{"id":10939,"date":"2026-08-29T23:43:07","date_gmt":"2026-08-29T15:43:07","guid":{"rendered":"https:\/\/q8bbzjnpm5.wpdns.site\/?p=10939"},"modified":"2026-08-29T23:43:07","modified_gmt":"2026-08-29T15:43:07","slug":"the-key-supporting-role-of-transformers-in-new-energy-power-systems","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/subian-electric.com\/de\/news\/the-key-supporting-role-of-transformers-in-new-energy-power-systems\/","title":{"rendered":"Die Schl\u00fcsselunterst\u00fctzungsrolle von Transformatoren in neuen Energiesystemen"},"content":{"rendered":"

Der f\u00fcr das Netzdesign zust\u00e4ndige Ingenieur plante einen K\u00fcstenstandort, der Transformationen durchlaufen w\u00fcrde. Eine 200-Megawatt-Offshore-Windstation wird mit einem der verschiedenen 220-Kilovolt-Umspannwerke verbunden. Eine 120-Megawatt-Photovoltaikanlage und eine 50-Megawatt\/100-Megawattstunden-Energiespeicherstation w\u00fcrden \u00fcber ein weiteres Umspannwerk angeschlossen, w\u00e4hrend die 35-Kilovolt-Anschlusssysteme erweitert w\u00fcrden. Jedes neue Megawatt erforderte Transformatoren \u2013 0,69 kV-Transformatoren f\u00fcr Turbinen, 0,4 kV-Transformatoren f\u00fcr Photovoltaikanlagen, 33\/110 oder 33\/220 Kilovolt-Transformatoren f\u00fcr Umspannwerke und Transformatoren, die sowohl mit dem Laden als auch mit dem Entladen in Bezug auf die Energiespeicheranlagen umgehen mussten. Die Maschine des Ingenieurs erinnerte sie st\u00e4ndig an eine Tatsache: Obwohl erneuerbare Energieanlagen viel Publicity erhalten, sind es die Transformatoren, die sicherstellen, dass das gesamte System funktioniert. Wenn der Transformator erh\u00f6hte Verluste erf\u00e4hrt oder sich nicht selbst k\u00fchlen kann, w\u00e4re die Windanlage nicht in der Lage, ihre Kapazit\u00e4t richtig zu nutzen, egal wie stark der Wind drau\u00dfen war.<\/p>\n

Dieser Artikel hebt die Bedeutung von Transformatoren in neuen Energiesystemen hervor, einschlie\u00dflich ihrer Lage, Betriebsparameter, Kosten und Auswahlmethoden f\u00fcr den Bau von Speichersystemen.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Die Rolle von Transformatoren in neuen Energiesystemen<\/h2>\n

Der Betrieb neuer Energiesysteme \u00e4hnelt dem traditioneller Energiesysteme, jedoch nur auf der Grundlage verteilter wetterabh\u00e4ngiger Quellen. Traditionell erf\u00fcllen Transformatoren f\u00fcnf Schl\u00fcsselaufgaben:<\/p>\n

Hochspannungstransformator f\u00fcr einen Generator: wandelt die niedrige Spannung, die von jeder Turbine oder jedem Wechselrichterstrang im Sammelsystem kommt, in eine h\u00f6here Spannung um;
\nSammelsystemtransformator: transportiert Energie von vielen Generatoren zu Stationen;
\nHochspannungstransformator: erh\u00f6ht die Sammelspannung f\u00fcr die weitere \u00dcbertragung;
\nIsolationstransformator: f\u00fchrt die Trennung zwischen Erzeugung und Netz durch;
\nHilfstransformator: bietet Hilfsdienste f\u00fcr das Umspannwerk.<\/p>\n

Systemtopologien: Wind, Solar, Speicher, Hybrid<\/h2>\n

Die Transformator-Konfiguration h\u00e4ngt vom Quellentyp und der Anlagengr\u00f6\u00dfe ab:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
System<\/th>\nTypische Transformatorstufen<\/th>\nBeispiel f\u00fcr Nennwerte<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Onshore-Wind (20\u2013200 MW)<\/td>\nTurbine 0,69\/33 kV \u2192 Station 33\/110\u2013220 kV<\/td>\nHochspannung 1,5\u201310 MVA; Station 20\u2013100 MVA<\/td>\n<\/tr>\n
Offshore-Wind<\/td>\nTurbine Hochspannung \u2192 Offshore-Umspannwerk \u2192 Onshore-Station<\/td>\nHochspannung 5\u201315 MVA; Station 100\u2013400 MVA<\/td>\n<\/tr>\n
Utility-Solar (10\u2013200 MWp)<\/td>\nWechselrichter 0,4\u20130,6\/33 kV \u2192 Station 33\/110\u2013220 kV<\/td>\nSammlung 1\u20135 MVA; Station 20\u2013100 MVA<\/td>\n<\/tr>\n
Batteriespeicher (10\u2013100 MW)<\/td>\nPCS 0,4\/10\u201333 kV \u2192 Station Hochspannung<\/td>\nPCS-Transformator 1\u20135 MVA<\/td>\n<\/tr>\n
Hybrid (Wind+Solar+Speicher)<\/td>\nAlle oben genannten in ein Sammelumspannwerk<\/td>\nMehrwicklungsstationstransformatoren<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Jede Stufe f\u00fcgt Verluste, Kosten und Ausfallmodi hinzu, weshalb Systemdesigner hart daran arbeiten, die Anzahl der Transformationsschritte zu minimieren \u2013 aber die Spannungsniveaus moderner \u00dcbertragungssysteme machen die Schritte unvermeidlich. Die Transformatoren sind der Preis f\u00fcr die effiziente \u00dcbertragung erneuerbarer Energie \u00fcber gro\u00dfe Entfernungen.<\/p>\n

Neue Energiepflicht: Der Vergleich mit der Netzpflicht<\/h2>\n

Neue Energietransformatoren m\u00fcssen mit Betriebsbedingungen umgehen, die f\u00fcr die Netzverteilungstransformatoren ungew\u00f6hnlich sind:
\nVariable Lasten: Wind- und Sonnenenergieertr\u00e4ge schwanken innerhalb weniger Minuten von fast null bis voll, was dazu f\u00fchrt, dass die Wicklungen der Transformatoren schnellen Temperatur\u00e4nderungen ausgesetzt sind und die Isolierung belastet wird.
\nBidirektionaler Energiefluss (Batterieenergie): Batterietransformatoren m\u00fcssen Energie in beide Richtungen mit gleicher Bedeutung transportieren, was symmetrische thermische Belastungen impliziert, f\u00fcr die ein unidirektionaler Netztransformator nicht ausgelegt ist.
\nHarmonische: Wechselrichter und Konverter injizieren harmonische Str\u00f6me, die zus\u00e4tzliche Energieverluste in den Wicklungen verursachen und Resonanz mit der Transformatorimpedanz hervorrufen k\u00f6nnen.
\nAbgelegene Standorte: Transformatoren f\u00fcr Windturbinen werden auf Berggipfeln oder im Meer in Salzwasser, extremen Wetterbedingungen und mit begrenztem Platz f\u00fcr Wartung installiert.<\/p>\n

Das Ergebnis davon ist eine Herabstufung, bessere K\u00fchlung, Wicklungsdesign zur Bew\u00e4ltigung von Harmonischen und die Verwendung starker Isolierung. Ein f\u00fcr stabile Netzlasten ausgelegter Transformator, der in einem Projekt f\u00fcr erneuerbare Energien installiert wird, funktioniert m\u00f6glicherweise nicht wie in den Spezifikationsunterlagen angegeben und wird schneller \u00fcberhitzen und ausfallen als geplant.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Betriebsbedingungen<\/th>\nTypische Netzlast<\/th>\nNeue Energielast<\/th>\nEntwurfsreaktion<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Lastprofil<\/td>\nRelativ stabil, vorhersehbar<\/td>\nSchnelle Schwankungen von nahezu null bis voll<\/td>\nZyklische Lastbewertung, thermische Marge<\/td>\n<\/tr>\n
Richtung des Energieflusses<\/td>\nEinweg (Netz zu Last)<\/td>\nBidirektional in Speicherkraftwerken<\/td>\nSymmetrisches Wicklungs- und K\u00fchlungsdesign<\/td>\n<\/tr>\n
Harmonische Inhalte<\/td>\nNiedrig, haupts\u00e4chlich 50\/60 Hz<\/td>\nInverter-Harmonische vorhanden<\/td>\nHarmonisch bewertete Wicklungen, zus\u00e4tzlicher Spielraum<\/td>\n<\/tr>\n
Standort<\/td>\nUmspannwerke mit Servicezugang<\/td>\nFern, Offshore, salzhaltige Luft, Extreme<\/td>\nKorrosionsschutz, geschlossene Designs<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Die praktische Lektion besteht darin, f\u00fcr die Aufgabe und nicht f\u00fcr die Spannung zu spezifizieren. Ein Transformator, der perfekt zu einem Verteilungsumspannwerk passt, kann bei derselben Nennleistung die falsche Wahl in einem Wind- oder Solarpark sein.<\/p>\n

Transformatorarten und -konfigurationen<\/h2>\n

Die Haupttransformatorfamilien in neuen Energiesystemen mit ihrem Designfokus:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Typ<\/th>\nTypische Nennleistung<\/th>\nDesignfokus<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Turbinen-Hochspannungstransformator (WTS)<\/td>\n1,5\u201315 MVA, 0,69\/33 kV<\/td>\nKompakt, korrosionsbest\u00e4ndig, hohe Vibrationsfestigkeit<\/td>\n<\/tr>\n
Solar-Inverter-Transformator<\/td>\n1\u20135 MVA, 0,4\u20130,6\/33 kV<\/td>\nHarmoniktolerante Wicklungen, niedrige Lastverluste bei hoher Zyklenzahl<\/td>\n<\/tr>\n
Batteriespeichertransformator<\/td>\n1\u20135 MVA, 0,4\/10\u201333 kV<\/td>\nBidirektionale Lastf\u00e4higkeit, hoher \u00dcberlastspielraum<\/td>\n<\/tr>\n
Sammler-Umspannwerktransformator<\/td>\n10\u201340 MVA, 33\/110\u2013220 kV<\/td>\nLastwechsel-Schalter, niedrige Verluste, hohe Zuverl\u00e4ssigkeit<\/td>\n<\/tr>\n
Hilfstransformator<\/td>\n50\u2013500 kVA, 33\/0,4 kV<\/td>\nStationshauslasten, kompakt und zuverl\u00e4ssig<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Trockenbau- und Gie\u00dfharztransformatoren erscheinen zunehmend in der Inverter- und PCS-Phase f\u00fcr Innen- oder containerisierte Installationen, wo Brandschutz und Wartungszugang feste Isolierung beg\u00fcnstigen. Fl\u00fcssigkeitsgetauchte Einheiten dominieren die Au\u00dfenkollektoren und Stationen.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Effizienz- und Verlust\u00fcberlegungen<\/h2>\n

Die Effizienz neuer Energietransformatoren ist komplexer Natur. Verluste stellen die Energie dar, die das Werk nicht verkaufen kann, wodurch das Einkommen sinkt. Dar\u00fcber hinaus h\u00e4ngt die Verlustmenge von den \u00c4nderungen der Last ab. Um das Problem anzugehen, sollten zwei Entwurfsprinzipien beachtet werden:<\/p>\n

Der Leerlaufverlust ist der wichtigste Faktor bei niedriger Last. Wenn das Solarwerk nachts keine Leistung erzeugt, funktionieren die Transformatoren weiterhin, was zu Kernverlusten von 8.760 Stunden pro Jahr f\u00fchrt;<\/p>\n

Der Lastverlust ist der zweite Faktor, der bei hoher Last entscheidend werden kann. Da die Harmonischen den Lastverlust um 5-20% erh\u00f6hen, ist es notwendig, diesen Aspekt bei der Ausarbeitung des Designs der Transformatorwicklung zu ber\u00fccksichtigen.<\/p>\n

Ein energieeffizienter Transformator f\u00fcr das Solarwerk kann von 30% bis 50% der Gesamverluste des Energietransformators mit derselben Leistung einsparen. In monet\u00e4rem \u00c4quivalent kann dies $10.000 bis $40.000 pro Jahr entsprechen, wobei die Energiekosten von $0,08 bis $0,10 pro kWh ber\u00fccksichtigt werden.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Anlagengr\u00f6\u00dfe<\/th>\nTypische Transformatorflotte<\/th>\nJ\u00e4hrliche Verlust-Energieeinsparung vs. generische Spezifikation<\/th>\nJ\u00e4hrlicher Wert bei $0,09\/kWh<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
10 MW Solar<\/td>\n10 \u00d7 1 MVA Sammlungseinheiten + 1 Stationseinheit<\/td>\n000\u201360.000 kWh<\/td>\n$2.700\u2013$5.400<\/td>\n<\/tr>\n
50 MW Solar<\/td>\n25\u201330 Sammlungseinheiten + Station<\/td>\n000\u2013440.000 kWh<\/td>\n$10.000\u2013$40.000<\/td>\n<\/tr>\n
30 MW Wind<\/td>\n20 \u00d7 1,5 MVA Turbineeinheiten + Station<\/td>\n000\u2013250.000 kWh<\/td>\n$8.100\u2013$22.500<\/td>\n<\/tr>\n
50 MW \/ 100 MWh Speicher<\/td>\n10\u201320 PCS-Einheiten + Station<\/td>\n000\u2013200.000 kWh<\/td>\n$6.300\u2013$18.000<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Die Einsparungen steigen mit der Gr\u00f6\u00dfe der Anlage und verschlechtern sich, wenn generische Transformatoren verwendet werden, weshalb das Verlustmodell auf Anlagenniveau Teil der Planung von erneuerbaren Projekten geworden ist.<\/p>\n

Schutz, \u00dcberwachung und Zuverl\u00e4ssigkeit<\/h2>\n

Transformatoren spielen eine unterst\u00fctzende Rolle, wenn sie betriebsbereit sind. Aus diesem Grund verwenden neue Kraftwerke mehrere Instrumente zusammen mit den Transformatoren, wie zum Beispiel:<\/p>\n

\u2013 Schutzrelais: Stationstransformatoren, die sowohl mit Differenzial- als auch mit \u00dcberstromrelais sowie mit Sicherungsschutz und Leistungsschaltern auf der Sammelsystemebene ausgestattet sind.
\n\u2013 Gel\u00f6ste Gasanalysatoren: die Verwendung von \u00d6lanalysen gem\u00e4\u00df IEC 60599, um fr\u00fche Fehler zu identifizieren, die im Falle der Fernbedienung der Ger\u00e4te entscheidend sein k\u00f6nnen.
\n\u2013 Temperatur- und Druck\u00fcberwachung: Sensoren f\u00fcr die Temperatur des Ober\u00f6ls und der Wicklungen.
\n\u2013 Lastabgriffwechsel: als Teil der Transformatorstationseinrichtungen zur Unterst\u00fctzung der Aufrechterhaltung der Spannungsniveaus w\u00e4hrend des Betriebs des Kraftwerks.
\n\u2013 Intelligentes \u00dcberwachungssystem: jetzt ein \u00fcblicher Aspekt, der die Erfassung der oben genannten Daten und die Optimierung des Dispatching-Prozesses erm\u00f6glicht.<\/p>\n

Die Wirtschaftlichkeit der Zuverl\u00e4ssigkeit ist einfach: Wenn die 30 MVA-Anlagen ausfallen, kann die Erzeugung von 30-100 MW \u00fcber Wochen verz\u00f6gert werden, was Millionen von Dollar kosten kann. Die Transformatoren sind nur ein geringer Kostenfaktor im Vergleich zu den Risiken, die mit solchen Unannehmlichkeiten verbunden sind, die die Qualit\u00e4t der in den Projekten verwendeten Ger\u00e4te beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n

Dimensionierung und Auswahl f\u00fcr erneuerbare Projekte<\/h2>\n

Bei der Auswahl von Transformatoren f\u00fcr ein neues Energiesystem m\u00fcssen die folgenden Schritte befolgt werden.<\/p>\n

Ermittlung des Lastprofils: Dies umfasst die st\u00fcndliche Ausgabe aus dem Erzeugungsmodell und bezieht sich auf das Ausgabeprofil, das aus Windgeschwindigkeits- oder Solarstrahlungsserien sowie dem Lade-\/Entladeplan abgeleitet wird.<\/p>\n

Bestimmung der Gr\u00f6\u00dfe jeder Transformatorstufe unter Verwendung von Herabstufungsmethoden: Hier muss die harmonische Herabstufung angewendet werden, die normalerweise 5\u201310% betr\u00e4gt, sowie Herabstufungsmethoden f\u00fcr die Umgebungstemperatur.<\/p>\n

Ermittlung des Verlustgleichgewichts: Dieser Schritt besteht darin, die Verlustkapitalisierung \u00fcber Tarife und Ausgaben durchzuf\u00fchren.<\/p>\n

Bestimmung der Schutz- und \u00dcberwachungsger\u00e4te, die in die L\u00f6sung aufgenommen werden m\u00fcssen, wie Relais und DGA.<\/p>\n

Definition der Umweltspezifikationen: Dazu geh\u00f6ren L\u00e4rmvorschriften, \u00d6lsorte und Korrosionsschutz.<\/p>\n

Testen der Ger\u00e4te gem\u00e4\u00df den Standards.<\/p>\n

Hersteller und Preisspannen<\/h2>\n

Indikative FOB-Preise f\u00fcr neue Energie-Transformatoren nach Marke und Stufe:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Marke<\/th>\nHerkunft<\/th>\n1 MVA-Sammelger\u00e4t<\/th>\n30 MVA-Stationseinheit<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Hitachi Energie<\/td>\nJapan\/Weltweit<\/td>\n$9.000\u2013$14.000<\/td>\n$95.000\u2013$160.000<\/td>\n<\/tr>\n
ABB<\/td>\nSchweiz\/Weltweit<\/td>\n$8.500\u2013$13.500<\/td>\n$90.000\u2013$150.000<\/td>\n<\/tr>\n
Siemens Energie<\/td>\nDeutschland\/Weltweit<\/td>\n$8.000\u2013$13.000<\/td>\n$85.000\u2013$145.000<\/td>\n<\/tr>\n
Schneider Electric<\/td>\nFrankreich\/Weltweit<\/td>\n$7.500\u2013$12.500<\/td>\n$80.000\u2013$140.000<\/td>\n<\/tr>\n
Toshiba \/ Hyundai<\/td>\nJapan\/Korea<\/td>\n$7.000\u2013$11.500<\/td>\n$75.000\u2013$130.000<\/td>\n<\/tr>\n
Jiangsu Subian Electric Power<\/td>\nChina<\/td>\n$4.000\u2013$7.500<\/td>\n$45.000\u2013$120.000<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Die Preise variieren je nach Nennleistung, Spannungsverh\u00e4ltnis, Verlustklasse, Abzapfwechsler, \u00d6lsorte, Kupferpreisen und Lieferbedingungen; betrachten Sie diese als Planungsbereiche, nicht als feste Angebote.<\/p>\n

Die Premium-Klasse verankert den Markt mit globalen Typpr\u00fcfprogrammen und Offshore-Erfolgen. Die chinesische Klasse bietet die gleichen IEC 60076 Nachweise und spezifische Designs f\u00fcr neue Energien zu 40\u201350% niedrigeren Kosten, was sie zu einer f\u00fchrenden Quelle f\u00fcr Onshore-Wind-, Solar- und Speicherprojekte in Asien, Afrika, dem Nahen Osten und S\u00fcdamerika gemacht hat. Jiangsu Subian Electric Power<\/strong> ist ein chinesischer Transformatorenhersteller<\/strong> und energy-saving transformer<\/strong> producer supplying turbine step-up, solar collection, storage, and station transformers from 10 kVA to 63 MVA, with harmonic-tolerant windings, on-load tap changers, amorphous-core and natural-ester-oil options, all tested to IEC 60076 and shipped with routine test reports. Subian has supplied renewable and storage projects internationally; the range is documented at subian-electric.com<\/a>.<\/p>\n

The Outlook: Transformers in Future Power Systems<\/h2>\n

The functions of transformers will be determined by three trends in the domestic renewable energy system over the next ten years. First, there will be a rapid expansion of renewable energy transformer installations, which is necessary taking into account that global estimates predict an increase of share of the renewable energy in the electricity productions at major markets from 30% to as high as 50-70%, which in its turn means that each installed gigawatt of capacity will require dozens of transformers. Second, efficiency will tighten further as efficiency grades and green procurement continue to ratchet, making green transformer<\/strong> designs the default. Third, smart monitoring will become standard, because in a system where output is variable and remote, the data that keeps transformers healthy is the data that keeps renewable power flowing.<\/p>\n

The transformers will remain in the background of the energy transition \u2014 but the transition simply does not happen without them.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

H\u00e4ufig gestellte Fragen<\/h2>\n

What transformers are used in wind and solar plants?<\/h3>\n

Typically three stages: generator\/inverter step-up transformers (0.69\/33 kV or 0.4\u20130.6\/33 kV, 1\u201315 MVA), collection-network units, and a station step-up transformer (33\/110\u2013220 kV, 20\u2013400 MVA). Battery storage plants add bi-directional PCS transformers at 0.4\/10\u201333 kV.<\/p>\n

How much do transformers for renewable plants cost?<\/h3>\n

A 1 MVA collection transformer runs about $4,000\u2013$7,500 FOB from Chinese manufacturers; a 30 MVA station transformer runs $45,000\u2013$120,000. Premium international brands price 50\u201380% higher. Prices vary with rating, loss class, tap changer, and copper prices.<\/p>\n

Why are transformer losses important in new energy systems?<\/h3>\n

Because every kilowatt lost is renewable output that can never be sold. A solar plant’s station transformers stay energized at night when output is zero, so no-load losses matter more than their small size suggests. On a 50 MW plant, the right specification can save $10,000\u2013$40,000 a year in loss energy.<\/p>\n

Are renewable transformers different from normal grid transformers?<\/h3>\n

Yes, in duty. They see variable and bi-directional loading, harmonics from inverters, and remote or harsh siting. That requires harmonic-rated windings, derating, better cooling, and corrosion protection. Using a standard grid transformer without derating shortens its life.<\/p>\n

What is the lifespan of a transformer in a renewable plant?<\/h3>\n

20\u201335 years, depending on loading severity, ambient conditions, and maintenance. Variable loading and harmonics shorten life unless the unit is derated and monitored. Annual DGA per IEC 60599, temperature monitoring, and keeping hot-spot temperature within IEC 60076-7 limits are the strongest levers on lifespan.<\/p>\n

Referenzen<\/h2>\n