Da decenni i trasformatori elettrici svolgono un ruolo significativo nel settore energetico, in particolare nella trasmissione e distribuzione dell'elettricità.
di Shaista Naz, analista di ricerca presso PTR Inc.
Per decenni i trasformatori elettrici trasformatori elettrici hanno svolto un ruolo significativo nel settore energetico, in particolare nella trasmissione e distribuzione dell'elettricità. Tuttavia, la stragrande maggioranza dei trasformatori installati a livello globale, compresi quelli di distribuzione e di potenza, sono stati costruiti dagli OEM con scarsa o nessuna attenzione alla sostenibilità. Questi trasformatori e il modello di business lineare ad essi associato comportano un elevato spreco di energia, spreco di materiali ed emissioni di gas serra, tutti fattori indesiderabili.
Tuttavia, nell'ultimo decennio, soprattutto dopo l'Accordo di Parigi, l'industria energetica ha intrapreso un drastico cambiamento verso l'adozione di pratiche industriali sostenibili che si concentrano sull'eco-design, la decarbonizzazione, una maggiore efficienza e una catena di approvvigionamento sostenibile.
Passaggio alla sostenibilità nei trasformatori
Il mercato globale dei trasformatori, in particolare nelle economie avanzate come l'Unione Europea e gli Stati Uniti, sta passando dai trasformatori convenzionali a quelli sostenibili, principalmente a causa delle forze di mercato, degli organismi di regolamentazione e dell'aumento della domanda di soluzioni tecnologiche ecocompatibili da parte dei clienti, che nel caso dei trasformatori sono in gran parte aziende di servizi pubblici.
Nel corso degli anni, i consumatori, gli investitori e gli altri soggetti interessati al mercato dei trasformatori sono diventati sensibili all'impatto ambientale dell'industria dei trasformatori e stanno a loro volta stimolando la domanda di trasformatori sostenibili. Questi trasformatori utilizzano materie prime e componenti di natura ecocompatibile nella progettazione e nella produzione del trasformatore sostenibile. D'altra parte, gli organismi di regolamentazione hanno fornito una spinta molto necessaria all'industria dei trasformatori affinché adottasse pratiche industriali sostenibili e si allontanasse dai modelli di business lineari.
Mercato attuale dei trasformatori di distribuzione
Secondo PTR Inc., il mercato globale dei trasformatori dovrebbe crescere con un CAGR del 6% dal 2022 al 2027 in termini di fatturato. Il mercato sarà trainato principalmente dall'aumento della domanda di elettricità, dal miglioramento dei tassi di elettrificazione e dall'aumento della penetrazione delle energie rinnovabili nel mix di generazione dei paesi.
Secondo le stime di PTR Inc., i principali attori nel mercato globale dei trasformatori di potenza sono Hitachi Energy, Siemens, GE, Hyosung e China XD. I principali attori nel mercato globale dei trasformatori di distribuzione sono Hitachi Energy, Siemens Energy, Schneider Electric, Toshiba ed Eaton. A partire dal 2022, la regione APAC detiene la quota più alta nel mercato globale dei trasformatori, rappresentando il 40% della quota totale, seguita dal Nord America (con una quota di circa il 30%), dall'Europa, dal Medio Oriente e dall'Africa e dal Sud America.
Figura 1: Principali attori nel mercato globale dei trasformatori di potenza.
Fonte: PTR Inc.
Figura 2: Principali attori nel mercato globale dei trasformatori di distribuzione.
Fonte: PTR Inc.
Sviluppi tecnologici nel settore dei trasformatori che promuovono la sostenibilità
PTR Inc. ha osservato diversi sviluppi nel settore dei trasformatori a livello globale che promuovono la sostenibilità, tra cui leghe metalliche amorfe, trasformatori superconduttori ad alta temperatura e trasformatori intelligenti.
Leghe metalliche amorfe
L'acciaio al silicio è utilizzato nella produzione dei nuclei dei trasformatori convenzionali, che comportano elevate perdite di energia dovute all'isteresi magnetica e alle correnti parassite. Questo è il motivo per cui l'industria dei trasformatori sta passando dalla produzione di nuclei in acciaio al silicio a leghe metalliche amorfe che sono fino all'80% più efficienti dei nuclei convenzionali, consumano meno energia e riducono le emissioni di anidride carbonica.
Trasformatori superconduttori ad alta temperatura
Sono in corso ricerche sui trasformatori HTS (superconduttori ad alta temperatura) che hanno la capacità di trasformare l'elettricità senza resistenza con l'aiuto di materiali superconduttori. Ciò a sua volta porta a una riduzione delle perdite di energia e a miglioramenti nell'efficienza. I trasformatori HTS hanno il potenziale per essere radicalmente più piccoli e più efficienti dei trasformatori convenzionali. Questi trasformatori sono ampiamente disponibili, ma a causa del costo più elevato dei materiali HTS e della fornitura limitata, la tecnologia non è considerata praticabile al momento.
Trasformatori intelligenti
I trasformatori intelligenti utilizzano sensori e tecnologie di comunicazione digitale per monitorare e controllare i livelli di tensione in tempo reale. D'altra parte, i trasformatori convenzionali sono di natura passiva, consentono solo un flusso unidirezionale di elettricità e non sono progettati per adattarsi a carichi in rapida evoluzione. Si prevede che questi trasformatori diventeranno superflui man mano che le risorse energetiche distribuite, come le turbine eoliche, i pannelli solari e i veicoli elettrici, verranno integrate nella rete. Tuttavia, si prevede che i trasformatori intelligenti renderanno la rete elettrica più pulita e flessibile, migliorando così le prestazioni in termini di sostenibilità.
Politiche energetiche e normative per promuovere trasformatori sostenibili
Nel corso degli anni sono state introdotte e riviste diverse politiche e normative relative ai trasformatori, compresi quelli di potenza e di distribuzione. Tali politiche e normative includono la direttiva UE sulla progettazione ecocompatibile, gli standard DOE per i trasformatori di distribuzione e le normative WEEE.
Figura 3: Relazione tra perdite ed efficienza.
Fonte: Nazioni Unite
Direttiva UE sulla progettazione ecocompatibile
Secondo le stime della Commissione Europea, circa il 2,9% di tutta l'energia generata negli Stati membri dell'UE e nel Regno Unito viene sprecata sotto forma di perdite nei trasformatori. Queste perdite ammontano a 93 TWh, un'energia sufficiente a soddisfare il fabbisogno di elettricità della Danimarca per un periodo di tre anni. Il regolamento UE sull'eco-progettazione di livello 2 mira a ridurre lo spreco di energia del 10% rispetto ai livelli di livello 1.
Il regolamento UE sull'eco-progettazione si applica a tutti i trasformatori presenti sul mercato o in servizio nel Regno Unito e nell'UE. È importante notare che il regolamento UE sull'eco-progettazione di livello 2 per le perdite dei trasformatori è entrato in vigoreil 1°luglio 2021, sostituendo il regolamento di livello 1.
Nuovi standard di efficienza per i trasformatori di distribuzione negli Stati Uniti
Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha proposto nuovi standard di efficienza energetica per diverse categorie di trasformatori di distribuzione al fine di migliorare la resilienza della rete elettrica, ridurre le bollette e diminuire drasticamente le emissioni di anidride carbonica. Si prevede che, in base ai nuovi standard di efficienza per i trasformatori di distribuzione, quasi tutti i trasformatori prodotti saranno realizzati con nuclei in acciaio amorfo, che sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai trasformatori realizzati con acciaio elettrico a grani orientati. Se questi standard saranno adottati entro il termine proposto dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, la nuova normativa entrerà in vigore a partire dal 2027.
Regolamento sui rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE)
Il regolamento RAEE è stato implementato nell'UE con particolare attenzione al riciclaggio dei rifiuti elettronici ed elettrici. I rifiuti elettronici ed elettrici sono costituiti da una complessa varietà di sostanze, comprese quelle pericolose per l'ambiente. Pertanto, se le apparecchiature elettriche ed elettroniche abbandonate non vengono gestite in modo adeguato, è probabile che abbiano un impatto negativo sull'ambiente e sull'uomo. D'altra parte, le moderne apparecchiature elettriche ed elettroniche contengono metalli delle terre rare e altre risorse preziose. Questi metalli delle terre rare e altre risorse preziose possono essere recuperati e riutilizzati attraverso un adeguato sistema di gestione dei rifiuti.
È importante sottolineare che, al termine del loro ciclo di vita, le apparecchiature elettriche ed elettroniche possono essere raccolte, trattate e riciclate in modo da contribuire all'economia circolare.
Figura 4: Rifiuti elettrici ed elettronici immessi sul mercato, raccolti, trattati, recuperati, riutilizzati e riciclati dal 2012 al 2020.
Fonte: Eurostat
Il ruolo degli OEM nella promozione di prodotti sostenibili
I produttori OEM di trasformatori di tutto il mondo, in particolare nelle economie sviluppate, stanno adottando pratiche industriali sostenibili. Ad esempio, stanno passando all'uso di materie prime ecocompatibili e hanno apportato le modifiche necessarie alla tecnologia dei trasformatori per promuovere l'efficienza energetica e ridurre le perdite di energia. PTR Inc. ha osservato che questi produttori OEM hanno fissato obiettivi per ridurre le loro emissioni di carbonio. Stanno inoltre lavorando su approcci che affrontano il riciclaggio dei materiali di scarto nel processo di produzione fino alla fine del ciclo di vita delle soluzioni e dei prodotti trasformatori. Hitachi Energy, Siemens Energy e Schneider Electric sono i principali produttori OEM di trasformatori che stanno introducendo soluzioni e prodotti sostenibili.
Hitachi Energy
Hitachi Energy ha introdotto i trasformatori di potenza e distribuzione EconiQ, che offrono trasparenza sull'impatto ambientale dei trasformatori attraverso la valutazione del ciclo di vita, seguita da una maggiore sostenibilità. Questi trasformatori contribuiranno alla decarbonizzazione, alla sicurezza umana, alla protezione dell'ecosistema e porteranno a un uso responsabile delle risorse naturali.
Secondo quanto affermato da Hitachi Energy, l'utilizzo dei trasformatori EconiQ può portare a una riduzione del 23% delle emissioni di anidride carbonica equivalente durante il ciclo di vita del prodotto. Si prevede inoltre che l'impatto sugli ecosistemi circostanti durante l'intero ciclo di vita sarà ridotto del 15% grazie all'uso dei trasformatori EconiQ, mentre l'impatto sugli ecosistemi circostanti in caso di perdite significative sarà completamente eliminato.
Siemens Energia
Allo stesso modo, anche Siemens Energy, azienda leader nella produzione di trasformatori, sta realizzando soluzioni e prodotti sostenibili. Siemens Energy si è prefissata l'obiettivo di far sì che tutti gli impianti di trasformazione dell'energia elettrica consumino energia verde al 100% entro il 2023. È interessante notare che, quando l'obiettivo è stato annunciato, quasi l'80% dell'energia elettrica era già generata da fonti rinnovabili.
Inoltre, Siemens Energy sta implementando una serie di iniziative legate alla sostenibilità all'interno della propria rete di stabilimenti, incentrate sulla riduzione delle emissioni di anidride carbonica, sulla protezione dell'ambiente circostante e sulla diminuzione del consumo di materiali e della produzione di rifiuti.
Schneider Electric
Anche Schneider Electric, un altro produttore OEM di trasformatori, sta adottando pratiche industriali sostenibili. Nell'ambito del programma Sustainability Impact, Schneider ha fissato 11 obiettivi globali da raggiungere entro il 2025, oltre a centinaia di obiettivi locali perseguiti dai team regionali e nazionali di Schneider Electric. Schneider Electric ha introdotto la piattaforma EcoStruxure, che è il cuore dell'architettura IoT dell'azienda. Questa piattaforma offre funzionalità fondamentali per la connettività e l'intelligenza, l'interoperabilità per operazioni intelligenti e l'infrastruttura per servizi digitali connessi al cloud. È importante notare che la piattaforma EcoStruxure ha portato a una riduzione assoluta del 25% dell'impronta di carbonio lungo l'intera catena del valore.
Guardando al futuro
Secondo PTR Inc., il mercato globale dei trasformatori dovrebbe crescere con un CAGR del 6% dal 2022 al 2027 in termini di fatturato. Tenendo conto delle proiezioni di crescita del mercato complessivo e dell'attuale contesto normativo, è lecito supporre che anche il mercato dei trasformatori sostenibili crescerà nei prossimi anni. I produttori di trasformatori originali, al fine di soddisfare la domanda di trasformatori sostenibili, stanno integrando tecnologie efficienti dal punto di vista energetico, utilizzando materiali ecologici e fornendo soluzioni di gestione dell'energia con i trasformatori.
PTR Inc. ritiene che il mercato dei trasformatori sostenibili si svilupperà ulteriormente in futuro, man mano che il movimento per la sostenibilità guadagnerà terreno in tutte le regioni. Si prevede che la quota di mercato dei produttori di trasformatori che stanno adottando pratiche industriali sostenibili e introducendo soluzioni e prodotti sostenibili aumenterà in futuro rispetto ai produttori che offrono soluzioni convenzionali.
Inoltre, si prevede che le normative nelle economie avanzate diventeranno più severe in futuro, mentre nelle economie in via di sviluppo potremmo assistere all'adozione di misure politiche simili alla direttiva sull'eco-progettazione dell'UE, ai nuovi standard di efficienza del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e alla normativa RAEE.
Informazioni sull'autore
Shaista Naz è analista di reti elettriche presso PTR Inc. Attualmente lavora nel settore dei trasformatori di potenza e distribuzione, dove è responsabile dell'analisi delle ultime tendenze di mercato e delle innovazioni in diverse regioni. Ha conseguito un master in gestione dell'ingegneria presso l'Università di Debrecen.
Contatto:
Hassan Zaheer - Direttore commerciale
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