ausbau der Stromnetze angetrieben. Die Politik der Dekarbonisierung hat die Volkswirtschaften dazu veranlasst, erneuerbare Energien und Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge einzusetzen (um den Absatz von Elektrofahrzeugen zu fördern).
Abbildung 2: Durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) des globalen Marktes für Mittelspannungsschaltanlagen im Zeitraum 2022–2028. Quelle: PTR Inc.
Fortschritte in der Mittelspannungsschaltanlagenbranche
Bei Mittelspannungsschaltanlagen sind erhebliche technologische Fortschritte zu verzeichnen, die zur Integration verbesserter Sicherheitsmerkmale und zur Steigerung der Zuverlässigkeit sowie zur Umsetzung von Maßnahmen zur ökologischen Nachhaltigkeit und zur Digitalisierung geführt haben.
Verbesserte Sicherheitsmerkmale und höhere Zuverlässigkeit
Das Unternehmen hat festgestellt, dass sich die Hersteller von Mittelspannungsschaltanlagen auf Sicherheitsmerkmale und die Verbesserung der Zuverlässigkeit der Anlagen konzentrieren. So verfügt beispielsweise die „Premset“-Schaltanlage von Schneider Electric über lichtbogenbeständige Konstruktionen, darunter verstärkte Gehäuse und Druckentlastungsmechanismen, die die Lichtbogenenergie von den Technikern wegleiten und so das Verletzungsrisiko verringern. Darüber hinaus bietet die „SafeGear HD“-Schaltanlage von ABB robuste Verriegelungsmechanismen und Zugangskontrollen, die vor unbeabsichtigten oder unbefugten Schaltvorgängen schützen.
Die Zuverlässigkeit im Betrieb von Mittelspannungsschaltanlagen ist für Energieversorger, Industrieunternehmen, gewerbliche Gebäude und Anlagen für erneuerbare Energien, die überwiegend Mittelspannungsschaltanlagen einsetzen, von entscheidender Bedeutung, da sie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleistet. Um Herausforderungen im Zusammenhang mit der Zuverlässigkeit zu bewältigen, haben Hersteller von Schaltanlagen fortschrittliche Fehlererkennungsverfahren eingeführt, beispielsweise sensorbasierte Überwachung und intelligente Algorithmen, die den Weg für eine frühzeitige Fehlererkennung ebnen (die andernfalls nicht möglich wäre). Dies führt wiederum zu einer Verringerung der Ausfallzeiten und ermöglicht durch Selbstheilungsfunktionen eine schnelle Wiederherstellung der Stromversorgung.
Um die Zuverlässigkeit der Schaltanlage zu verbessern und unerwartete Ausfälle zu vermeiden, hat ABB die Schaltanlage UniGear Digital eingeführt, die über fortschrittliche Überwachungs- und Diagnosesysteme verfügt. Diese ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung der kritischen Parameter der Schaltanlage und damit eine proaktive Fehlererkennung und Wartung.
Ökologische Nachhaltigkeit
In den meisten Mittelspannungsschaltanlagen wird Schwefelhexafluorid (SF₆) als Lichtbogenlöschmittel verwendet, doch dieses Gas stellt eine Gefahr für die Umwelt dar, da es ein sehr hohes Treibhauspotenzial aufweist. Es ist zu beobachten, dass die Industrie als Reaktion auf die durchSF6 verursachte Bedrohung aktiv nach Alternativenzu SF6 sucht, beispielsweise Vakuumunterbrecher, Gasgemische und Halbleitertechnologien. Diese Alternativen bieten eine vergleichbare oder teilweise sogar überlegene elektrische Leistung bei gleichzeitiger Verringerung der Umweltbelastung. Es gibt jedoch noch Hindernisse, die beseitigt werden müssen, wenn ein flächendeckender Einsatz vonSF6-freien Schaltanlagen im Mittelspannungsbereich erreicht werden soll (hauptsächlich die Kosten, die höher sind als bei herkömmlichen Schaltanlagen).
ABB, ein führendes Technologieunternehmen, hat ein als „AirPlus“ bekanntes Gasgemisch entwickelt, das ein geringeres Treibhauspotenzial aufweist alsSF₆. Siemens hingegen hat die Vakuum-Unterbrecher-Technologie als Alternative zuSF₆ in seinen Mittelspannungsschaltanlagen eingeführt. Der Einsatz vonSF₆-Alternativen trägt nicht nur zur Bewältigung von Umweltproblemen bei, sondern fördert auch die Umsetzung nachhaltiger Praktiken im Energiesektor.
Darüber hinaus kommen in den Xiria-Schaltanlagen von Eaton feste Isoliermaterialien zum Einsatz, was die Lebensdauer der Anlagen verlängert, den Wartungsaufwand verringert und die allgemeine Zuverlässigkeit erhöht.
Laut PTR wird die Nachfrage nachSF6-basierten GIS (gasisolierten Schaltanlagen) weltweit zunehmend durch SIS (festisolierte Schaltanlagen) undSF6-freie Alternativen ersetzt. Die SIS-Technologie ist in Nord- und Südamerika sowie im asiatisch-pazifischen Raum weiter verbreitet, während in EuropaSF6-freie Alternativen bevorzugt werden.
Digitalisierung
Führende Hersteller von Mittelspannungsschaltanlagen integrieren digitale Technologien in ihre Anlagen, um die Steuerung und Überwachung zu verbessern und diese mit Kommunikationsfunktionen auszustatten. Wie bereits erwähnt, verfügt die UniGear Digital-Schaltanlage von ABB über integrierte digitale Sensoren und Kommunikationsfunktionen für die Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung.
Andererseits hat die Integration des Internets der Dinge (IoT) in Mittelspannungsschaltanlagen eine Überwachung und Steuerung in Echtzeit ermöglicht, was wiederum den Weg für einen effizienten Betrieb und eine effiziente Wartung ebnet. Die EcoStruxure Power-Lösung von Schneider Electric bietet IoT-fähige Schaltanlagen, die eine Datenerfassung in Echtzeit, Ferndiagnosen und vorausschauende Analysen ermöglichen. Darüber hinaus bietet das Power Xpert Dashboard von Eaton, eine cloudbasierte Plattform, Fernzugriff auf wichtige Schaltanlagendaten und Analysen, was wiederum ein effizientes Energiemanagement und fundierte Entscheidungsfindung ermöglicht.
Laut PTR befindet sich der Markt für digitale Schaltanlagen derzeit noch in einem sehr frühen Stadium und verzeichnet eine geringe Nachfrage; es wird jedoch erwartet, dass der Markt im Zeitraum 2021–2030 mit einer deutlichen durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 25 % wachsen wird, wobei der größte Teil der Nachfrage vom europäischen Markt ausgehen wird.
Abbildung 3: Durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) des globalen Marktes für digitale Mittelspannungsschaltanlagen im Zeitraum 2021–2030. Quelle: PTR Inc.
Ausblick
PTR hat festgestellt, dass sich die Mittelspannungsschaltanlagentechnologie im Laufe der Jahre erheblich verbessert hat. Durch die Integration zusätzlicher Sicherheitsmerkmale, Verbesserungen der Zuverlässigkeit, Maßnahmen zur ökologischen Nachhaltigkeit und Digitalisierung hat sich die Mittelspannungsschaltanlagenbranche den modernen Anforderungen angepasst. Schaltanlagen sind nun mit Techniken zur Lichtbogenunterdrückung, Personenschutzmechanismen und Verriegelungssystemen für mehr Sicherheit ausgestattet, während Verbesserungen der Zuverlässigkeit durch Fehlererkennungssysteme, Selbstheilungsfunktionen und Algorithmen zur vorausschauenden Wartung erreicht werden. Neben der Erhöhung der Sicherheit und der Verbesserung der Zuverlässigkeit konzentriert sich die Mittelspannungsschaltanlagenbranche auch auf die Verringerung der Umweltbelastung durchSF6-alternative Gasgemische, die ein geringeres Treibhauspotenzial aufweisen. Darüber hinaus hat die Integration digitaler Technologien in die Schaltanlagen zu besseren Steuerungs-, Überwachungs- und Kommunikationsmöglichkeiten bei Mittelspannungsschaltanlagen geführt.
Der Markt für Mittelspannungsschaltanlagen wird voraussichtlich ab 2022 bis 2028 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 11 % wachsen und im Jahr 2028 ein Volumen von 33 Milliarden US-Dollar erreichen; dennoch gibt es noch Hindernisse, die beseitigt werden müssen. Laut PTR zählen Kostendruck und regulatorische Anforderungen zu den Engpässen, denen die OEMs voraussichtlich durch Innovation und technologische Fortschritte begegnen werden.
Über den Autor
Saifa ist Senior Analystin bei PTR Inc. Ihr Hauptinteresse gilt dem Bereich Energiesysteme. Derzeit leitet sie das Forschungsteam für Stromnetze bei der Entwicklung der syndizierten Stromnetz-Dienstleistungen von PTR und betreut maßgeschneiderte Forschungsprojekte für Fortune-500-Kunden weltweit. Zu den Themen in ihrem Aufgabenbereich gehören Hochspannungsschaltanlagen, Mittelspannungsschaltanlagen, Leistungstransformatoren, Verteiltransformatoren, Umspannwerksautomatisierung, Blindleistungskompensation usw. Saifa verfügt über einen technischen Hintergrund und hat einen Bachelor of Science in Elektrotechnik.
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