Da decenni i trasformatori elettrici svolgono un ruolo fondamentale nel settore energetico, in particolare nella trasmissione e nella distribuzione dell'energia elettrica.
di Shaista Naz, analista di ricerca – presso PTR Inc.
Da decenni i trasformatori elettrici trasformatori svolgono un ruolo significativo nel settore energetico, in particolare nella trasmissione e nella distribuzione dell'elettricità. Tuttavia, la stragrande maggioranza del parco trasformatori installato a livello globale, compresi i trasformatori di distribuzione e di potenza, è stata costruita 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, di materiali ed emissioni di gas serra, tutti aspetti indesiderabili.
Tuttavia, nell'ultimo decennio, specialmente dopo l'Accordo di Parigi, l'industria energetica ha compiuto un drastico cambiamento verso l'adozione di pratiche industriali sostenibili che si concentrano su eco-design, decarbonizzazione, maggiore efficienza e catena di approvvigionamento sostenibile.
Verso una maggiore sostenibilità nei trasformatori
Il mercato globale dei trasformatori, in particolare nelle economie avanzate – come ad esempio quello dell’UE e degli Stati Uniti – sta passando dai trasformatori convenzionali a quelli sostenibili, principalmente a causa delle forze di mercato, degli organismi di regolamentazione e dell’impennata della domanda di soluzioni tecnologiche eco-compatibili 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 nel mercato dei trasformatori sono diventati sensibili all'impatto ambientale dell'industria dei trasformatori e stanno a loro volta guidando la domanda di trasformatori sostenibili. Questi trasformatori utilizzano materie prime e componenti di natura eco-compatibile 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 per adottare pratiche industriali sostenibili e allontanarsi dai modelli di business lineari.
Il 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 energia elettrica, dal miglioramento dei tassi di elettrificazione e dall'aumento della penetrazione delle energie rinnovabili nel mix di generazione dei vari paesi.
Secondo le stime di PTR Inc., i principali attori nel mercato globale trasformatori di potenza includono Hitachi Energy, Siemens, GE, Hyosung e China XD. I principali attori nel mercato globale dei trasformatori di distribuzione globale figurano Hitachi Energy, Siemens Energy, Schneider Electric, Toshiba ed Eaton. A partire dal 2022, la regione APAC detiene la quota più elevata 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 operatori del mercato globale dei trasformatori di potenza.
Fonte: PTR Inc.
Figura 2: Principali operatori nel mercato globale dei trasformatori di distribuzione.
Fonte: PTR Inc.
Gli sviluppi tecnologici nel settore dei trasformatori a sostegno della sostenibilità
PTR Inc. ha rilevato diversi sviluppi nel settore dei trasformatori a livello mondiale che promuovono la sostenibilità, tra cui le leghe metalliche amorfe, i trasformatori a superconduttività ad alta temperatura e i trasformatori intelligenti.
Leghe metalliche amorfe
L'acciaio al silicio viene utilizzato nella produzione dei nuclei dei trasformatori convenzionali, il che comporta 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 quella in leghe metalliche amorfe, che sono fino all'80% più efficienti rispetto ai nuclei convenzionali, consumano meno energia e riducono le emissioni di anidride carbonica.
Trasformatori a superconduttività ad alta temperatura
Sono in corso ricerche sui trasformatori HTS (superconduttori ad alta temperatura), che sono in grado di trasformare l'elettricità senza alcuna resistenza grazie all'uso di materiali superconduttori. Ciò comporta una riduzione delle perdite di energia e un miglioramento dell'efficienza. I trasformatori HTS hanno il potenziale per essere di dimensioni notevolmente più ridotte e più efficienti rispetto ai trasformatori convenzionali. Questi trasformatori sono ampiamente disponibili, ma a causa del costo elevato dei materiali HTS e della loro disponibilità 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 a sua volta le prestazioni in termini di sostenibilità.
Politiche e normative energetiche volte a 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. Tra queste figurano la direttiva UE sulla progettazione ecocompatibile, le norme del Dipartimento dell’Energia (DOE) per i trasformatori di distribuzione e il regolamento RAEE.
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 prodotta negli Stati membri dell'UE e nel Regno Unito viene sprecata sotto forma di perdite nei trasformatori. Tali perdite ammontano a 93 TWh, una quantità di energia sufficiente a soddisfare il fabbisogno elettrico della Danimarca per un periodo di tre anni. Il regolamento UE sulla progettazione ecocompatibile di livello 2 mira a ridurre lo spreco di energia del 10% rispetto ai livelli del livello 1.
Il regolamento UE sulla progettazione ecocompatibile si applica a tutti i trasformatori presenti sul mercato o in servizio nel Regno Unito e nell'UE. È importante sottolineare che il regolamento UE sulla progettazione ecocompatibile di livello 2 relativo alle 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 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 norma entrerà in vigore a partire dal 2027.
Regolamento sui rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE)
Il regolamento RAEE è stato introdotto nell'UE con l'obiettivo di promuovere il riciclaggio dei rifiuti elettrici ed elettronici. I rifiuti elettrici ed elettronici sono costituiti da una complessa varietà di sostanze, tra cui alcune pericolose per l'ambiente. Pertanto, se le apparecchiature elettriche ed elettroniche dismesse non vengono gestite in modo adeguato, è probabile che abbiano un impatto negativo sull'ambiente e sulla salute umana. 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 di apparecchiature elettriche ed elettroniche immessi sul mercato, raccolti, trattati, recuperati, riutilizzati e riciclati nel periodo 2012-2020.
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 si sono prefissati obiettivi per ridurre le proprie emissioni di carbonio. Stanno inoltre lavorando a strategie che affrontino il riciclaggio dei materiali di scarto nel processo produttivo fino al termine del ciclo di vita delle soluzioni e dei prodotti relativi ai 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 lanciato i trasformatori di potenza e distribuzione EconiQ, che garantiscono trasparenza sull'impatto ambientale dei trasformatori grazie alla valutazione del ciclo di vita, con conseguenti migliori prestazioni in termini di sostenibilità. Questi trasformatori contribuiranno alla decarbonizzazione e alla sicurezza delle persone, proteggeranno l'ecosistema e favoriranno un uso responsabile delle risorse naturali.
Secondo quanto dichiarato da Hitachi Energy, l'impiego dei trasformatori EconiQ può comportare una riduzione del 23% delle emissioni di anidride carbonica equivalente nell'arco dell'intero ciclo di vita del prodotto. Si prevede inoltre che l'impatto sugli ecosistemi circostanti nel corso dell'intero ciclo di vita si ridurrebbe del 15% grazie all'uso dei trasformatori EconiQ, mentre l'impatto sugli ecosistemi circostanti in caso di perdite significative verrebbe completamente eliminato.
Siemens Energy
Allo stesso modo, anche Siemens Energy, uno dei principali produttori di trasformatori, sta realizzando soluzioni e prodotti sostenibili nel settore dei trasformatori. Siemens Energy si è prefissata l'obiettivo che, entro il 2023, tutti i suoi stabilimenti di produzione di trasformatori di potenza consumino energia elettrica proveniente al 100% da fonti rinnovabili. È degno di nota il fatto che, al momento dell'annuncio di tale obiettivo, quasi l'80% dell'energia elettrica fosse già generata da fonti rinnovabili.
Inoltre, Siemens Energy sta attuando una serie di iniziative legate alla sostenibilità all’interno della propria rete di stabilimenti, volte a ridurre le emissioni di anidride carbonica, a proteggere l’ambiente circostante e a diminuire il consumo di materiali e la produzione di rifiuti.
Schneider Electric
Anche Schneider Electric, un altro produttore 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 traguardi locali perseguiti dai team regionali e nazionali dell’azienda. Schneider Electric ha introdotto la piattaforma EcoStruxure, che costituisce 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 tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 6% nel periodo 2022-2027 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 registrerà una crescita nei prossimi anni. Per soddisfare la domanda di trasformatori sostenibili, i produttori di apparecchiature originali stanno integrando tecnologie efficienti dal punto di vista energetico, utilizzando materiali ecocompatibili e fornendo soluzioni di gestione energetica insieme ai 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 OEM di trasformatori che stanno adottando pratiche industriali sostenibili e introducendo soluzioni e prodotti sostenibili aumenterà in futuro rispetto a quella dei produttori OEM 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 imbatterci in misure politiche simili alla Direttiva sulla progettazione ecocompatibile 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 del settore delle reti elettriche presso PTR Inc. Attualmente si occupa del mercato dei trasformatori di potenza e di distribuzione, dove è responsabile dell'analisi delle ultime tendenze di mercato e delle innovazioni nelle diverse regioni. Ha conseguito un master in gestione dell'ingegneria presso l'Università di Debrecen.
Contatti:
Hassan Zaheer - Direttore commerciale
+49-89-12250950
