几十年来，电力变压器在电力行业，尤其是电力输配电领域，一直发挥着重要作用。
作者：Shaista Naz，研究分析师——PTR Inc.
几十年来，电气 变压器 在电力行业，尤其是电力输配电领域，一直发挥着重要作用。但全球绝大多数已安装的变压器（包括配电变压器和电力变压器）均由原始设备制造商（OEM）生产，且几乎未考虑可持续性因素。这些变压器及其相关的线性商业模式导致了严重的能源浪费、材料浪费和温室气体排放，这些情况显然是不理想的。
然而，在过去十年间，特别是《巴黎协定》签署后，能源行业已发生重大转变，开始采用注重生态设计、脱碳、提高能效及建立可持续供应链的可持续行业实践。
变压器领域的可持续发展转型
全球变压器市场，尤其是欧盟和美国等发达经济体的市场，正从传统变压器向可持续变压器转型。这一转变主要归因于市场力量、监管机构以及客户对环保技术解决方案需求的激增——在变压器领域，这些客户主要为公用事业公司。
多年来，变压器市场的消费者、投资者及其他利益相关方日益关注变压器行业对环境的影响，进而推动了对可持续变压器的需求。在可持续变压器的设计与制造过程中，这些变压器采用本质上环保的原材料和组件。另一方面，监管机构为变压器行业提供了亟需的推动力，促使该行业采用可持续的工业实践，并摆脱线性商业模式。
配电变压器的当前市场
据PTR Inc.预测，2022年至2027年间，全球变压器市场规模（按收入计算）预计将以6%的复合年增长率（CAGR）增长。该市场的主要驱动力包括电力需求的增长、电气化率的提升，以及各国发电结构中可再生能源渗透率的提高。
根据PTR Inc.的估算，全球 电力变压器 市场的主要参与者包括日立能源、西门子、通用电气、晓星和中国XD。而全球 配电变压器 市场的领先企业包括日立能源、西门子能源、施耐德电气、东芝和伊顿。截至2022年，亚太地区在全球变压器市场中占据最大份额，占总份额的40%，其次是北美（约占30%）、欧洲、中东和非洲以及南美。
图1：全球电力变压器市场的领先企业。
来源：PTR Inc.
图2：全球配电变压器市场的领先企业。
来源：PTR Inc.
变压器行业的技术发展推动可持续发展
PTR公司注意到全球变压器行业出现了多项促进可持续发展的技术进展，包括非晶金属合金、高温超导变压器和智能变压器。
非晶金属合金
硅钢常用于制造传统变压器铁芯，但这会导致因磁滞和涡流而产生较高的能量损耗。正因如此，变压器行业正逐步从使用硅钢制造变压器铁芯转向使用非晶金属合金，后者比传统变压器铁芯的效率高出多达80%，不仅能降低能耗，还能减少二氧化碳排放。
高温超导变压器
目前正在对高温超导（HTS）变压器进行研究，这类变压器借助超导材料，能够无电阻地进行电力转换。这进而有助于降低能量损耗并提高效率。 高温超导变压器有望比传统变压器体积大幅缩小且效率更高。虽然这类变压器已广泛投入使用，但由于高温超导材料成本高昂且供应有限，目前该技术尚未被视为可行方案。
智能变压器
智能变压器利用传感器和数字通信技术，实时监测和控制电压水平。 另一方面，传统变压器本质上是被动的，仅允许电流单向流动，且未设计成能够适应快速变化的负荷。随着风力涡轮机、太阳能电池板和电动汽车等分布式能源资源逐渐并入电网，预计这些传统变压器将逐渐被淘汰。然而，智能变压器有望使电力电网更加清洁和灵活，从而提升其可持续性表现。
促进可持续变压器的能源政策与法规
多年来，针对变压器（包括电力变压器和配电变压器）的各项政策和法规陆续出台并进行了修订。这些政策和法规包括欧盟的《生态设计指令》、美国能源部（DOE）的配电变压器标准以及《废弃电气和电子设备（WEEE）法规》。
图3：损耗与效率的关系。
来源：联合国
欧盟《生态设计指令》
根据欧盟委员会的估算，欧盟成员国和英国所产生的全部能源中，约有2.9%以变压器损耗的形式被浪费。这些损耗总量达93太瓦时，足以为丹麦提供三年的电力需求。 欧盟《生态设计第二阶段》法规旨在将能耗浪费较第一阶段水平降低10%。
欧盟《生态设计》法规适用于英国和欧盟境内所有已上市或正在使用的变压器。值得注意的是，针对变压器损耗的欧盟《生态设计第二阶段》法规已于2021年7月1日生效，取代了第一阶段法规。
美国配电变压器的新能效标准
美国能源部（DOE）已针对多类配电变压器提出了新的能效标准，旨在增强电网韧性、降低电费支出，并大幅减少二氧化碳排放。 预计根据新的配电变压器能效标准，几乎所有生产的变压器都将采用非晶钢芯，与采用取向电工钢制造的变压器相比，非晶钢芯具有更高的能效。如果这些标准能在美国能源部提出的期限内获得通过，新规将从2027年起生效。
《废弃电气和电子设备（WEEE）条例》
欧盟实施了《废弃电气和电子设备指令》（WEEE），重点关注电子和电气废弃物的回收利用。电子和电气废弃物由多种复杂的物质组成，其中包括对环境有害的物质。因此，如果对废弃的电气和电子设备管理不当，很可能会对环境和人类造成负面影响。 另一方面，现代电气和电子设备含有稀土金属及其他宝贵资源。通过完善的废弃物管理体系，这些稀土金属及其他宝贵资源可以被回收并重新利用。
值得注意的是，当电气和电子设备达到使用寿命终点时，可以通过符合循环经济理念的方式对其进行收集、处理和回收。
图4：2012年至2020年间投放市场、收集、处理、资源化利用、再利用和回收的电气和电子废弃物。
来源：欧盟统计局
原始设备制造商在推广可持续产品中的作用
全球各地的变压器原始设备制造商（OEM），尤其是发达经济体的厂商，正积极采用可持续的行业实践。例如，它们正转向使用环保型原材料，并在变压器技术上进行了必要的改进，以提高能效并降低能量损耗。PTR Inc. 观察到，这些OEM厂商已制定了减少碳排放的目标。此外，它们还在研究相关方案，以处理从生产过程到变压器解决方案及产品报废全生命周期中的废弃物回收问题。 日立能源、西门子能源和施耐德电气是正在推出可持续变压器解决方案和产品的主要变压器原始设备制造商。
日立能源
日立能源推出了EconiQ电力和配电变压器，该系列产品通过生命周期评估，清晰呈现变压器对环境的影响，并在此基础上提升了可持续性表现。这些变压器将有助于实现脱碳、保障人身安全、保护生态系统，并推动自然资源的负责任使用。
据日立能源称，部署EconiQ变压器可在产品生命周期内将二氧化碳当量排放量减少23%。预计使用EconiQ变压器还将使整个生命周期内对周边生态系统的影响减少15%，而在发生重大泄漏时，对周边生态系统的影响将完全消除。
西门子能源
同样，作为领先的变压器制造商，西门子能源也在生产可持续的变压器解决方案和产品。西门子能源已设定目标，到2023年，所有电力变压器工厂将100%使用绿色电力。值得注意的是，在该目标公布时，其电力消耗中已有近80%来自可再生能源。
此外，西门子能源正在其工厂网络中实施一系列与可持续发展相关的举措，旨在减少二氧化碳排放、保护周边环境，并降低原材料消耗和废物产生。
施耐德电气
另一家变压器原始设备制造商施耐德电气（Schneider Electric）也正在采取可持续的行业实践。在施耐德电气的“可持续发展影响计划”下，该公司制定了11项计划于2025年前实现的全球目标，同时其各区域和国家团队还致力于实现数百项本地目标。施耐德电气推出了EcoStruxure平台，该平台是公司物联网架构的核心。 该平台提供了连接与智能的核心能力、支持智能运营的互操作性，以及面向云连接数字服务的基础设施。值得注意的是，EcoStruxure平台已使整个价值链的碳足迹绝对值减少了25%。
展望未来
据PTR Inc.预测，2022年至2027年间，全球变压器市场规模（按收入计算）预计将以6%的复合年增长率（CAGR）增长。考虑到整体市场的增长预期及当前的监管环境，可以合理推测，可持续变压器市场在未来几年也将实现增长。 为满足对可持续变压器的需求，变压器原始设备制造商正积极整合节能技术，采用环保材料，并随变压器提供能源管理解决方案。
PTR Inc.认为，随着可持续性运动在各地区日益普及，可持续变压器市场未来将进一步发展。 预计未来，相比于提供传统解决方案的OEM厂商，那些积极采用可持续行业实践并推出可持续变压器解决方案及产品的OEM厂商，其市场份额将有所提升。
此外，预计发达经济体的法规将日益严格，而在发展中经济体，我们可能会看到类似于欧盟《生态设计指令》、美国能源部新能效标准以及《废弃电气电子设备指令》（WEEE）的政策措施。
关于作者
Shaista Naz 是 PTR Inc. 的电网分析师。她目前专注于电力和配电变压器市场，负责分析不同地区的最新市场趋势和创新动态。她拥有德布勒森大学工程管理硕士学位。
联系方式：
哈桑·扎希尔 - 首席商务官
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