Olio per trasformatori: la spina dorsale silenziosa dei sistemi di alimentazione

I trasformatori sono infrastrutture fondamentali che garantiscono la sicurezza nazionale, la stabilità economica e la sicurezza pubblica nell'era moderna. Dieci anni fa, l'incendio di un trasformatore nel 2015 ha costretto alla chiusura del reattore nucleare di Indian Point, situato a nord di New York City. Questo incidente ha causato interruzioni di corrente in diverse aree e una fuoriuscita di olio dal trasformatore nel fiume, con conseguente contaminazione ambientale e costosi interventi di bonifica. 
Questo è uno dei tanti esempi che evidenziano perché l'uso di apparecchiature di rete sicure e affidabili, compresi i trasformatori, è fondamentale per prevenire effetti a cascata sulla rete elettrica e sull'ambiente.

Perché l'olio per trasformatori è fondamentale per garantire un'alimentazione affidabile

Lo stato di salute di un trasformatore è strettamente legato allo stato di salute della rete elettrica, e un fattore determinante di tale stato di salute è l'olio del trasformatore, il fluido che isola i componenti ad alta tensione e rimuove il calore dagli avvolgimenti e dal nucleo del trasformatore. La scelta dell'olio ha un impatto significativo sull'efficienza, la sicurezza e la durata di vita di un trasformatore.

Quasi il 70% dei trasformatori di rete negli Stati Uniti ha superato la propria durata di vita utile. Le aziende di servizi pubblici si stanno affrettando a modernizzare le proprie infrastrutture e a sostituire le apparecchiature obsolete a fronte di un aumento senza precedenti della domanda di energia elettrica. Il vento favorevole della crescente domanda di energia sta creando anche un aumento della domanda di trasformatori, e nessun trasformatore è completo senza il suo olio isolante. Seguendo le tendenze del mercato dei trasformatori, anche il mercato dell'olio per trasformatori sta subendo un cambiamento, con le preferenze di acquisto che iniziano a mutare a causa di:

• Obiettivi di sostenibilità

• Rischio di incendi boschivi e tempeste

• Specifiche di approvvigionamento

• Considerazioni assicurative e 

• Disponibilità delle scorte di base

Questi fattori stanno spingendo gli acquirenti a prendere in considerazione opzioni di olio per trasformatori a basse emissioni di carbonio. L'olio minerale rimane il punto di riferimento, ma il mercato si sta orientando verso fluidi che migliorano la resilienza, riducono l'impatto ambientale e prolungano la durata delle apparecchiature.

Una panoramica del mercato nordamericano dei trasformatori

Prima di approfondire la discussione sugli oli utilizzati nei trasformatori, è essenziale comprendere le dinamiche di mercato prima di esplorare il ruolo fondamentale degli oli per trasformatori.

Panoramica sulla base installata e sulla domanda

Il parco trasformatori degli Stati Uniti è vasto e strategicamente importante a livello mondiale. Ogni anno, le aziende di servizi pubblici aggiungono oltre un milione di trasformatori per stare al passo con l'elettrificazione, la sostituzione delle infrastrutture e l'integrazione delle energie rinnovabili.

Considerando la portata degli impianti nel 2024, le aziende di servizi pubblici del Nord America hanno installato circa 1,4 milioni di trasformatori a olio, con gli Stati Uniti che rappresentano una parte significativa di questi impianti. Questa ondata di nuovi collegamenti e sostituzioni sottolinea non solo le dimensioni della rete elettrica statunitense, ma anche il continuo ricambio delle risorse necessarie per garantire un'erogazione affidabile dell'energia elettrica.

Questo aumento delle installazioni non è un picco occasionale, ma dovrebbe continuare a crescere ogni anno fino al 2030, trainato da diversi fattori strutturali:

• Elettrificazione: la crescita dei veicoli elettrici, delle pompe di calore e dell'elettrificazione industriale sta determinando un aumento dei carichi di distribuzione e delle sottostazioni, rendendo necessaria l'aggiunta continua di trasformatori.

• Infrastrutture obsolete: le infrastrutture obsolete affliggono il mercato dei trasformatori di potenza degli Stati Uniti, dove condizioni meteorologiche estreme hanno raddoppiato le interruzioni di corrente, con l'83% attribuibile a eventi legati al clima. 

• Decarbonizzazione: il mercato nordamericano dei trasformatori di potenza è destinato a crescere in modo significativo grazie agli ambiziosi obiettivi di decarbonizzazione. Ogni anno vengono aggiunti livelli record di capacità eolica, solare e di stoccaggio, e ogni progetto richiede trasformatori di rete e di interconnessione.

• Modernizzazione della rete elettrica: programmi federali e statali, tra cui miliardi di dollari di finanziamenti del DOE Grid Resilience and Innovation Partnerships (GRIP), stanno convogliando capitali direttamente nell'acquisto di trasformatori sia per la sostituzione di impianti obsoleti che per il rafforzamento del sistema contro condizioni meteorologiche estreme.

• Data center: la digitalizzazione e l'intelligenza artificiale hanno dato origine a un nuovo segmento di domanda significativo di trasformatori, ovvero i data center. Secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), nel 2023 i data center rappresentavano circa il 4,4% del consumo totale di elettricità negli Stati Uniti e si prevede che questa quota aumenterà nei prossimi anni.

Catena di approvvigionamento: capacità interna vs importazioni

Mentre la domanda continua a crescere rapidamente a causa dell'invecchiamento delle infrastrutture e dell'elevato volume di progetti greenfield, il mercato dei trasformatori sta ora affrontando una crescente crisi di approvvigionamento che minaccia di mettere a dura prova le operazioni in tutti i segmenti di utenti finali. Gli Stati Uniti stanno vivendo una crisi della catena di approvvigionamento dovuta a diversi fattori, con conseguente aumento dei tempi di consegna e dei costi dei trasformatori. Ecco alcuni dei principali fattori che influenzano la catena di approvvigionamento dei trasformatori negli Stati Uniti.

• Carenza di materie prime: la catena di approvvigionamento dei trasformatori negli Stati Uniti sta affrontando una pressione crescente dovuta principalmente alla carenza di materie prime, in particolare acciaio elettrico, rame e alluminio. L'aumento della domanda globale, unito alla limitata capacità produttiva interna, ha ridotto la disponibilità e fatto aumentare i costi.

• Tensioni geopolitiche: le tensioni geopolitiche tra gli Stati Uniti e paesi come la Cina e la Russia stanno complicando ulteriormente le catene di approvvigionamento dei trasformatori. Le restrizioni commerciali, i dazi doganali e le sanzioni su materiali chiave come l'acciaio elettrico e i minerali critici hanno interrotto le importazioni e aumentato i rischi di approvvigionamento.

• Modifiche normative: i nuovi standard di efficienza del Dipartimento dell'Energia (DOE) richiedono ai produttori di progettare trasformatori con perdite ridotte nel nucleo e nell'avvolgimento, con un impatto diretto sulla scelta dei materiali e sui costi di produzione. Anche le normative influenzano i materiali, come il mandato sull'acciaio Emorpha, che enfatizza l'adozione di acciai elettrici avanzati a grani orientati. 

Inoltre, requisiti più severi in materia di sicurezza antincendio, rumore e isolamento stanno spingendo gli OEM a riprogettare i prodotti per conformarsi agli standard in evoluzione, mettendo a dura prova la catena di approvvigionamento delle materie prime critiche.

Gli Stati Uniti sono in gran parte autosufficienti nel soddisfare la domanda interna di trasformatori di piccola e media potenza, con una capacità produttiva attuale di 130.000 MVA. Tuttavia, dipendono fortemente dalle importazioni quando si tratta di trasformatori di grandi dimensioni, con una capacità produttiva interna attuale di 70.000 MVA. L'indagine del 2024 della Commissione per il commercio internazionale degli Stati Uniti (USITC) rileva che la Corea del Sud è una delle principali fonti di LPT e che il Messico è stato la più grande fonte non soggetta nel 2023.

Per soddisfare la domanda regionale, ingenti investimenti stanno alimentando l'espansione della produzione interna e si prevede che la capacità raddoppierà entro il 2030 per le unità di grandi dimensioni. Tuttavia, si prevede che il mercato dei trasformatori di distribuzione riceverà investimenti limitati. 

Quale olio mantiene in funzione la rete elettrica? Un confronto tecnico

Esistono diverse famiglie di oli per trasformatori utilizzati a livello globale. Poiché il nostro focus è sulla rete elettrica statunitense, la maggior parte dei trasformatori funziona ancora con olio minerale. Questo olio viene solitamente estratto dal petrolio e raffinato in gradi naftenici o paraffinici.

I fluidi a base di esteri sono disponibili sia in forma sintetica che naturale (biodegradabile). Questa specifica famiglia di oli sta guadagnando attenzione per i suoi elevati livelli di sicurezza antincendio e il basso impatto ambientale.

Fondamenti comparativi: chimica e prestazioni dell'olio

Per comprendere meglio le basi tecniche e le specifiche di entrambe le famiglie di oli per trasformatori, di seguito sono riportate delle tabelle di riferimento che presentano un'analisi comparativa tra oli minerali e oli esteri. 

Tabella 1: Proprietà dell'olio minerale naftenico rispetto a quello paraffinico
Fonte: PTR Inc.

Tabella 2: Proprietà dell'olio sintetico rispetto all'olio naturale a base di esteri
Fonte: PTR Inc.

Da minerale a estere: il panorama mutevole degli oli per trasformatori negli Stati Uniti

Il mercato statunitense degli oli per trasformatori rimane dominato dagli oli minerali, che rappresentano la maggior parte della base installata. Tuttavia, gli oli a base di esteri stanno emergendo come una potenziale nicchia. Ecco una panoramica del mercato statunitense degli oli per trasformatori, che mostra il ruolo dominante degli oli minerali nei progetti greenfield e la crescente nicchia conquistata dagli esteri naturali e sintetici.

Il mercato statunitense dell'olio per trasformatori è caratterizzato da un parco macchine vasto e obsoleto e da una costante necessità di ammodernamenti, con gli oli minerali naftenici che continuano a dominare il mercato. I nuovi progetti greenfield, tra cui le energie rinnovabili, i data center e le sottostazioni urbane, prevedono sempre più spesso l'uso di esteri o oli a basse emissioni di carbonio, mentre le unità brownfield continuano a fare ampio uso di oli minerali, con l'emergere di rifornimenti selettivi.

Allo stesso tempo, le utility stanno sperimentando trasformatori a estere naturale per migliorare la sicurezza antincendio e la sostenibilità e stanno ampliando i programmi di riciclaggio per sostenere i loro obiettivi di economia circolare. Ad esempio, Southern California Edison ha sostituito i trasformatori di distribuzione aerei con unità riempite con estere in aree mirate.

Ecco una panoramica dettagliata delle proprietà, delle applicazioni e delle tendenze di mercato negli Stati Uniti per entrambe le famiglie di oli.

Figura 2: Applicazioni dell'olio per trasformatori rispetto alle tendenze di mercato negli Stati Uniti
Fonte: PTR Inc.

Dinamiche dal lato dell'offerta: oli, operatori e scelte di utilità

Gli oli per trasformatori negli Stati Uniti sono forniti da una combinazione di raffinerie nazionali e produttori globali. Tra i principali operatori figurano:

• Ergon (con una quota di mercato del 50% nel mercato statunitense degli oli minerali)

• Calumet (specialisti statunitensi in naftenici, ma oscurati da Ergon)

• Shell (titolare di un ampio portafoglio di oli minerali)

• Nynas (leader mondiale nel settore dei naftenici)

• Cargill (pioniere nei fluidi a base di esteri naturali)

• ExxonMobil (fornitore di oli minerali per trasformatori)

• Chevron (produttore di oli base diversificati)

Insieme, queste aziende coprono sia il settore minerario tradizionale che quello emergente degli esteri.

Manuale sull'olio per trasformatori

Questi fornitori di oli coprono l'intera gamma, dagli oli minerali che dominano la flotta agli esteri che alimentano nuove applicazioni sostenibili. Ecco una panoramica di chi fornisce cosa:

• Gli oli naftenici sono forniti da Ergon, Nynas e Calumet come fornitori principali.

• Gli oli paraffinici sono gestiti da Shell, uno dei principali operatori del mercato. 

• Nel caso degli esteri, Cargill è leader nella fornitura di esteri naturali, mentre M&I Materials e altre aziende specializzate forniscono esteri sintetici per applicazioni di nicchia.

Potere di approvvigionamento: le utility stabiliscono le regole

Le grandi aziende di servizi pubblici come PG&E, Duke Energy e TVA svolgono un ruolo fondamentale nel plasmare le dinamiche dei fornitori. Le loro politiche di approvvigionamento danno sempre più peso agli obiettivi ESG, alla sicurezza antincendio e ai costi del ciclo di vita, influenzando l'adozione degli esteri in progetti selezionati e garantendo al contempo che gli oli minerali rimangano i leader in termini di volume per la manutenzione delle flotte.

Dove si dirigerà il mercato petrolifero

Il mercato statunitense degli oli per trasformatori è ancora dominato dagli oli minerali, in particolare dai gradi naftenici che si adattano alla vasta flotta esistente. Tuttavia, il mix sta cambiando. Gli esteri si stanno facendo spazio nei progetti rinnovabili, nelle sottostazioni urbane e nei siti sensibili al fuoco, sostenuti da finanziamenti e mandati di sostenibilità che favoriscono i fluidi biodegradabili. Anche gli oli paraffinici stanno guadagnando terreno, con formulazioni isoparaffiniche che offrono una maggiore stabilità per ambienti difficili. 

La concorrenza tra i fornitori non si basa più solo sul prezzo. L'affidabilità dell'approvvigionamento e la conformità agli standard ambientali sono sempre più decisive. Il futuro del mercato troverà un equilibrio tra la radicata dipendenza dai minerali e la crescente adozione di alternative più ecologiche.

Azhar Fayyaz

Analista di mercato senior presso PTR Inc.

Azhar Fayyaz è analista di mercato senior presso PTR Inc. Si occupa di progetti relativi alla rete elettrica presso Power Technology Research, raccogliendo dati sulla struttura della rete delle utility di distribuzione, stimando la base installata delle apparecchiature di trasmissione e distribuzione e analizzando le informazioni per prevedere le tendenze future del mercato. In qualità di analista di mercato presso PTR, esegue analisi competitive di diverse aziende che operano in una regione e determina la loro quota di mercato per un prodotto specifico. Ha anche più di 5 anni di esperienza come ingegnere senior di turno presso la centrale elettrica di Chashma. Azhar ha una formazione tecnica e ha conseguito un master in ingegneria energetica.   

Informazioni su PTR:  

Con oltre un decennio di esperienza nel settore delle reti elettriche e delle nuove energie, PTR Inc. si è evoluta da società di ricerche di mercato a partner strategico per la crescita, supportando la transizione e la crescita dei propri clienti nel panorama delle energie rinnovabili e della mobilità elettrica, in particolare nel settore della produzione di infrastrutture elettriche. 

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