von Aleena Ahmad, Forschungsanalystin – bei Power Technology Research

• Im Jahr 2021 wurden weltweit rund 302 GW an Erzeugungskapazität aus erneuerbaren Energien installiert, wobei allein 168 GW auf die Solar-PV-Technik entfielen.
• Im Laufe der Jahre haben sich in der Transformatorenindustrie verschiedene technologische Lösungen herausgebildet, die den Übergang zu sauberer Energie unterstützen.
• Laut Power Technology Research wird erwartet, dass Transformatorenhersteller, die innovative, nachhaltige und umweltfreundliche Transformatorlösungen anbieten, ihren Marktanteil in den kommenden Jahren ausbauen werden.

Seit dem wegweisenden Pariser Abkommen (im Jahr 2015) haben Volkswirtschaften weltweit ehrgeizige Ziele im Bereich der erneuerbaren Energien festgelegt, um den Klimawandel zu bekämpfen. Diese Ziele haben zusammen mit verbesserten politischen Maßnahmen – laut der Internationalen Energieagentur – im Laufe der Jahre zu einem erheblichen Ausbau der weltweiten Erzeugungskapazitäten aus erneuerbaren Energien geführt, insbesondere in den Industrieländern. Im Jahr 2021 wurden weltweit rund 302 GW an Erzeugungskapazitäten aus erneuerbaren Energien installiert, wobei allein 168 GW auf die Solar-PV-Technologie entfielen.

Diese Zuwächse bei den Kapazitäten aus erneuerbaren Energien erfordern wiederum eine Modernisierung und Aufrüstung der Stromnetze in den einzelnen Ländern, was eine Nachfrage nach Netzausrüstung, insbesondere nach Transformatoren, schafft. Die Transformatorenindustrie hat ihrerseits als Reaktion auf die sich wandelnden Anforderungen den Schwerpunkt auf technologische Lösungen verlagert, die nachhaltig und umweltfreundlich sind, sich gut mit den erneuerbaren Energien kombinieren lassen und zudem auf ein saubereres Stromnetz abzielen.

Abbildung 1: Verschiedene technologische Lösungen in der Transformatorenindustrie.
Quelle: Power Technology Research

Im Laufe der Jahre sind in der Transformatorenindustrie verschiedene technologische Lösungen entstanden, die den Übergang zu sauberer Energie unterstützen. Zu diesen technologischen Lösungen zählen Unterwassertransformatoren, Esteröl für Transformatoren, umweltfreundlicher Stahl für Transformatoren und digitale Transformatoren.
 

Unterwassertransformator

Ein Unterwassertransformator ist eine hermetisch abgeschlossene, mit Flüssigkeit gefüllte und druckausgeglichene Einheit, die zur Stromversorgung in Tiefseefeldern eingesetzt wird. Das Druckausgleichssystem des Unterwassertransformators hält den Innendruck nahe am Druck außerhalb des Wassers, indem die inneren Bauteile in Flüssigkeit eingetaucht und alle mit Luft oder Gas gefüllten Hohlräume entfernt werden. Die Kühlung des Transformators erfolgt auf natürliche Weise durch Konvektion.

Eine der Anwendungsmöglichkeiten von Unterwassertransformatoren sind große Offshore-Windparks, die diese zur Anbindung an das Festlandnetz nutzen könnten. Wird ein Transformator auf dem Meeresboden installiert, entfällt die Notwendigkeit, eine spezielle schwimmende Plattform für den Transformator zu errichten. Weitere Anwendungsbereiche sind Gezeitenturbinenparks und Wellenkraftwerke.

Hitachi Energy hat vor kurzem mit den Tests an dem 24-MVA-Unterwassertransformator begonnen, der an OneSubsea geliefert werden soll. Derzeit läuft die Bewertung des thermischen Verhaltens und des Druckausgleichssystems des Unterwassertransformators sowie die Zuverlässigkeitsprüfung des 55-T-Unterwassertransformators unter Unterwasserbedingungen.

Esteröl

In der Regel wird in Transformatoren Mineralöl zu Isolations- und Kühlzwecken verwendet, doch Esteröl bietet eine nachhaltige Alternative dazu, da es biologisch abbaubar ist und die Brandgefahr verringert. Derzeit wird ein Transformator ausgeliefert, der speziell für den Einsatz in Solarparks konzipiert wurde und sich durch biologisch abbaubare Flüssigkeiten, geringe_{CO₂-Emissionen} sowie einen geringeren Materialbedarf beim Bau auszeichnet. Er soll die Transformatorenbranche revolutionieren. Der Transformator wurde in Zusammenarbeit zwischen WESTRAFO, EUROLAM, Technology-DTV und der Engineering-Abteilung von EGP konzipiert und entwickelt. Er wird in Spanien als Teil des VIDCO-Solarclusters (im Bau) zum Einsatz kommen, das aus den drei Photovoltaikanlagen GEMINA, AGRIA und ALAUDAE besteht.   

Die Transformatoren sollen die Emissionen um schätzungsweise 45 Tonnen_CO₂ reduzieren und 14 Tonnen Rohstoffe einsparen, darunter Eisen, Aluminium und Isolierpapier, die während der Bauphase verbraucht werden. Darüber hinaus kommt in den Transformatoren „Natural Ester Cargill FR3“ zum Einsatz, eine Mischung auf Sojabasis mit Additiven, die die mit Mineralöl üblicherweise verbundenen Leckage- und Brandrisiken verringert und die Beständigkeit der Transformatoren gegenüber hohen Temperaturen erhöht.
 

Grüner Stahl

Unter „grünem Stahl“ versteht man Stahl mit dem geringsten CO₂-Fußabdruck, der in der Regel von Hersteller zu Hersteller variiert und sich voraussichtlich im Laufe der Zeit weiterentwickeln wird. Thyssenkrupp, Marktführer für Elektrostahl in Europa, hat einen Stahl mit geringem CO₂-Fußabdruck eingeführt und damit in der Branche einen Präzedenzfall geschaffen, der andere Hersteller dazu anregen soll, auf nachhaltige Fertigungsprozesse umzusteigen. Der neue Stahl mit geringem CO₂-Fußabdruck dürfte den laufenden Initiativen zur Energiewende in der Region einen erheblichen Schub verleihen. Fünfzig Tonnen dieses neuen Elektrostahls mit reduziertem CO₂-Fußabdruck
wurden von SGB-SMIT bezogen, das ihn zur Herstellung von Transformatoren für die digitalen Spannungsunterstationen von E.ON in Deutschland verwenden wird. Unter Berücksichtigung der Ökodesign-Richtlinie der EU, die den Einsatz nachhaltiger Rohstoffe und Produkte fordert, wird erwartet, dass auch andere Energieversorger künftig Transformatoren aus „grünem Stahl“ beziehen werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass Elektrostahl nicht nur bei der Herstellung von Leistungs- und Verteiltransformatoren zum Einsatz kommt, sondern auch in Ladestationen für Elektroautos und in Elektromotoren. Die Verwendung von umweltfreundlichem Elektrostahl bei der Herstellung dieser Produkte wird die Energiewende sowohl in der Region als auch weltweit vorantreiben.

Abbildung 2: Mögliche Vorteile der Digitalisierung von Transformatoren. Quelle: CIGRÉ (Das Bild ist Eigentum von Power Technology Research)

Digitale Transformatoren

Ein digitaler Transformator ist ein Transformator, der mit Sensoren ausgestattet ist, welche Daten erfassen, um das Anlagenmanagement und die Netzoptimierung zu ermöglichen. Eine von CIGRÉ, einer weltweit führenden gemeinnützigen Organisation im Bereich der Hochspannungsstromversorgung, veröffentlichte Studie ergab, dass die Überwachung von Transformatoren das Potenzial hat, die Reparaturkosten durch frühzeitige Erkennung um 75 % zu senken, Umsatzverluste aufgrund unerwarteter Probleme oder Ausfälle um 60 % zu reduzieren, das Risiko katastrophaler Ausfälle um 50 % zu verringern und jährliche Kosteneinsparungen von bis zu 2 % des Preises eines neuen Transformators zu erzielen.

Im Jahr 2020 lieferte ABB Power Grids digitalisierte Transformatoren für neun chilenische Projekte von Mainstream, gefolgt von der Lieferung von Leistungstransformatoren für drei Windenergieprojekte in Chile (Cuel, Sarco und Aurora) mit einer Gesamtleistung von 332 MW. Im vergangenen Jahr entschied sich der Geschäftsbereich Enel Infrastructure and Networks für den Einsatz des^{TXpert™-Ökosystems} zur Digitalisierung von Transformatoren von Hitachi ABB Power Grids.

Ein Blick in die Zukunft

Laut Power Technology Research wird erwartet, dass Transformatorenhersteller, die innovative, nachhaltige und umweltfreundliche Transformatorlösungen anbieten, ihren Marktanteil in den kommenden Jahren ausbauen werden. Die globale Energiewende kann nicht isoliert stattfinden; das gesamte Energieökosystem muss die Wende unterstützen, und genau hier spielen all diese Technologien eine entscheidende Rolle. Darüber hinaus wird erwartet, dass die alternde Transformatorflotte in den Industrieländern – insbesondere in denen, die über den nötigen finanziellen Spielraum verfügen – durch modernste Transformatorlösungen ersetzt wird, die besser auf Anwendungen zur Erzeugung erneuerbarer Energien im Speziellen und auf die Energiewende im Allgemeinen abgestimmt sind.

Biografie des Analysten:

Marktanalyst – Forschung im Bereich Energietechnik

Aleena Ahmad ist Marktanalystin bei Power Technology Research (PTR). Sie ist bei PTR an Projekten zum Thema Transformatoren beteiligt und verantwortlich für die Datenerhebung und -analyse in verschiedenen Bereichen, darunter die Struktur der Verteilungsnetzbetreiber, der Bestand an Übertragungs- und Verteilungsanlagen sowie zukünftige Markttrends. Als Marktanalystin bei PTR führt sie eingehende Analysen der verschiedenen Technologien auf dem Transformatorenmarkt und deren Auswirkungen durch. Bevor sie zu PTR kam, arbeitete Aleena bei Nestlé als Elektro- und Automatisierungsingenieurin. Aleena verfügt über einen technischen Hintergrund und hat einen Bachelor of Science (BSc.) in Elektrotechnik.

Kontakt:

Hassan Zaheer – Geschäftsführer für Kundenbeziehungen und Beratung

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