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 die Netzausrüstung und Stromkreise, die mit Mittelspannung betrieben werden, steuern, schützen und isolieren. Sie sind dafür verantwortlich, Ausfallzeiten zu reduzieren und nicht nur die Infrastruktur des Stromnetzes, sondern auch die in den Stromverteilungsanlagen eingesetzten Humanressourcen zu schützen. Laut der Einschätzung von PTR verzeichnet der Markt für Mittelspannungsschaltanlagen ein bemerkenswertes Wachstum in verschiedenen Sektoren, darunter Versorgungsunternehmen, Industrie, Gewerbegebäude und erneuerbare Energiesysteme, wobei die Akteure den Schwerpunkt 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 voraussichtlich zwischen 2022 und 2028 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 11 % wachsen und 2028 schließlich ein Volumen von 33 Milliarden US-Dollar erreichen. Obwohl für den Markt für Mittelspannungsschaltanlagen ein deutliches Wachstum erwartet wird, gibt es nach wie vor Engpässe, insbesondere für die Hersteller, die beseitigt werden müssen, damit der Markt sein Wachstum aufrechterhalten kann. Zu diesen Hindernissen zählen Kostendruck und regulatorische Anforderungen, die laut PTR durch Innovation und technologische Fortschritte überwunden werden können.
Derzeit wird der globale Markt für Mittelspannungsschaltanlagen durch die Dekarbonisierung und Netzausbaupläne angetrieben. Die Politik der Dekarbonisierung hat die Volkswirtschaften dazu veranlasst, erneuerbare Energien und Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge (zur Förderung des Absatzes von Elektrofahrzeugen) einzuführen.
Abbildung 2: CAGR des globalen Marktes für Mittelspannungsschaltanlagen von 2022 bis 2028. Quelle: PTR Inc.
Fortschritte in der MV-Schaltanlagenindustrie
Bei Mittelspannungsschaltanlagen wurden bedeutende technologische Fortschritte erzielt, die zu verbesserten Sicherheitsmerkmalen und einer höheren Zuverlässigkeit, zur Umsetzung von Maßnahmen zur ökologischen Nachhaltigkeit und zur Digitalisierung geführt haben.
Verbesserte Sicherheitsmerkmale und erhöhte Zuverlässigkeit
Es wurde beobachtet, dass sich die MV-Schaltanlagenindustrie auf Sicherheitsmerkmale und die Verbesserung der Zuverlässigkeit der Anlagen konzentriert. 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 versehentlichen oder unbefugten Schaltvorgängen schützen.
Die Zuverlässigkeit im Betrieb von Mittelspannungsschaltanlagen ist für Versorgungsunternehmen, Industriebetriebe, Gewerbegebäude und erneuerbare Energiesysteme, die überwiegend Mittelspannungsschaltanlagen einsetzen, von entscheidender Bedeutung, da sie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleistet. Um Herausforderungen im Zusammenhang mit der Zuverlässigkeit zu bewältigen, haben OEMs von Schaltanlagen fortschrittliche Fehlererkennungstechniken eingesetzt, beispielsweise sensorbasierte Überwachung und intelligente Algorithmen, die den Weg für eine frühzeitige Fehlererkennung ebnen (die sonst nicht möglich wäre) und so Ausfallzeiten reduzieren und eine schnelle Wiederherstellung der Stromversorgung durch Selbstheilungsfähigkeiten ermöglichen.
Um die Zuverlässigkeit der Schaltanlage zu verbessern und unerwartete Ausfälle zu verhindern, hat ABB die Schaltanlage UniGear Digital eingeführt, die fortschrittliche Überwachungs- und Diagnosesysteme integriert, die eine kontinuierliche Überwachung kritischer Parameter der Schaltanlage ermöglichen und somit eine proaktive Fehlererkennung und Wartung ermöglichen.
Ökologische Nachhaltigkeit
Die meisten Mittelspannungsschaltanlagen verwenden Schwefelhexafluorid (SF6) als Lichtbogenlöschmittel, aber dieses Gas stellt eine Gefahr für die Umwelt dar, da es ein sehr hohes Treibhauspotenzial hat. Es wurde beobachtet, dass die Industrie als Reaktion auf die durchSF6 verursachte Gefahr aktiv nach Alternativenzu SF6 sucht, beispielsweise Vakuumunterbrecher, Gasgemische und Festkörpertechnologien. Diese Alternativen bieten eine vergleichbare oder teilweise sogar überlegene elektrische Leistung bei gleichzeitig geringerer 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).
Das führende Technologieunternehmen ABB hat ein Gasgemisch namens AirPlus entwickelt, das ein geringeres Treibhauspotenzial alsSF6 aufweist. Siemens hingegen hat die Vakuumschaltertechnologie als Alternative zuSF6 in seinen Mittelspannungsschaltanlagen eingeführt. Der Einsatz vonSF6-Alternativtechnologien trägt nicht nur zum Umweltschutz bei, sondern fördert auch die Umsetzung nachhaltiger Praktiken im Energiesektor.
Darüber hinaus verwendet die Xiria-Schaltanlage von Eaton feste Isoliermaterialien, wodurch die Lebensdauer der Geräte verlängert, der Wartungsaufwand reduziert und die allgemeine Zuverlässigkeit verbessert wird.
Laut PTR wird die Nachfrage nachSF6-basierten GIS (gasisolierten Schaltanlagen) weltweit durch SIS (festisolierte Schaltanlagen) undSF6-freie Alternativen ersetzt. Die SIS-Technologie ist in Amerika und im asiatisch-pazifischen Raum weiter verbreitet, während in EuropaSF6-freie Alternativen bevorzugt werden.
Digitalisierung
Führende OEMs von Mittelspannungsschaltanlagen integrieren digitale Technologien in die Schaltanlagen, die die Steuerung und Überwachung verbessern und sie mit Kommunikationsfunktionen ausstatten. Wie bereits erwähnt, verfügt die UniGear Digital-Schaltanlage von ABB über integrierte digitale Sensoren und Kommunikationsfunktionen für die Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung.
Andererseits ermöglicht die Integration des Internets der Dinge (IoT) in Mittelspannungsschaltanlagen eine Überwachung und Steuerung in Echtzeit, 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 prädiktive Analysen ermöglichen. Darüber hinaus bietet das Power Xpert Dashboard von Eaton, eine cloudbasierte Plattform, Fernzugriff auf wichtige Schaltanlagen-Daten und Analysen, was wiederum ein effizientes Energiemanagement und fundierte Entscheidungen ermöglicht.
Laut PTR befindet sich der Markt für digitale Schaltanlagen derzeit noch in einem sehr frühen Stadium mit einer unbedeutenden Nachfrage, aber es wird erwartet, dass der Markt zwischen 2021 und 2030 mit einer signifikanten CAGR von 25 % wachsen wird, wobei der größte Teil der Nachfrage aus dem europäischen Markt kommen wird.
Abbildung 3: CAGR des globalen Marktes für digitale Mittelspannungsschaltanlagen von 2021 bis 2030. Quelle: PTR Inc.
Ausblick
PTR hat beobachtet, dass sich die Mittelspannungsschaltanlagentechnologie im Laufe der Jahre erheblich verbessert hat. Durch die Einbeziehung zusätzlicher Sicherheitsmerkmale, Verbesserungen der Zuverlässigkeit, Maßnahmen zur ökologischen Nachhaltigkeit und Digitalisierung wurde die Mittelspannungsschaltanlagenindustrie an die modernen Anforderungen angepasst. Schaltanlagen sind nun mit Lichtbogenminderungstechniken, Personenschutzmechanismen und Verriegelungssystemen für erhöhte Sicherheit ausgestattet, während Verbesserungen der Zuverlässigkeit durch Fehlererkennungssysteme, Selbstheilungsfähigkeiten und vorausschauende Wartungsalgorithmen erreicht werden. Neben der Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit konzentriert sich die MV-Schaltanlagenindustrie auch auf die Verringerung der Umweltbelastung durchSF6-Ersatzgasgemische, die ein geringeres Treibhauspotenzial haben. Darüber hinaus hat die Integration digitaler Technologien in die Schaltanlagen zu besseren Steuerungs-, Überwachungs- und Kommunikationsmöglichkeiten in Mittelspannungsschaltanlagen geführt.
Der Markt für Mittelspannungsschaltanlagen wird voraussichtlich von 2022 bis 2028 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 11 % wachsen und 2028 einen Wert von 33 Milliarden US-Dollar erreichen, doch es gibt noch Hindernisse, die beseitigt werden müssen. Laut PTR gehören zu den Engpässen Kostendruck und regulatorische Anforderungen, denen die OEMs mit Hilfe von Innovationen und technologischen Fortschritten begegnen sollen.
Über den Autor
Saifa ist Senior Analyst bei PTR Inc. Ihr Hauptinteresse gilt den Energiesystemen. Derzeit leitet sie das Forschungs-Team für Stromnetze bei der Entwicklung der syndizierten Stromnetz-Dienstleistungen von PTR und verwaltet maßgeschneiderte Forschungsprojekte für Fortune-500-Kunden weltweit. Zu ihren Aufgabengebieten gehören Hochspannungsschaltanlagen, Mittelspannungsschaltanlagen, Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren, Automatisierung von Umspannwerken, Blindleistungskompensation usw. Saifa hat einen technischen Hintergrund und einen Bachelor of Science in Elektrotechnik.
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