di Aleena Ahmad, analista di ricerca – presso Power Technology Research

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

A partire dallo storico Accordo di Parigi (del 2015), le economie di tutto il mondo hanno fissato obiettivi ambiziosi in materia di energie rinnovabili per contrastare 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 significativo aumento della capacità globale di generazione da fonti rinnovabili, in particolare nei paesi sviluppati. Nel 2021 è stata installata a livello globale una capacità di generazione da fonti rinnovabili di circa 302 GW, di cui 168 GW provenienti esclusivamente dal solare fotovoltaico.

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

Figura 1: Diverse soluzioni tecnologiche nel settore dei trasformatori.
Fonte: Power Technology Research

Nel corso degli anni, nel settore dei trasformatori sono state sviluppate diverse soluzioni tecnologiche che svolgono un ruolo di supporto nella transizione verso l'energia pulita. Tra queste figurano i trasformatori sottomarini, l'olio a base di esteri per trasformatori, l'acciaio ecologico per trasformatori e i trasformatori digitali.
 

Trasformatore sottomarino

Il trasformatore sottomarino è un'unità ermeticamente sigillata, riempita di fluido e dotata di sistema di compensazione della pressione, utilizzata per l'alimentazione elettrica nei giacimenti in acque profonde. Il sistema di compensazione della pressione del trasformatore sottomarino mantiene la pressione interna vicina a quella esterna all'acqua, immergendo i componenti interni nel liquido ed eliminando tutti i vuoti contenenti aria o gas. Il raffreddamento del trasformatore avviene in modo naturale tramite convezione.

Una delle applicazioni dei trasformatori sottomarini riguarda i 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 dedicata al 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, nonché la verifica dell'affidabilità in condizioni sottomarine del trasformatore da 55 tonnellate.

Olio di esteri

In genere nei trasformatori si utilizza l'olio minerale a scopo isolante e di raffreddamento, ma l'olio a base di esteri rappresenta un'alternativa sostenibile, in quanto è biodegradabile e riduce il rischio di incendio. È in fase di consegna un trasformatore progettato specificamente per l'impiego nei parchi solari con fluidi biodegradabili, basse emissioni_{di CO2} e un minor fabbisogno di materiali 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 di ingegneria di EGP. Sarà installato in Spagna nell'ambito del cluster solare VIDCO (in fase di costruzione), costituito da tre impianti solari fotovoltaici: GEMINA, AGRIA e ALAUDAE.   

Si stima che i trasformatori consentano di ridurre le emissioni di_CO₂ di 45 tonnellate e di risparmiare 14 tonnellate di materie prime, tra cui ferro, alluminio e carta isolante, utilizzate durante la costruzione. Inoltre, il trasformatore utilizza il «Natural Ester Cargill FR3», una miscela a base di soia con additivi che riduce i rischi di perdite e di incendio solitamente associati all’olio minerale e aumenta la resistenza del trasformatore alle alte temperature.
 

Acciaio verde

Per "acciaio verde" si intende l'acciaio con la minore impronta di carbonio, che solitamente varia da produttore a produttore ed è destinata a evolversi nel tempo. Thyssenkrupp, leader di mercato in Europa nel settore dell'acciaio elettrico, ha introdotto un acciaio a bassa impronta di carbonio, creando un precedente nel settore che incoraggia altri produttori a optare per processi di produzione sostenibili. Si prevede che il nuovo acciaio a bassa impronta di carbonio dia un impulso significativo alle iniziative di transizione energetica in corso nella regione. Cinquanta tonnellate di questo nuovo acciaio elettrico a bassa impronta di carbonio
sono state acquistate da SGB-SMIT, che le utilizzerà per produrre trasformatori destinati alle sottostazioni di tensione digitali di E.ON in Germania. Tenendo presente la direttiva sulla progettazione ecocompatibile dell'UE, che richiede l'uso di materie prime e prodotti sostenibili, si prevede che in futuro anche altre aziende di servizi pubblici acquisteranno trasformatori realizzati in acciaio verde.

È importante sottolineare che l'acciaio elettrico viene utilizzato non solo nella produzione di trasformatori di potenza e di distribuzione, ma anche nelle colonnine di ricarica per auto elettriche e nei motori elettrici. L'impiego di acciaio elettrico ecologico nella produzione di questi prodotti contribuirà a promuovere la transizione energetica sia a livello regionale che globale.

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

Trasformatori digitali

Un trasformatore digitale è un trasformatore dotato di sensori che raccolgono dati per consentire la gestione delle risorse e l'ottimizzazione della rete. Una ricerca pubblicata dal CIGRÉ, un'organizzazione globale senza scopo di lucro leader nel settore dell'energia elettrica ad alta tensione, ha rilevato che il monitoraggio dei trasformatori ha il potenziale di garantire una riduzione del 75% dei costi di riparazione grazie alla diagnosi precoce, una riduzione del 60% delle perdite di ricavi dovute a problemi o interruzioni impreviste, una riduzione del 50% del rischio di guasti catastrofici e un risparmio sui costi annuali fino al 2% del prezzo di un nuovo trasformatore.

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

Uno sguardo al futuro

Secondo Power Technology Research, nei prossimi anni i fornitori di trasformatori che offrono soluzioni innovative, sostenibili e rispettose dell’ambiente dovrebbero aumentare la propria quota di mercato. La transizione energetica globale non può avvenire in modo isolato: l'intero ecosistema energetico deve sostenere tale transizione ed è qui che tutte queste tecnologie hanno un ruolo fondamentale da svolgere. Inoltre, si prevede che il parco trasformatori obsoleto installato nelle economie avanzate, in particolare quelle che dispongono di margini di manovra fiscale, verrà sostituito con le soluzioni di trasformazione più recenti, più compatibili con le applicazioni di generazione da fonti rinnovabili in particolare e con la transizione energetica in generale.

Profilo 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 al settore dei trasformatori presso PTR ed è responsabile della raccolta e dell’analisi dei dati in vari ambiti, tra cui la struttura delle aziende di distribuzione, il parco installato di apparecchiature di trasmissione e distribuzione 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 possiede una laurea in Ingegneria Elettrica.

Contatti:

Hassan Zaheer - Direttore esecutivo Relazioni con i clienti e consulenza

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