나이지리아에서 한 유틸리티 회사에서 근무하는 조달 엔지니어는 중국 정부가 수천 개의 구형 배전 변압기를 시장에서 퇴출시키는 새로운 정책에 대해 통보받았습니다. 이 엔지니어의 유틸리티 회사는 여전히 1980년대에 생산된 S7 모델 여러 대를 운영하고 있으며, 회사는 해외에서 리퍼브된 변압기를 사용할 것을 고려하고 있으며, 시장에서 보이는 S7 브랜드가 구매할 가치가 있는지 또는 잠재적으로 문제가 될 수 있는지를 알고 싶어합니다.
이 기사에서는 중국이 S7 및 구형 배전 변압기를 어떻게 단계적으로 퇴출했는지, 이러한 정책이 왜 도입되었는지, 새로운 변압기와 중고 변압기를 구매하는 고객에게 이 뉴스가 무엇을 의미하는지, 그리고 마지막으로 현재 산업에서 손실 값, 효율성 범주 및 가격 신호를 이해하는 방법에 대해 설명하겠습니다.
중국은 “변압기 에너지 효율 개선 계획(2015–2020)”과 새로운 등급 기준(GB 20052)을 도입하여 에너지 절약 변압기 정책을 공식화하였으며, 이는 S7 클래스 변압기가 구형 S7 설계에 따라 제작되고 설계상 고정 부하 손실이 크도록 설정되어 있기 때문에 퇴출되어야 한다고 요구했습니다. 이 변압기는 사용 기간 동안 전도하는 에너지의 1–2%를 낭비합니다. 이 계획은 중국 유틸리티 회사들이 기존 S7/S8 클래스 변압기를 현대 에너지 절약형 S11, S13 또는 S15 모델로 교체하여 고정 부하 손실을 30–60% 줄이도록 규정했습니다.
배경: 왜 중국이 S7 변압기를 퇴출했는가
역사상 가장 빠른 성장률을 기록한 전력망 시스템 중에서, 중국은 1980년대와 1990년대에 S7 모델에 따라 설계된 상당수의 배전 변압기를 보유하고 있었습니다. 당시 저렴했음에도 불구하고 S7 기술은 현대 기준에 비해 상대적으로 높은 고정 부하(철) 손실을 경험했습니다. 배전 변압기는 연간 8,760시간 동안 거의 지속적으로 작동하므로, 철 손실은 변압기가 제공하는 전력과 관계없이 지속적으로 발생합니다.
중국에서 실시된 연구에 따르면 S7 시리즈는 국가에서 상당한 양의 전기를 소비하고 있었습니다. 국가발전개혁위원회(NDRC)와 산업부의 계산에 따르면, 모든 변압기를 새로운 모델로 교체하면 연간 약 25-40 TWh의 에너지를 절약할 수 있으며, 이는 많은 대형 발전소의 연간 전기 생산량에 해당합니다. 따라서 이 전체 과정은 경제적일 뿐만 아니라 에너지 안전 조치로도 작용합니다.
2015년, “변환 개선 계획”의 출범은 조직들이 S9 유형을 포함한 오래된 변압기를 퇴출해야 하는 대규모 퇴출 프로세스를 촉발했습니다. 그 결과, 2020년대 초반까지 거의 모든 S7 유닛이 국가 전력 시스템에서 퇴출되었고, 서비스 중인 유닛은 거의 남아 있지 않았습니다.
정책 타임라인 및 범위
퇴출은 단순한 하룻밤의 법령이 아니었습니다; 이는 점진적으로 강화된 명령의 연속이었습니다. 주요 이정표:
| 연도 | 정책 / 이정표 | 범위 |
|---|---|---|
| 1998 | S7의 대체로 S9 도입 | 새로운 설치는 S9 설계로 이동 |
| 2010 | GB 20052-2013 효율 등급 초안 작성 | 에너지 효율 수준 1–3 정의 |
| 2015 | 변압기 효율 개선 계획 (2015–2020) | 그리드 기업은 S7/S8을 퇴출해야 하며; S9는 나중에 목표로 설정 |
| 2017–2019 | NDRC 공지 및 지방 명령 | S7 퇴출 기한 시행; S13/비정형에 대한 보조금 |
| 2020 | 계획 기간 종료; S7은 그리드 함대에서 사실상 제거됨 | 비정형 코어의 신규 구매 비율 급증 |
| 2021–2025 | GB 20052-2020 개정안이 효율 등급을 강화 | 최소 효율이 상승; S9/S11은 점점 더 퇴출됨 |
구매자에게 전달되는 메시지는 오해의 여지가 없습니다: 모든 새로운 효율 요구 사항은 새로운 최소 수준으로 작용합니다. 1985년의 최고의 기술은 2020년까지 구식으로 선언되며, 이는 다른 곳에서도 발생합니다; 유일한 차이는 다양한 국가가 규제를 시행하는 날짜입니다 — 유럽에서는 유로코드 지침이 있었고, 미국에서는 농촌 및 캘리포니아의 명령이 있으며, 그 외에도 많은 것들이 있습니다.
“S7”이 명판에서 실제로 의미하는 것
“S7”이라는 이름은 중국의 원래 변압기 시리즈에서 유래되었습니다. 첫 번째 글자 “S”는 삼상(三相)을 의미하며, 숫자는 설계의 세대를 나타냅니다: S5, S7, S9, S11, S13, S15(비정형). 각 세대는 손실을 줄이도록 설계되었습니다. 1980년대 초반부터 1990년대 중반까지 S7 시리즈는 중국의 배전망에서 사용된 주요 변압기 유형이었습니다.
S7의 낭비는 코어 강철로 인해 발생합니다. 이는 높은 특정 손실 값을 가진 열간 압연 또는 초기 냉간 압연된 결정 방향 실리콘 강철로 만들어집니다. 게다가, 설계는 후속 설계처럼 코어 기하학을 최적화하지 않았습니다 – 그 결과, 100 kBA 용량의 일반 S7 변압기는 무부하 손실이 약 320-350 W인 반면, S9의 손실은 거의 절반으로 줄어들고, S11은 약 145-180 W에 해당합니다.
“S7”이라는 용어는 공식 IEC 또는 IEEE 용어가 아니라는 점에 유의해야 합니다. 따라서 이 용어는 중국 외부에서는 드물게 사용될 수 있습니다. 그러나 전 세계의 오래된 변압기 설계의 무부하 손실은 미국, 일본 및 유럽에서 발견되는 S7 변압기와 동일합니다.
손실 수준: S7 vs S9 vs S11 vs S13
주요 기술 주제는 손실 사다리 개념과 관련이 있습니다. 표시된 표는 문헌의 예시 데이터를 사용하여 설계 세대 측면에서 100 kVA 삼상 배전 변압기의 무부하 및 부하 손실을 비교하는 것을 목표로 합니다.
| 설계 세대 | 코어 유형 | 무부하 손실 (100 kVA) | 부하 손실 @75°C | 상대 철 손실 |
|---|---|---|---|---|
| S7 (퇴역) | 열간 압연 / 초기 CRGO | 320–350 W | ≈ 1,750–1,950 W | 100% (기준) |
| S9 | CRGO 강철 | 200–230 W | ≈ 1,500–1,650 W | ≈ 65% |
| S11 | 고급 CRGO | 145–180 W | ≈ 1,400–1,550 W | ≈ 47% |
| S13 | 고급 CRGO, 최적화됨 | 110–140 W | ≈ 1,350–1,500 W | ≈ 36% |
| S15 (비정질) | 비정질 금속 리본 | 70–90 W | ≈ 1,300–1,500 W | ≈ 24% |
위에서 언급한 바와 같이, S7에서 S11 또는 S13으로 업그레이드하면 철 손실의 절반 이상이 제거되며, 비정질 코어로 변경하면 손실이 약 75% 감소합니다. 무부하 손실은 하루 종일 지속적으로 발생하므로, 이러한 차이는 즉시 전기 요금과 배출량에 반영됩니다.
GB 20052 효율 등급 설명
중국의 효율 등급은 GB 20052, “전력 변압기의 에너지 효율 및 에너지 효율 등급의 최소 허용 값”에서 확인할 수 있습니다. 이 표준에는 세 가지 가능한 등급이 있습니다:
- 등급 3은 최소 에너지 효율입니다; 이는 구형 S9/S11 수준과 거의 동일합니다.
- 등급 2는 에너지 절약 수준입니다; 이는 S13 손실과 거의 동일합니다.
- 등급 1은 최대 효율 수준입니다; 사실, 이는 비정질 코어(S15)를 사용할 때와 거의 유사한 성능을 가지고 있습니다.
2020년, GB 20052-2020이 수정되어 등급 3 미만의 변압기 판매가 중국에서 금지되었습니다. 또한, 그리드에 구매되는 새로운 변압기는 등급 2 이상을 준수해야 합니다. 이 표준은 100 kVA 변압기의 무부하 손실을 등급 3에서 170 W, 등급 2에서 150 W, 등급 1에서 120 W로 제한하며, S7의 320-350 W와 비교됩니다.
| 효율 등급 | 100 kVA 무부하 손실 한도 | 대략 동등한 설계 | 중국 내 상태 |
|---|---|---|---|
| 등급 3 (최소) | ≈ 170 W | S11급 CRGO | 판매를 위한 최소 허용 |
| 등급 2 (에너지 절약) | ≈ 150 W | S13급 CRGO | 그리드 자금 지원 구매에 필요 |
| 등급 1 (최고) | ≈ 120 W | 비정질 코어 (S15급) | 효율 보조금 하에 선호됨 |
| S7 참조 (퇴역) | 320–350 W | 열간 압연 / 초기 CRGO | 그리드 서비스에서 단계적으로 제외됨 |
전 세계적으로 유사한 개념이 EU의 에코디자인 규정 548/2014(2019/1783에 의해 수정됨) 또는 미국 당국이 설정한 DOE 2016 기준의 형태로 나타납니다. 전 세계적으로 변압기 가격을 비교하기 쉽게 하기 위해, 구매자는 발생한 손실을 동일한 단위로 변환하여 정확한 추정을 해야 하며, 이는 구매 비용이 적지만 손실이 큰 장치는 20년 동안 결코 저렴하지 않기 때문에 특히 중요합니다.
오래된 변압기의 운영 비용 수학
S7의 경우 경제성이 좋지 않습니다. 평균 부하가 40%인 100kVA 변압기를 예로 들어 보겠습니다. 이 변압기는 8760시간 작동하며, 에너지 비용은 kWh당 $0.10입니다.
| 비용 항목 | S7 유닛 | S11 대체 | 연간 차이 |
|---|---|---|---|
| 무부하 에너지 (연간) | ≈ 3,066 kWh | ≈ 1,445 kWh | −1,621 kWh |
| 부하 에너지 (연간, 40% LF) | ≈ 2,805 kWh | ≈ 2,349 kWh | −456 kWh |
| 연간 총 에너지 비용 | ≈ $587 | ≈ $379 | −$208 / 년 |
| 남은 15년 이상 | — | — | ≈ $3,120 절약됨 |
장비 한 대의 불일치는 연간 수백 달러에 해당하며, 이는 큰 의미가 없습니다. 그러나 한 회사가 약 10,000개의 구형 장비를 보유하고 있다면, 전기 요금과 관련된 불필요한 비용으로 연간 $2백만 이상이 소요됩니다. 이것이 중국 전력 시스템이 S7 유닛 전체를 폐기한 이유이며, 전력 규제 기관이 정책을 지속적으로 강화하는 이유입니다.
두 번째 재정적 측면은 신뢰성 문제입니다. S7 유닛은 현재 30년에서 40년이 되었습니다. 절연 재료, 오일 및 개스킷의 마모 과정은 유닛의 열화를 초래하고 시스템의 남은 수명을 줄입니다. 중간 수명의 배전 변압기를 수리하는 데는 약 $1000에서 $3000이 소요되며, 교체하는 데는 $2000에서 $6000이 소요됩니다.
이것이 2차 시장에 미치는 의미
이것은 고객을 위한 함정입니다. 중국의 단계적 폐기는 S7/S8/S9 장치가 전력망에서 제거되는 결과를 초래했습니다. 이들 장치는 많은 경우 “재생산” 또는 “수리 완료”라는 라벨로 시장에 등장했습니다. 초기 검사에서 가격은 매력적으로 보입니다: 100 kVA S7은 중국의 새로운 S11 동급 제품이 $1,400에서 $2400인 것에 비해 $400에서 $900으로 가격이 책정될 수 있습니다. 그러나 아래의 비용을 고려해야 합니다.
- 운영 문제: 중고 장치는 새로운 에너지 효율 장치에 비해 연간 $150에서 $250의 추가 손실을 초래할 수 있습니다.
- 사용 가능한 수명: 30년 된 변압기는 25-30년 대신 5-15년 동안 지속될 것으로 추정됩니다.
- 불분명한 상태: “재생산”은 적절한 수리에서부터 단순히 새로운 개스킷으로 재도색하는 것까지 무엇이든 의미할 수 있습니다. 테스트 결과와 부하 이력이 없으면 위험은 측정할 수 없습니다.
- 비표준 상태: S7 장치는 현재의 효율 규정을 준수하지 않으며, 이는 규제 시장에서 재통합 금지 또는 벌금으로 이어질 수 있습니다.
현명한 구매자는 재생산된 S7/S8 유닛을 긴급 해결책으로만 보고, 구매 전에 오일 테스트(유전, 습기, 산도), 권선 저항, 비율 및 메거 테스트를 수행할 것을 요구하며, 향후 5년 내에 교체를 위한 자금을 따로 마련합니다.
교체 옵션, 브랜드 및 가격
S7 변압기 대신 새로운 변압기를 구매할 계획이라면, 어떤 에너지 효율 설계를 구매할 것인지가 질문입니다. 아래는 다양한 공급업체로부터의 교체 100 kVA 삼상 변압기의 대략적인 비용을 FOB 기준으로 제시한 표입니다.
| 브랜드 / 출처 | 설계 | 100 kVA 가격 (FOB) | 무부하 손실 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| ABB | S11 클래스 / 맞춤형 | $4,200–$6,500 | ≈ 150–180 W | 프리미엄 브랜드, 글로벌 서비스 |
| 지멘스 | S11 클래스 / 맞춤형 | $4,000–$6,800 | ≈ 150–180 W | 강력한 유틸리티 실적 |
| 슈나이더 일렉트릭 | S11 클래스 / 맞춤형 | $3,800–$6,200 | ≈ 150–180 W | 통합 LV 생태계 |
| 히타치 에너지 | S11 클래스 / 맞춤형 | $4,500–$7,000 | ≈ 150–180 W | 유틸리티 등급의 명성 |
| 이튼 | S11 클래스 / 맞춤형 | $3,500–$5,800 | ≈ 150–180 W | 아메리카스 유통 강점 |
| TBEA / China XD | S13 / 비정질 가능 | $1,700–$3,000 | ≈ 110–170 W | 국가 지원, 대량 생산 |
| 장쑤 수비안 전력 | S11 / S13 / 비정질 | $1,500–$2,600 | ≈ 110–180 W | 수출 중심, IEC 60076 테스트 완료 |
인증, 현지 존재 및 자금 조달 인식이 초기 비용보다 더 중요하게 여겨지는 프로젝트에서는 ABB, Siemens, Schneider Electric 및 Hitachi Energy와 같은 국제 브랜드가 선택될 수 있습니다. 이들의 제품은 GR 20052 등급 2-3 기준을 충족하거나 초과하며 이를 위한 적절한 지원을 제공합니다.
수천 개의 제품이 운영될 교체 프로그램의 경우, Jiangsu Subian Electrical Power가 비용 효율적인 솔루션이 될 것입니다. 이 회사는 IEC 60076 및 GR 20052에 따라 테스트된 5 kVA에서 2,500 kVA까지의 S11, S13 및 비정질 코어 변압기를 생산하며, 모든 변압기에 대해 적합성 인증서를 적용하고 선택적으로 제3자 검토를 실시합니다. 공장 가격으로 새 에너지 절약 변압기를 구매하는 것이 10년 동안 손실이 발생할 할인된 S7 변압기를 구매하는 것보다 일반적으로 수명 주기 동안 더 저렴합니다.
중국 외 구매자를 위한 행동 요점
중국의 퇴역은 저손실 변압기를 사용하지 않는 모든 운영자에게 중요한 교훈을 제공합니다:
- 손실 등급에 따라 재고를 감사하십시오. 명판의 무부하 손실은 교체 필요성을 나타내는 가장 좋은 단일 지표입니다.
- 가격이 아닌 투자 회수를 고려하십시오. S7 변압기의 교체 투자 회수 기간은 $0.1/kWh에서 일반적으로 3-6년이며, 전기 요금이 높을수록 회수 기간은 짧아집니다.
- 최대 허용 효율 기준에 따라 구매하십시오. 비정질 코어 변압기(등급 1)가 S11 변압기보다 15-25% 더 비쌀 경우, 수명 주기 동안의 절감액이 투자를 정당화합니다.
- 계약에서 손실 보장을 요구하십시오. 계약에 무부하 및 부하 손실 한도와 벌칙을 도입함으로써 예산을 보호할 수 있습니다.
- 수입 중고 변압기를 구매할 때 매우 주의하십시오. 오일 테스트 결과, 전기 테스트 및 부하 보고서를 요청하십시오.
모든 주요 시장이 동일한 추세를 공유하고 있다는 점도 기억하십시오 – 고손실 변압기는 과거의 유물이 되고 있습니다.
자주 묻는 질문
S7 변압기와 S9 변압기의 차이는 무엇입니까?
S7과 S9는 중국에서 제조된 두 세대의 배전 변압기입니다. S9는 1998년경에 개발되었습니다. S9 변압기를 만드는 데 사용되는 재료는 냉간 압연 결정 지향 실리콘 강철과 최적화된 코어 기하학을 포함하지만, 여전히 S7 변압기보다 30-40% 적은 에너지를 소비합니다. 따라서 100kVA 변압기는 S7 변압기가 소비하는 320-350W 대신 200-230W의 전기를 잃습니다. 이는 전기 요금에서 $60-$100의 절감을 의미합니다.
중국에서 여전히 S7 변압기를 구매할 수 있습니까?
S7 및 기타 3등급 이하 모델의 도입은 중국의 GB 20052-2020에 따라 사실상 금지되어 있으며, 이로 인해 전력망 유틸리티는 자산을 처분하게 되었습니다. S7 장치는 여전히 중고 또는 “재생” 장치로서 저렴한 가격에 2차 시장에서 구입할 수 있습니다. 임시 해결책으로 충분히 매력적인 제안을 받지 않는 한, $1,500에서 $2,600(100 kVA, FOB 중국) 사이의 가격으로 판매되는 새로운 S11/S13 기계가 더 나은 선택입니다.
S11 및 S13 변압기는 추가 비용을 지불할 가치가 있습니까?
일반적으로 그렇습니다. S13 변압기는 유사한 S11 변압기보다 약 5-15% 더 비쌀 것이며, 무부하 손실을 추가로 20-25% 줄여줍니다. 10센트/kWh 및 연간 8,760시간 운영을 가정할 경우, 100 kVA 변압기에 대해 연간 약 50-90달러의 손실 감소가 있으며, 이는 3-7년의 투자 회수 기간을 제공하고 20년 이상 돈을 절약할 수 있습니다. 요금과 활용도가 높을수록 투자 회수 기간은 짧아집니다.
GB 20052는 수입 변압기에 대해 무엇을 의미합니까?
GB 20052는 중국 내에서 판매되고 사용되는 변압기의 효율성에 관한 기준을 정의합니다. 중국으로 수입되는 모든 변압기는 최소 3등급의 요구 사항을 준수해야 하며, 전력망 자금 지원 프로젝트의 경우 2등급 이상을 준수해야 합니다. 그 외에도, GB 20052는 중국에서 생산된 변압기의 손실 등급에 대한 기준점으로 외국 구매자에게 여전히 유용합니다.
오래된 변압기를 교체할 때 투자 회수 기간을 어떻게 계산합니까?
무부하 손실의 차이(kW)에 8,760시간을 곱하고, 부하 손실의 차이에 평균 부하 계수의 제곱(예: 0.4² = 0.16, 40% 부하)을 곱한 값을 8,760시간에 곱한 후, 총합에 요금을 곱하여 교체 비용과 비교합니다. 예: 0.13 kW 낮은 무부하 손실에 8,760시간을 곱하면 연간 1,139 kWh의 절약이 발생하며, $0.10/kWh에 해당하여 연간 $114의 절약이 됩니다 — 약 $2,000의 비용이 드는 장치를 교체하는 경우 손실로 인해 17년의 운영 기간 동안 유지보수 및 기타 새로운 장치와 관련된 이점을 고려한 투자 회수 기간입니다.
참고 문헌
- 국가발전개혁위원회(NDRC) — 중국의 변압기 에너지 효율 개선 계획(2015–2020)을 발행했습니다.
- IEC — 교체 장치에 사용되는 국제 변압기 시험 기준 IEC 60076의 발행자입니다.
- 국제 에너지 기구(IEA) — 전 세계 배전 변압기 손실 및 효율 정책 분석.
- 미국 에너지부 — 배전 변압기 효율 기준 및 시장 영향 평가.
- 유럽연합 집행위원회 — 변압기에 대한 에코디자인 규정 548/2014 및 2019/1783.
- 에너지 스타 — 에너지 효율 벤치마킹 및 절약 계산기를 위한 참고 자료입니다.
- 장쑤 수비안 전력 — S11, S13 및 비정질 코어 배전 변압기의 제조업체입니다.
결론
중국이 S7 및 이전 변압기 기술을 금지하기로 결정한 것은 순수한 숫자에 기반한 것입니다. 고정 손실이 큰 변압기가 지속적으로 작동할 경우 불필요한 비용과 에너지를 낭비하게 됩니다. 이 이니셔티브의 결과로 수천만 대의 장치가 사용 중지되었습니다. 또한, 이 접근 방식에서 사용되는 효율 등급(GB20052)은 EU 에코디자인 요구 사항 및 미국 DOE 기준과 일치합니다.
- S7 기준 또는 비효율적인 변압기를 효과적인 부채로 간주하십시오. 이들의 운영으로 발생하는 연간 손실 비용은 존재하며 일정하게 유지됩니다.
- 일반적으로 장치 교체의 투자 회수 기간은 평균 요금에서 3년에서 6년 사이지만 전기 요금이 높을 경우 더 짧을 수 있습니다.
- 시장에서 가장 현대적이고 효과적인 장비만 선택하고 계약서에 손실 한도를 설정하십시오. ABB, Siemens, Schneider 또는 Jiangsu Subian Electric Power 중 어느 것이든 관계없이.
- 여전히 정상 작동 모드에서 할인된 구형 장치 대신 새로운 고효율 장비를 사용할 수 있는 이점을 누릴 수 있습니다.