von Aleena Ahmad, Forschungsanalystin – bei Power Technology Research

• Im Jahr 2021 wurden weltweit rund 302 GW an Kapazitäten zur Erzeugung erneuerbarer Energien installiert, wobei allein 168 GW auf Solarenergie entfielen.
• Im Laufe der Jahre sind in der Transformatorenindustrie mehrere technologische Lösungen entstanden, die den Übergang zu sauberer Energie unterstützen.
• Laut Power Technology Research wird erwartet, dass Transformatorenhersteller, die innovative, nachhaltige und umweltfreundliche Transformatorenlösungen anbieten, ihren Marktanteil in den kommenden Jahren ausbauen werden.

Seit dem wegweisenden Pariser Abkommen (2015) haben Volkswirtschaften weltweit ehrgeizige Ziele für erneuerbare Energien festgelegt, um den Klimawandel zu bekämpfen. Diese Ziele haben zusammen mit verbesserten Richtlinien gemäß der Internationalen Energieagentur im Laufe der Jahre zu einer erheblichen Steigerung der globalen Erzeugungskapazität aus erneuerbaren Energien geführt, insbesondere in den Industrieländern. Im Jahr 2021 wurden weltweit rund 302 GW an Erzeugungskapazität aus erneuerbaren Energien installiert, davon allein 168 GW aus Solarenergie.

Diese zusätzlichen Kapazitäten für erneuerbare Energien erfordern wiederum eine Modernisierung und Aufrüstung der Stromnetze in den Ländern, wodurch eine Nachfrage nach Netzausrüstung, insbesondere Transformatoren, entsteht. Die Transformatorenindustrie hat sich hingegen als Reaktion auf die sich ändernden Anforderungen auf technologische Lösungen verlegt, die nachhaltig und umweltfreundlich sind, gut zu den erneuerbaren Energien passen und ebenfalls 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 mehrere technologische Lösungen entstanden, die den Übergang zu sauberer Energie unterstützen. Zu diesen technologischen Lösungen gehören Unterwassertransformatoren, Esteröl für Transformatoren, grüner Stahl für Transformatoren und digitale Transformatoren.
 

Unterwasser-Transformator

Ein Unterwasser-Transformator ist eine hermetisch abgeschlossene, mit Flüssigkeit gefüllte, druckausgeglichene Einheit, die für die Stromversorgung in Tiefseefeldern eingesetzt wird. Das Druckausgleichssystem des Unterwasser-Transformators hält den Innendruck nahe am Druck außerhalb des Wassers, indem es die Innenteile in Flüssigkeit taucht und alle mit Luft und Gas gefüllten Hohlräume entfernt. Die Kühlung des Transformators erfolgt auf natürliche Weise durch Konvektion.

Eine der Anwendungen von Unterwasser-Transformatoren sind große Windparks auf offener See, die damit an das Festlandnetz angeschlossen werden könnten. Wenn ein Transformator auf dem Meeresboden installiert wird, muss keine spezielle schwimmende Plattform für den Transformator gebaut werden. Weitere Anwendungsbereiche sind Gezeitenturbinenparks und Wellenkraftkonverterparks.

Hitachi Energy hat kürzlich mit den Tests des 24-MVA-Unterwassertransformators begonnen, der an OneSubsea geliefert werden soll. Derzeit werden das thermische Verhalten und das Druckausgleichssystem des Unterwassertransformators sowie die Zuverlässigkeit des 55-T-Unterwassertransformators unter Unterwasserbedingungen bewertet.

Esteröl

In Transformatoren wird in der Regel Mineralöl zu Isolierungs- und Kühlzwecken verwendet, aber Esteröl bietet eine nachhaltige Alternative dazu, da es biologisch abbaubar ist und die Brandgefahr verringert. Ein speziell für den Einsatz in Solarparks entwickelter Transformator mit biologisch abbaubaren Flüssigkeiten, geringen_{CO2-Emissionen} und geringerem Materialbedarf beim Bau wird derzeit ausgeliefert und dürfte die Transformatorenindustrie revolutionieren. Der Transformator wurde in Zusammenarbeit zwischen WESTRAFO, EUROLAM, Technology-DTV und der Engineering-Abteilung von EGP entworfen und entwickelt. Er wird in Spanien als Teil des VIDCO-Solarclusters (im Bau) eingesetzt, der aus den drei Solar-Photovoltaikanlagen GEMINA, AGRIA und ALAUDAE besteht.   

Die Transformatoren sollen die Emissionen um 45 Tonnen_CO2 reduzieren und 14 Tonnen Rohstoffe einsparen, darunter Eisen, Aluminium und Isolierpapier, die beim Bau verbraucht werden. Darüber hinaus verwendet der Transformator „Natural Ester Cargill FR3“, eine Mischung auf Sojabasis mit Additiven, die das mit Mineralöl verbundene Risiko von Leckagen und Bränden verringert und die Widerstandsfähigkeit des Transformators gegenüber hohen Temperaturen erhöht.
 

Grüner Stahl

Grüner Stahl bezeichnet Stahl mit dem geringsten CO2-Fußabdruck, der in der Regel von Hersteller zu Hersteller variiert und sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln dürfte. Thyssenkrupp, Marktführer für Elektrostahl in Europa, hat einen Stahl mit geringem CO2-Fußabdruck eingeführt und damit einen Präzedenzfall in der Branche geschaffen, der andere Hersteller dazu veranlassen könnte, sich für nachhaltige Herstellungsverfahren zu entscheiden. 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 beschafft, das ihn zur Herstellung von Transformatoren für die digitalen Umspannwerke von E.ON in Deutschland verwenden wird. Unter Berücksichtigung der Ökodesign-Richtlinie der EU, die die Verwendung nachhaltiger Rohstoffe und Produkte fordert, wird erwartet, dass auch andere Versorgungsunternehmen künftig Transformatoren aus grünem Stahl beschaffen werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass Elektrostahl nicht nur bei der Herstellung von Leistungs- und Verteilungstransformatoren verwendet wird, sondern auch in Ladestationen für Elektroautos und Elektromotoren. Die Verwendung von grünem Elektrostahl bei der Herstellung dieser Produkte wird die Energiewende in der Region sowie auf globaler Ebene vorantreiben.

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

Digitale Transformatoren

Ein digitaler Transformator ist ein Transformator, der mit Sensoren ausgestattet ist, die Daten sammeln, um das Anlagenmanagement und die Netzoptimierung durchzuführen. Eine von CIGRÉ, einer weltweit führenden gemeinnützigen Organisation im Bereich Hochspannungsstrom, veröffentlichte Studie ergab, dass die Überwachung von Transformatoren das Potenzial hat, die Reparaturkosten durch frühzeitige Erkennung um 75 % zu senken, die Einnahmeverluste aufgrund unerwarteter Probleme/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 Grid digitalisierte Transformatoren für neun Projekte von Mainstream in Chile, 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 die Division Enel Infrastructure and Networks für den Einsatz des^{TXpertTM Ecosystem} zur Digitalisierung von Transformatoren von Hitachi ABB Power Grids.

Ausblick

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, sondern das gesamte Energieökosystem muss die Wende unterstützen, und genau hier spielen all diese Technologien eine wichtige Rolle. Darüber hinaus wird erwartet, dass die veralteten Transformatoren in den fortgeschrittenen Volkswirtschaften, insbesondere denen mit finanziellem Spielraum, durch die neuesten Transformatorlösungen ersetzt werden, die besser mit Anwendungen zur Erzeugung erneuerbarer Energien im Speziellen und der Energiewende im Allgemeinen kompatibel sind.

Biografie des Analysten:

Marktanalyst – Forschung im Bereich Energietechnologie

Aleena Ahmad ist Marktanalystin bei Power Technology Research (PTR). Sie ist an Projekten zum Thema Transformatoren bei PTR beteiligt und verantwortlich für die Datenerfassung und -analyse in verschiedenen Bereichen, darunter die Struktur von Verteilungsnetzen, die installierte Basis von T&D-Anlagen und 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 hat einen technischen Hintergrund und einen Bachelor of Science in Elektrotechnik.

Kontakt:

Hassan Zaheer – Geschäftsführer Kundenbeziehungen und Beratung

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