di Aleena Ahmad, analista di ricerca presso Power Technology Research

• Nel 2021 è stata installata a livello globale una capacità di generazione rinnovabile di circa 302 GW, di cui 168 GW provenienti dal solo solare fotovoltaico.
• Nel corso degli anni, nel settore dei trasformatori sono emerse diverse soluzioni tecnologiche che svolgono un ruolo di supporto nella transizione verso l'energia pulita.
• Secondo Power Technology Research, i fornitori di trasformatori che offrono soluzioni innovative, sostenibili e rispettose dell'ambiente dovrebbero aumentare la loro quota di mercato nei prossimi anni.

Dall'accordo storico di Parigi (nel 2015), le economie di tutto il mondo hanno fissato obiettivi ambiziosi in materia di energie rinnovabili per combattere il cambiamento climatico. Questi obiettivi, insieme al miglioramento delle politiche secondo l'Agenzia internazionale per l'energia, hanno portato nel corso degli anni a un aumento significativo della capacità di generazione rinnovabile globale, in particolare nei paesi sviluppati. Nel 2021 è stata installata a livello globale una capacità di generazione rinnovabile di circa 302 GW, di cui 168 GW solo per il solare fotovoltaico.

Questi aumenti della capacità rinnovabile richiedono a loro volta la modernizzazione e l'ammodernamento della rete elettrica nei paesi, creando una domanda di apparecchiature di rete, in particolare trasformatori. L'industria dei trasformatori, d'altra parte, in risposta alle mutevoli esigenze, si è orientata verso soluzioni tecnologiche sostenibili e rispettose dell'ambiente, che si abbinano bene alle energie rinnovabili e mirano anche a una rete più pulita.

Figura 1: Diverse soluzioni tecnologiche nel settore dei trasformatori.
Fonte: Ricerca sulle tecnologie energetiche

Nel corso degli anni, nel settore dei trasformatori sono emerse diverse soluzioni tecnologiche che svolgono un ruolo di supporto nella transizione verso l'energia pulita. Queste soluzioni tecnologiche includono trasformatori sottomarini, olio estere per trasformatori, acciaio verde per trasformatori e trasformatori digitali.
 

Trasformatore sottomarino

Il trasformatore sottomarino è un'unità ermeticamente sigillata, riempita di fluido e compensata in pressione, utilizzata per le operazioni di alimentazione elettrica nei campi in acque profonde. Il sistema di compensazione della pressione del trasformatore sottomarino mantiene la pressione interna vicina alla pressione esterna immergendo le parti interne nel liquido e rimuovendo tutti i vuoti pieni di aria e gas. Il raffreddamento del trasformatore avviene naturalmente attraverso la convezione.

Una delle applicazioni dei trasformatori sottomarini è rappresentata dai grandi parchi eolici in mare aperto, che potrebbero utilizzarli per collegarsi alla rete elettrica terrestre. L'installazione di un trasformatore sul fondale marino elimina la necessità di costruire una piattaforma galleggiante specifica per il trasformatore. Altre applicazioni sono i parchi di turbine mareomotrici e i parchi di convertitori di energia del moto ondoso.

Hitachi Energy ha recentemente avviato i test sul trasformatore sottomarino da 24 MVA che sarà fornito a OneSubsea. Attualmente è in corso la valutazione del comportamento termico e del sistema di compensazione della pressione del trasformatore sottomarino, insieme alla valutazione dell'affidabilità in condizioni sottomarine del trasformatore sottomarino da 55 T.

Olio estere

Generalmente nei trasformatori si utilizza olio minerale per l'isolamento e il raffreddamento, ma l'olio estere rappresenta un'alternativa sostenibile, biodegradabile e con un minor rischio di incendio. È in fase di consegna un trasformatore progettato specificamente per l'uso nei parchi solari con fluidi biodegradabili, basse emissioni_{di CO2} e minori requisiti di materiale durante la costruzione, che dovrebbe rivoluzionare il settore dei trasformatori. Il trasformatore è stato progettato e sviluppato grazie alla collaborazione tra WESTRAFO, EUROLAM, Technology-DTV e la divisione ingegneristica di EGP. Sarà installato in Spagna nell'ambito del cluster solare VIDCO (in fase di costruzione) che comprende tre impianti solari fotovoltaici: GEMINA, AGRIA e ALAUDAE.   

Si stima che i trasformatori ridurranno le emissioni di 45 tonnellate di_CO2 e consentiranno un risparmio di 14 tonnellate di materie prime, tra cui ferro, alluminio e carte isolanti consumate durante la costruzione. Inoltre, il trasformatore utilizza "Natural Ester Cargill FR3", una miscela a base di soia con additivi che riduce i rischi di perdite e incendi solitamente associati all'olio minerale e aumenta la capacità del trasformatore di resistere alle alte temperature.
 

Acciaio verde

L'acciaio verde è l'acciaio con la più bassa impronta di carbonio, che di solito varia da produttore a produttore e dovrebbe evolversi nel tempo. Thyssenkrupp, leader di mercato nell'acciaio elettrico in Europa, ha introdotto un acciaio a bassa impronta di carbonio e ha creato un precedente nel settore, spingendo altri produttori a optare per processi di produzione sostenibili. Il nuovo acciaio a bassa impronta di carbonio dovrebbe dare un impulso significativo alle iniziative di transizione energetica in corso nella regione. Cinquanta tonnellate di questo nuovo acciaio elettrico a impronta di carbonio ridotta
sono state acquistate da SGB-SMIT, che lo utilizzerà per produrre trasformatori per le sottostazioni di tensione digitali di E.ON in Germania. Tenendo presente la direttiva sull'eco-progettazione dell'UE che richiede l'uso di materie prime e prodotti sostenibili, si prevede che anche altre aziende di servizi pubblici acquisteranno in futuro trasformatori costruiti con acciaio verde.

È importante sottolineare che l'acciaio elettrico viene utilizzato non solo nella produzione di trasformatori di potenza e distribuzione, ma anche nelle colonnine di ricarica delle auto elettriche e nei motori elettrici. L'uso di acciaio elettrico verde nella produzione di questi prodotti promuoverà l'agenda della transizione energetica nella regione e a livello globale.

Figura 2: Potenziali vantaggi della digitalizzazione dei trasformatori. Fonte: CIGRÉ (L'immagine è di proprietà di Power Technology Research)

Trasformatori digitali

Il trasformatore digitale è un trasformatore dotato di sensori che raccolgono dati per eseguire la gestione delle risorse e l'ottimizzazione della rete. Una ricerca pubblicata dal CIGRÉ, un'organizzazione globale senza scopo di lucro leader nel campo dell'elettricità ad alta tensione, ha rilevato che il monitoraggio dei trasformatori ha il potenziale di ridurre del 75% i costi di riparazione grazie alla diagnosi precoce, del 60% le perdite di entrate dovute a problemi/interruzioni imprevisti, del 50% il rischio di guasti catastrofici e di ottenere un risparmio annuo fino al 2% del prezzo di un nuovo trasformatore.

Nel 2020, ABB Power Grid ha fornito trasformatori digitalizzati a nove progetti cileni di Mainstream, seguiti dalla fornitura di trasformatori di potenza per tre progetti di energia eolica in Cile (Cuel, Sarco e Aurora) con una capacità di generazione cumulativa di 332 MW. L'anno scorso, la divisione Enel Infrastructure and Networks ha scelto di implementare^{l'ecosistema TXpertTM} per la digitalizzazione dei trasformatori di Hitachi ABB Power Grids.

Guardando al futuro

Secondo Power Technology Research, i fornitori di trasformatori che offrono soluzioni innovative, sostenibili e rispettose dell'ambiente dovrebbero aumentare la loro quota di mercato nei prossimi anni. La transizione energetica globale non può avvenire in modo isolato, l'intero ecosistema energetico deve sostenere la transizione ed è qui che tutte queste tecnologie hanno un ruolo enorme da svolgere. Inoltre, si prevede che la base installata di trasformatori obsoleti nelle economie avanzate, in particolare quelle che dispongono di spazio fiscale, sarà sostituita con le più recenti soluzioni di trasformazione più compatibili con le applicazioni di generazione rinnovabile in particolare e con la transizione energetica in generale.

Biografia dell'analista:

Analista di mercato – Ricerca sulle tecnologie energetiche

Aleena Ahmad è analista di mercato presso Power Technology Research (PTR). Si occupa di progetti relativi ai trasformatori presso PTR ed è responsabile della raccolta e dell'analisi dei dati in vari settori, tra cui la struttura delle utility di distribuzione, la base installata di apparecchiature T&D e le tendenze future del mercato. In qualità di analista di mercato presso PTR, svolge analisi approfondite delle diverse tecnologie presenti nel mercato dei trasformatori e del loro impatto. Prima di entrare a far parte di PTR, Aleena ha lavorato presso Nestlé come ingegnere elettrico e dell'automazione. Aleena ha una formazione tecnica e ha conseguito una laurea in Ingegneria Elettrica.

Contatto:

Hassan Zaheer - Direttore esecutivo Relazioni con i clienti e consulenza

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