Au Nigeria, un ingénieur en approvisionnement travaillant pour une entreprise de services publics a été informé d'une nouvelle politique du gouvernement chinois qui retire des milliers de transformateurs de distribution obsolètes du marché. L'entreprise de l'ingénieur exploite encore plusieurs unités de S7, produites dans les années 1980, tandis que l'entreprise envisage d'utiliser des transformateurs remis à neuf provenant de l'étranger et souhaite savoir si la marque S7 visible sur le marché vaut la peine d'être achetée ou pourrait poser des problèmes.
Dans cet article, je vais illustrer comment la Chine a progressivement éliminé les transformateurs de distribution S7 et plus anciens, pourquoi une telle politique a été introduite, ce que les nouvelles signifieraient pour les clients achetant des transformateurs neufs et d'occasion, et enfin comment comprendre les valeurs de perte, les catégories d'efficacité et les signaux de prix dans l'industrie aujourd'hui.
La Chine a formalisé sa politique de transformateurs économes en énergie par l'introduction du “ Plan d'Amélioration de l'Efficacité Énergétique des Transformateurs (2015–2020) ” et d'une nouvelle norme de classification (GB 20052) qui exigeait que les transformateurs de classe S7 – qui sont construits selon l'ancien design S7 et conçus pour avoir de fortes pertes à vide – soient éliminés car ils gaspillent 1–2% de l'énergie qu'ils conduisent tout au long de leur période d'utilisation. Le plan stipulait que les entreprises de services publics chinoises remplaceraient les transformateurs de classe S7/S8 existants (et plus tard ceux de classe S9 également) par des modèles modernes économes en énergie S11, S13 ou S15 qui réduiraient les pertes à vide de 30–60%.
Contexte : Pourquoi la Chine a éliminé les transformateurs S7
Avec la croissance la plus rapide parmi tous les systèmes de réseau électrique de l'histoire, la Chine avait un nombre significatif de transformateurs de distribution conçus selon le modèle S7 durant les années 1980 et 1990. Bien qu'ils aient été peu coûteux à l'époque, la technologie S7 a connu un niveau relativement élevé de pertes à vide (fer) par rapport aux normes modernes. Étant donné que les transformateurs de distribution fonctionnent presque en continu pendant toute l'année opérationnelle de 8 760 heures, les pertes de fer se produisent en continu, indépendamment de l'énergie fournie par le transformateur.
Des recherches menées en Chine ont indiqué que la série S7 consommait une quantité significative d'électricité dans le pays. Selon les calculs de la Commission nationale du développement et de la réforme (NDRC) et du Ministère de l'Industrie, remplacer tous les transformateurs par de nouveaux modèles pourrait permettre au pays d'économiser environ 25-40 TWh d'énergie par an, ce qui équivaut à la production annuelle d'électricité de nombreuses grandes installations électriques. Ainsi, l'ensemble du processus devient non seulement une mesure économique mais aussi une mesure de sécurité énergétique.
En 2015, le lancement du “ Plan d'Amélioration de la Transformation ” a déclenché le processus de retraite massive par lequel les organisations étaient obligées de retirer les anciens modèles de transformateurs, y compris les types S9, dans les zones avec de fortes pertes d'énergie des transformateurs. En conséquence, au début des années 2020, presque tous les unités S7 avaient été retirées du système électrique du pays, avec peu d'unités restant en service.
La Chronologie et la Couverture des Politiques
La phase de retrait n'était pas un décret unique et immédiat ; c'était une séquence de mandats croissants. Les jalons clés :
| Année | Politique / jalon | Portée |
|---|---|---|
| 1998 | S9 introduit comme remplacement du S7 | Les nouvelles installations passent au design S9 |
| 2010 | Les classes d'efficacité GB 20052-2013 rédigées | Définit les niveaux d'efficacité énergétique 1–3 |
| 2015 | Plan d'Amélioration de l'Efficacité des Transformateurs (2015–2020) | Les entreprises de réseau doivent retirer S7/S8 ; S9 ciblé plus tard |
| 2017–2019 | Avis de la NDRC et mandats provinciaux | Délais de retraite S7 appliqués ; subventions pour S13/amorphe |
| 2020 | La période de plan prend fin ; S7 effectivement éliminé des flottes de réseau | La part des achats nouveaux en noyau amorphe augmente fortement |
| 2021–2025 | La révision GB 20052-2020 renforce les classes d'efficacité | L'efficacité minimale augmentée ; S9/S11 de plus en plus retirés |
Le message reçu par les acheteurs ne peut être mal compris : chaque nouvelle exigence d'efficacité sert de nouveau niveau minimum. La meilleure technologie de 1985 est déclarée obsolète d'ici 2020, comme cela se produit ailleurs ; la seule différence réside dans les dates auxquelles divers pays mettent en œuvre leurs réglementations — en Europe, cela a été la directive Eurcode et aux États-Unis, il existe des mandats ruraux et californiens ainsi que de nombreux autres.
Ce que signifie réellement “ S7 ” sur une plaque signalétique
Le nom “ S7 ” est dérivé de la série originale de transformateurs en Chine. La première lettre “ S ” signifie triphasé (san xiang), tandis que le numéro indique la génération du design : S5, S7, S9, S11, S13 et S15 (amorphe). Chaque génération est conçue pour réduire les pertes. Du début des années 1980 au milieu des années 1990, la série S7 a été le type de transformateur principal utilisé dans le réseau de distribution en Chine.
Le gaspillage du S7 est causé par l'acier du noyau. Il est fabriqué à partir d'acier au silicium orienté à grain, laminé à chaud ou laminé à froid, avec une valeur de perte spécifique élevée. De plus, le design n'a pas optimisé la géométrie du noyau comme le font les conceptions ultérieures – et en conséquence, un transformateur S7 commun de 100 kBA a des pertes à vide d'environ 320-350 W, tandis que pour le S9, les pertes sont presque deux fois plus petites, et pour le S11, elles sont d'environ 145-180 W.
Il convient de noter que le terme “ S7 ” n'est pas un terme officiel de la CEI ou de l'IEEE. Par conséquent, le terme peut être rarement utilisé en dehors de la Chine. Cependant, les pertes à vide des anciens designs de transformateurs dans le monde entier sont les mêmes que pour les transformateurs S7 trouvés aux États-Unis, au Japon et en Europe.
Niveaux de Pertes : S7 vs S9 vs S11 vs S13
Le thème technique clé concerne le concept de l'échelle des pertes. Le tableau présenté vise à comparer les pertes à vide et les pertes en charge du transformateur de distribution triphasé de 100 kVA en termes de générations de conception en utilisant des données exemplaires dans la littérature.
| Génération de conception | Type de noyau | Pertes à vide (100 kVA) | Pertes en charge @75°C | Pertes relatives en fer |
|---|---|---|---|---|
| S7 (retraité) | Acier laminé à chaud / CRGO précoce | 320–350 W | ≈ 1 750–1 950 W | 100% (de référence) |
| S9 | Acier CRGO | 200–230 W | ≈ 1 500–1 650 W | ≈ 65% |
| S11 | CRGO de haute qualité | 145–180 W | ≈ 1 400–1 550 W | ≈ 47% |
| S13 | CRGO de haute qualité, optimisé | 110–140 W | ≈ 1 350–1 500 W | ≈ 36% |
| S15 (amorphe) | Ruban de métal amorphe | 70–90 W | ≈ 1 300–1 500 W | ≈ 24% |
Comme indiqué ci-dessus, la mise à niveau de S7 à S11 ou S13 élimine plus de la moitié des pertes en fer et le passage à un noyau amorphe réduit les pertes d'environ 75%. Étant donné que les pertes à vide se produisent sans interruption toute la journée, les différences se reflètent immédiatement dans les factures d'électricité et les émissions.
Grades d'efficacité GB 20052 expliqués
La classification d'efficacité de la Chine se trouve dans GB 20052, “ Valeurs minimales autorisées d'efficacité énergétique et grades d'efficacité énergétique des transformateurs de puissance. ” Il existe trois grades possibles dans cette norme :
- Le grade 3 est l'efficacité énergétique minimale ; il est presque égal au niveau des anciens S9/S11.
- Le grade 2 est le niveau d'économie d'énergie ; il est approximativement égal aux pertes de S13.
- Le grade 1 est le niveau d'efficacité maximale ; en fait, il a des performances presque comparables à l'utilisation du noyau amorphe (S15).
En 2020, GB 20052-2020 a été modifié de sorte que la vente de transformateurs de grade inférieur à 3 soit interdite en Chine. Il exige également que tout nouveau transformateur acheté pour le réseau soit conforme au grade 2 ou plus. La norme limite la perte à vide pour un transformateur de 100 kVA à 170 W pour le grade 3, 150 W pour le grade 2 et 120 W pour le grade 1, contre 320-350 W pour le S7.
| Grade d'efficacité | Plafond de perte à vide de 100 kVA | Conception à peu près équivalente | Statut en Chine |
|---|---|---|---|
| Niveau 3 (minimum) | ≈ 170 W | CRGO de classe S11 | Minimum autorisé à la vente |
| Grade 2 (économie d'énergie) | ≈ 150 W | CRGO de classe S13 | Requis pour les achats financés par le réseau |
| Grade 1 (le plus élevé) | ≈ 120 W | Noyau amorphe (classe S15) | Préféré sous les subventions d'efficacité |
| Référence S7 (retiré) | 320–350 W | Acier laminé à chaud / CRGO précoce | Retiré du service réseau |
À travers le monde, une notion similaire est visible sous la forme soit du Règlement d'écoconception de l'UE 548/2014 (tel que révisé par 2019/1783) soit des normes DOE 2016 établies par les autorités américaines. Pour faciliter la comparaison des prix des transformateurs à l'échelle mondiale, les acheteurs devraient convertir les pertes encourues dans la même unité pour des estimations précises, ce qui est particulièrement important puisque une unité avec des coûts d'achat faibles mais des pertes élevées n'est presque jamais suffisamment bon marché sur une période de 20 ans.
Les mathématiques des coûts d'exploitation d'un ancien transformateur
L'économie n'est pas favorable dans le cas de S7. Prenons un transformateur de 100 kVA qui a une charge moyenne modeste de 40%, fonctionne pendant 8 760 heures, et le coût de l'énergie est de $0,10 par kWh.
| Poste de coût | Unité S7 | Remplacement S11 | Différence annuelle |
|---|---|---|---|
| Énergie à vide (annuelle) | ≈ 3 066 kWh | ≈ 1 445 kWh | −1 621 kWh |
| Énergie de charge (annuelle, 40% LF) | ≈ 2 805 kWh | ≈ 2 349 kWh | −456 kWh |
| Coût total de l'énergie / an | ≈ $587 | ≈ $379 | −$208 / an |
| Plus de 15 années restantes | — | — | ≈ $3,120 économisés |
L'écart pour un équipement s'élève à quelques centaines de dollars par an, ce qui n'est pas significatif. Cependant, si une entreprise possède environ 10 000 équipements obsolètes, cela lui coûte plus de $2 millions par an en coûts inutiles associés à la facture d'électricité. C'est pourquoi le système électrique chinois a abandonné toute la flotte d'unités S7 et pourquoi les régulateurs de l'énergie renforcent constamment leurs politiques.
Le deuxième aspect financier est le problème de fiabilité. Les unités S7 ont entre 30 et 40 ans maintenant. Les processus d'usure des matériaux d'isolation, de l'huile et des joints entraînent la détérioration des unités et réduisent la durée de vie restante du système. Un transformateur de distribution en milieu de vie coûtera entre $1000 et $3000 à réparer et entre $2000 et $6000 à remplacer.
Ce que cela signifie pour le marché secondaire
C'est le piège pour les clients. La sortie progressive chinoise a entraîné le retrait des appareils S7/S8/S9 du réseau – tous, dans de nombreux cas, sont apparus sur le marché sous des étiquettes de “ reconditionné ” ou “ révisé ”. À première vue, le prix semble attractif : un S7 de 100 kVA pourrait être proposé entre $400 et $900 par rapport à $1,400 à $2400 pour un équivalent S11 neuf en provenance de Chine. Cependant, il faut tenir compte des coûts ci-dessous.
- Problèmes opérationnels : Un appareil d'occasion peut vous coûter une perte supplémentaire de $150 à $250 par an par rapport à un nouvel appareil économe en énergie.
- Durée de vie utilisable : Un transformateur de 30 ans est estimé durer 5-15 ans au lieu de 25-30.
- État obscur : “ Reconditionné ” pourrait signifier n'importe quoi, d'une remise à neuf appropriée à un simple repeinture avec de nouveaux joints. En l'absence de résultats de tests et d'historique de charge, le risque est incommensurable.
- Statut non standard : Les appareils S7 ne respectent pas les réglementations actuelles en matière d'efficacité, ce qui peut entraîner une interdiction de réincorporation sur les marchés réglementés ou des amendes.
Les acheteurs avisés considèrent les unités S7/S8 reconditionnées comme une solution d'urgence uniquement et exigent que des tests d'huile (dielectrique, humidité, acidité), de résistance des enroulements, de rapport et de mégohmmètre soient effectués avant l'achat, et mettent de côté les fonds pour le remplacement dans les cinq années suivantes.
Options de remplacement, marques et prix
Si vous envisagez d'acheter de nouveaux transformateurs au lieu de transformateurs S7, la question est de savoir quel design économe en énergie vous souhaitez acheter. Ci-dessous se trouve le tableau avec les coûts indicatifs d'un transformateur triphasé de remplacement de 100 kVA de différents fournisseurs, cotés sur une base FOB.
| Marque / source | Conception | Prix de 100 kVA (FOB) | Pertes à vide | Remarques |
|---|---|---|---|---|
| ABB | Classe S11 / sur mesure | $4,200–$6,500 | ≈ 150–180 W | Marque premium, service mondial |
| Siemens | Classe S11 / sur mesure | $4,000–$6,800 | ≈ 150–180 W | Solide expérience auprès des services publics |
| Schneider Electric | Classe S11 / sur mesure | $3,800–$6,200 | ≈ 150–180 W | Écosystème LV intégré |
| Hitachi Energy | Classe S11 / sur mesure | $4,500–$7,000 | ≈ 150–180 W | Réputation de qualité pour les services publics |
| Eaton | Classe S11 / sur mesure | $3,500–$5,800 | ≈ 150–180 W | Force de distribution en Amérique |
| TBEA / China XD | S13 / amorphe disponible | $1 700–$3 000 | ≈ 110–170 W | Fabrication en volume soutenue par l'État |
| Jiangsu Subian Electric Power | S11 / S13 / amorphe | $1,500–$2,600 | ≈ 110–180 W | Axé sur l'exportation, testé selon la norme IEC 60076 |
Dans les projets où la certification, la présence locale et la reconnaissance du financement sont plus valorisées que le coût initial, des marques internationales comme ABB, Siemens, Schneider Electric et Hitachi Energy seraient l'option donnée puisque leurs produits égalent ou dépassent les normes GR 20052 de grade 2-3 et fournissent un soutien adéquat pour cela.
Dans le cas de programmes de remplacement où des milliers de produits seront utilisés, Jiangsu Subian Electrical Power serait une solution rentable. L'entreprise produit des transformateurs S11, S13 et à noyau amorphe de 5 kVA à 2 500 kVA testés conformément à la norme IEC 60076 et à la norme GR 20052, et applique également des certificats de conformité à chaque transformateur et, en option, un examen par un tiers. Acheter un transformateur à économie d'énergie tout neuf au prix d'usine coûtera généralement moins sur son cycle de vie que d'acheter un transformateur S7 à prix réduit qui engendrera des pertes pendant 10 ans.
Points d'action pour les acheteurs en dehors de la Chine
Le déclassement chinois apporte des leçons importantes pour tout opérateur n'utilisant pas de transformateurs à faibles pertes :
- Auditez votre inventaire selon la classe de perte. La perte à vide indiquée sur la plaque signalétique est le meilleur indicateur unique de la nécessité de remplacement.
- Regardez le retour sur investissement et non le prix. Le retour sur investissement pour un transformateur S7 à $0.1/kWh est généralement de trois à six ans ; la période de retour est plus courte avec des tarifs d'électricité plus élevés.
- Achetez selon la norme d'efficacité maximale autorisée. Si le transformateur à noyau amorphe (Grade 1) est seulement 15-25% plus cher que le transformateur S11, les économies réalisées pendant le cycle de vie justifient l'investissement.
- Insistez sur des garanties de perte dans les contrats. En introduisant des limites de pertes à vide et de pertes en charge et des pénalités dans les contrats, vous pouvez protéger votre budget.
- Soyez très prudent lors de l'achat de transformateurs usagés importés. Demandez les résultats des tests d'huile, des tests électriques et des rapports de charge.
N'oubliez pas également que tous les principaux marchés partagent la même tendance : les transformateurs à fortes pertes deviennent une chose du passé.
Questions Fréquemment Posées
Quelle est la différence entre les transformateurs S7 et S9 ?
Les S7 et S9 sont deux générations de transformateurs de distribution fabriqués en Chine. Le S9 a été développé vers 1998. Bien que les matériaux utilisés pour construire les transformateurs S9 incluent de l'acier au silicium orienté à grain à froid et une géométrie optimisée du noyau, ils consomment toujours 30-40% d'énergie en moins par rapport aux transformateurs S7. Ainsi, un transformateur de 100 kVA perd 200-230W d'électricité au lieu de 320-350W consommés par le transformateur S7. En termes de dollars, cela se traduit par des économies de $60-$100 sur les factures d'électricité.
Puis-je encore acheter des transformateurs S7 en Chine ?
L'introduction des transformateurs S7 et d'autres modèles inférieurs au Grade 3 est pratiquement interdite sous GB 20052-2020 en Chine, ce qui a conduit les services publics à se débarrasser de leurs flottes. Les appareils S7 sont toujours disponibles sur les marchés secondaires en tant qu'appareils d'occasion ou “ remis à neuf ” à bas prix. À moins que vous ne receviez une offre suffisamment convaincante en tant que solution temporaire, la nouvelle machine S11/S13, dont le prix se situe entre $1 500 et $2 600 (100 kVA, FOB Chine), est une meilleure option.
Les transformateurs S11 et S13 valent-ils le coût supplémentaire ?
En général, oui. Un transformateur S13 coûtera environ 5-15% de plus qu'un transformateur S11 similaire et réduira les pertes à vide de 20-25% supplémentaires. Sur la base d'une hypothèse de 10 cents/kWh et de 8760 heures de fonctionnement par an, il y a une réduction des pertes d'environ 50-90 dollars par an pour un transformateur de 100 kVA, ce qui donne un retour sur investissement de 3-7 ans et continue à économiser de l'argent pendant plus de 20 ans. Plus les tarifs et les facteurs d'utilisation sont élevés, plus le délai de récupération est court.
Que signifie GB 20052 pour les transformateurs importés ?
GB 20052 définit les normes concernant l'efficacité des transformateurs vendus et utilisés dans les frontières de la Chine. Tous les transformateurs importés en Chine doivent respecter l'exigence minimale du Grade 3, tandis que les cas de projets financés par le réseau doivent se conformer au Grade 2 ou supérieur. En dehors de cela, GB 20052 reste utile pour les acheteurs étrangers comme point de référence en termes de classe de pertes des transformateurs produits en Chine.
Comment calculer le retour sur investissement du remplacement d'un ancien transformateur ?
Multipliez la différence des pertes à vide (kW) par 8 760 heures, ajoutez la différence des pertes en charge multipliée par le carré du facteur de charge moyen (exemple : 0,4² = 0,16 à une charge de 40%) multipliée par 8 760 heures, et multipliez le total par votre tarif pour comparer le résultat avec le coût de remplacement. Exemple : 0,13 kW de pertes à vide inférieures multipliées par 8 760 heures donnent une économie de 1 139 kWh par an à $0,10 par kWh, ce qui correspond à une économie de $114 par an — pour le remplacement de l'appareil coûtant environ $2 000, la période de retour sur investissement due aux pertes représente 17 ans d'exploitation sans maintenance et d'autres avantages liés aux nouveaux appareils.
Références
- Commission nationale de développement et de réforme (NDRC) — A publié le Plan d'amélioration de l'efficacité énergétique des transformateurs de Chine (2015–2020).
- IEC — Éditeur de la norme internationale IEC 60076, la norme de test des transformateurs utilisée pour les unités de remplacement.
- Agence internationale de l'énergie (AIE) — Analyse des pertes et de l'efficacité des transformateurs de distribution et des politiques dans le monde entier.
- Département de l'Énergie des États-Unis — Normes d'efficacité des transformateurs de distribution et évaluations de l'impact sur le marché.
- Commission européenne — Règlement d'écoconception 548/2014 et 2019/1783 pour les transformateurs.
- Étoile de l'énergie — Référence pour l'évaluation de l'efficacité énergétique et les calculateurs d'économies.
- Jiangsu Subian Electric Power — Fabricant de transformateurs de distribution S11, S13 et à noyau amorphe.
Conclusion
Le fait que la Chine ait décidé d'interdire les technologies de transformateurs S7 et plus anciennes est basé sur des chiffres purs, car un transformateur en fonctionnement continu avec de fortes pertes à vide engendre des coûts inutiles et une énergie gaspillée tout au long de sa vie. En conséquence de cette initiative, des dizaines de millions d'appareils ont été mis hors service. De plus, la classification d'efficacité utilisée dans cette approche (GB20052) est conforme aux exigences d'écoconception de l'UE et aux normes du DOE américain.
- Considérez tout transformateur conforme à la norme S7 ou inefficace comme une responsabilité effective. Les coûts de pertes annuels engendrés par leur fonctionnement existent et restent constants.
- En général, la période de retour sur investissement pour un remplacement d'unité se situe entre 3 et 6 ans à des tarifs moyens, mais peut être plus courte lorsque le coût de l'électricité est élevé.
- Choisissez uniquement les équipements les plus modernes et efficaces disponibles sur le marché et insérez des plafonds pour les pertes dans le contrat. Que ce soit ABB, Siemens, Schneider ou Jiangsu Subian Electric
- vous bénéficierez toujours de l'utilisation de nouveaux équipements hautement efficaces au lieu d'un appareil hérité à prix réduit dans son mode de fonctionnement normal.