В своей попытке обновить пятилетний капитальный план юго-восточной азиатской коммунальной службы, директор по устойчивому развитию получила важное сообщение от своих аналитиков: около 6% электроэнергии, передаваемой коммунальной службой, терялось в ее собственных трансформаторах, при этом большая часть потерь приходилась на трансформаторы, установленные до 2005 года. Таким образом, замена или модернизация трансформаторов не была благотворительной акцией, а просто самой дешевой электроэнергией, которую коммунальная служба могла бы когда-либо получить. В то же время директор по устойчивому развитию китайского государственного поставщика электроэнергии читал о тех же событиях, но с другой точки зрения: при проведении тендеров на закупку учитывались экологические факторы, и все заводы, которые не могли предоставить доказательства того, что их производственные процессы были “углеродно-нейтральными”, исчезали из списка участников. Таким образом, обе женщины переживали одну и ту же глобальную трансформацию, и это сегодняшние двойные углеродные цели, которые влияют на работу всей трансформаторной отрасли.
Что такое двойные углеродные цели
Двойные углеродные цели являются самыми важными климатическими обязательствами Китая: достижение пика выбросов углекислого газа к 2030 году и достижение углеродной нейтральности к 2060 году. Объявленные в сентябре 2020 года, эти цели стали основополагающими принципами для производственной, энергетической и экспортной отраслей страны. Разработанная политика “1+N” связывает национальные цели с целями, специфичными для таких отраслей, как производство энергии, зеленое производство, энергоэффективность и другие механизмы, такие как углеродные цены и сертификаты зеленой энергии.
Что касается трансформаторной отрасли, двойные углеродные цели не представляют собой абстрактное понятие. Каждая стадия цепочки процессов должна измерять и ограничивать выбросы, которые она генерирует: сталь и медь, используемые для производства трансформатора, уже содержат встроенный углерод; завод использует энергию; более того, трансформатор использует свою долю каждой мегаватт-часа, обработанного им.
| Веха | Дата | Последствия для трансформаторной отрасли |
|---|---|---|
| Объявлены двойные углеродные цели | Сентябрь 2020 | Установлены рамки; начинаются секторальные планы |
| Вступили в силу классы эффективности GB 20052 | 2020–2021 | Класс 2 становится базовым для распределительных трансформаторов |
| Цель по пику углерода | До 2030 года | Ускорено снижение потерь в сети; расширяется зеленая закупка |
| Цель по углеродной нейтральности | До 2060 года | Аморфные сердечники и зеленые заводы становятся стандартом |
Даты имеют значение, потому что решения о закупках, принятые сейчас, будут действовать в течение 25–35 лет — трансформатор, заказанный сегодня, все еще будет работать на горизонте углеродной нейтральности.
Почему трансформаторы находятся в центре проблемы
Трансформаторы играют ключевую роль в большинстве процессов в электрической системе — от генерации, через передачу и распределение и до конечного использования. Национальные сетевые системы используют сотни тысяч трансформаторов, каждый из которых имеет свои неэффективности, которые приводят к потерям в использовании электроэнергии.
Исследования потерь в трансформаторном оборудовании показывают, что потери при передаче электроэнергии достигают около 5-8%. Это также означает, что потери в трансформаторах составляют значительную часть этой цифры.
Такие потери значительны по двум причинам. Прежде всего, это потерянная электроэнергия в системе, что недопустимо для системы с низким уровнем углерода, так как каждый ватт электроэнергии производится, передается и оплачивается. Во-вторых, это концентрированный и обнаруживаемый источник потерь, так как нет проблем с поиском и ремонтом трансформаторов в отличие от других типов потерь в электрической системе. Вот почему эффективность трансформаторов является одной из самых распространенных проблем, рассматриваемых в различных стратегиях, направленных на повышение энергоэффективности и снижение углерода, таких как экодизайн ЕС и система оценки в Китае.
Инвентаризация потерь: где живут выбросы трансформаторов
Потери трансформаторов делятся на две категории, и учет углерода рассматривает их по-разному:
| Тип потерь | Причина | Когда это происходит | Углеродное воздействие |
|---|---|---|---|
| Потеря без нагрузки (ядро) | Магнитизация стального ядра | 24 часа в сутки, пока под напряжением | Преобладает в слабо загруженных сетях; постоянные выбросы |
| Потеря нагрузки (медная) | Ток через обмотки | Увеличивается с квадратом нагрузки | Преобладает при высоком коэффициенте загрузки |
| Заключенный углерод | Производство стали, меди, масла | При производстве | Однократные; 5–15% выбросов за весь жизненный цикл для долгоживущего устройства |
| Конец срока службы | Утилизация масла, переработка | При выводе из эксплуатации | Снижены за счет использования эфирного масла и перерабатываемых конструкций |
Из этого ясно, что в большинстве случаев углерод, выбрасываемый в течение жизненного цикла трансформаторов, обусловлен потерями без нагрузки, так как трансформаторы получают электроэнергию непрерывно, но редко используются на полную мощность. Например, трансформатор мощностью 400 кВА, работающий при средней нагрузке 30%, будет потреблять больше энергии из-за потерь через свое ядро, чем из-за потерь через свои обмотки в течение большинства месяцев. Именно поэтому первый набор нормативных актов в области энергоэффективных трансформаторов сосредоточился на потерях в ядре.
Технологические рычаги: ядра, масла и дизайн
Технология — это то, где выигрывается зеленая трансформация трансформаторной отрасли. Четыре рычага, в грубом порядке влияния на потери без нагрузки:
| Технология | Влияние на потери без нагрузки | Эффект первоначальных затрат | Углеродная обоснованность |
|---|---|---|---|
| Высокопроницаемый GOES, 0.23–0.27 мм | 15–25% ниже стандартного класса | +3–6% | Меньше потерь стали на кВтч |
| Аморфный металлический сердечник | 60–70% ниже обычного | +20–40% | Наибольший единичный рычаг для круглосуточной работы |
| Натуральное эфирное (растительное) масло | Нейтральный с электрической точки зрения | +10–15% | Биодеградируемый, меньший риск возгорания, меньший углеродный след по сравнению с минеральным маслом |
| Низкотеряющая обмотка (больший проводник) | Потеря нагрузки снижена на 10–20% | +2–5% | Актуально для сильно нагруженных трансформаторов |
Аморфный сплав является флагманской технологией эры двойного углерода в распределительных трансформаторах. Поскольку потери без нагрузки у ленты значительно ниже, аморфный трансформатор мощностью 1,000 кВА экономит примерно 500–700 Вт по сравнению с обычным высокоэффективным устройством — около $440–$610 в год при $0.10/кВтч, или $5,000–$7,000 в текущей стоимости за 15 лет. Это технология, которая наиболее последовательно упоминается в китайских программах стимулов и наиболее вероятно станет обязательной по мере ужесточения стандартов первого класса.
Зеленое производство: Собственный углеродный след завода
Цель двойного углерода распространяется на производственный процесс. Система зеленого производства оценивает заводы на основе их потребления энергии на единицу продукции, а также на основе объема используемой возобновляемой энергии и эффективного использования ресурсов, таких как вода, переработка отходов и выбросы загрязняющих веществ. Производители стремятся получить эту сертификацию не только из-за ярлыка, который она им дает, но и потому, что закупки государственными сетями и коммунальными службами предпочитают поставщиков, имеющих эту сертификацию.
Принятые меры на уровне завода следующие:
Энергетические сушильные печи и испытательные площадки, работающие на энергии из возобновляемых источников, что снижает выбросы в рамках первого и второго уровней.
Переработка и повторное использование масла, остатков стали и медной проволоки из обмоток и сердечников.
Установка измерительных машин для измерения потребления энергии на протяжении всего производственного процесса и получения информации о выбросах до того, как компания подаст годовой отчет.
Использование экологически чистых эфирных масел как в цехах, так и в качестве строительного варианта для продукции.
Перечисленные операции влияют на степень выбросов, производимых при производстве трансформаторов — что составляет 5-15% от их общих выбросов за весь жизненный цикл, таким образом, будучи незначительными для одного изделия, но значительными для годового производства тысяч трансформаторов и все больше становясь требованием для поставщиков, подающих заявки на зеленые тендеры.
Политические рычаги: Классы, Тендеры и Субсидии
Перевод технологии в рыночный статус происходит с помощью политики. Ключевыми факторами этого процесса являются:
Рейтинги эффективности: рейтинги GB 20052, которые варьируются от 1 до 3 для распределительных трансформаторов, где минимальный стандарт эффективности — это класс 2, в то время как уже во многих государственных закупочных программах максимальный класс эффективности, т.е. класс 1 (аморфный тип), является либо требованием, либо квалифицируется для финансовой поддержки.
Минимальные стандарты эффективности в торговле: стандарт EU Ecodesign 2019/1783 является основным законодательным актом, регулирующим минимальную эффективность для уличных фонарей (стандарт вступит в силу с середины июля 2024 года), в то время как в соответствии с правилами DOE соблюдение требований гарантирует выход на рынок.
Оценка зеленых закупок: в тендерах компании по распределению электроэнергии учитывают рейтинг эффективности, тип используемого масла и сертификацию завода, что составляет примерно 5-10% от общей оценки.
Углеродные рынки и сертификаты: эффективность зеленых сертификатов и возможные механизмы ценообразования на углерод увеличивают эффективность потерь, избегаемых с течением времени.
Эффект рачета происходит с текущими обновлениями рейтинговой схемы, повышающей базу, в то время как работа стимулов продвигает технологии высшей эффективности в массовом производстве, что снижает их цену и делает следующее ужесточение доступным.
Дорожная карта для зеленой трансформации
Для организации, владеющей парком трансформаторов, зеленая трансформация следует практической последовательности:
| Категория парка | Типичное состояние | Рекомендуемое действие |
|---|---|---|
| Устройства до 2000 года, высокие потери в холостом режиме | 1,500–2,100 Вт на 1,000 кВА | Заменить в первую очередь — лучшие потери и возврат углерода |
| Устройства 2000–2010 годов, умеренные потери | В рамках старых стандартов | Заменить или перепрофилировать; приоритизировать по коэффициенту нагрузки |
| Современные устройства 2 класса | 700–1,100 Вт на 1,000 кВА | Сохранить; оптимизировать отводы и параллельную работу |
| Устройства 1 класса / аморфные | 350–500 Вт на 1,000 кВА | Сохранить и контролировать; использовать в качестве лучшей практики |
Провести инвентаризацию и классификацию всех спецификаций трансформаторов из базы данных трансформаторов, включая заводскую табличку, возраст, потери, характеристики нагрузки и местоположение.
Применить ранжирование потерь для приоритизации: применить методологию капитализации потерь для оценки устройств по ежегодным затратам на потери в холостом режиме и потери нагрузки; как правило, наименьшие 20% устройств составляют 50% и более от общих потерь всего парка.
Заменить самые неэффективные в первую очередь: замена трансформаторов 1990-х и начала 2000-х годов сосредоточена на заменах уровня “A”, использующих аморфные сердечники в случаях, когда они оправданы нагрузкой и часами работы.
Провести операционную оптимизацию: повторные отводы, перераспределение подключенных устройств в школах и тщательный подбор размеров устройств потребуют минимальных затрат и обеспечат очень быстрые результаты и эффекты.
Собрать и заявить: хранить отчеты о регулярных испытаниях, доказательства класса эффективности и любые подходящие зеленые субсидии или предпочтения в закупках, предоставленные федеральными грантами, которые применимы.
Зеленые варианты трансформаторов и цены
Указательные цены на распределительный трансформатор с энергосбережением 1,000 кВА 10/0.4 кВ, FOB по бренду и технологии:
| Бренд | Происхождение | Класс 2 (GOES) | Класс 1 / аморфное ядро |
|---|---|---|---|
| Hitachi Energy | Япония/Глобальный | $9,000–$12,500 | $12,500–$18,000 |
| ABB | Швейцария/Глобально | $8,500–$12,000 | $12,000–$17,000 |
| Siemens Energy | Германия/Глобально | $8,000–$11,500 | $11,500–$16,500 |
| Schneider Electric | Франция/Глобально | $7,500–$11,000 | $11,000–$15,500 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | $4,000–$7,000 | $5,500–$9,500 |
Цены варьируются в зависимости от класса потерь, переключателя отводов, опции с эстеровым маслом, цен на медь и условий доставки; рассматривайте их как диапазоны планирования, а не как фиксированные котировки.
Глобальные бренды занимают премиум-сегмент с глубокими сервисными сетями и обширными программами типового тестирования. Конкурентная история китайского производства в условиях двойного углеродного режима заключается в том, что те же классы эффективности и экологические характеристики достигаются при первоначальных затратах на 40–50% ниже, что сокращает каждую расчетную окупаемость. Jiangsu Subian Electric Power является китайским зеленым трансформатором производителем и производителем трансформаторов сертифицированным как зеленый завод, производящим трансформаторы с жидким погружением, сухие и трансформаторы с аморфным сердечником класса GB 20052 1–2 от 10 кВА до 63 МВА, протестированные по IEC 60076 и отправляемые с отчетами о рутинных испытаниях. Subian поставил энергосберегающие комплекты для коммунальных служб и промышленных парков в Азии, Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке, а его зеленая линейка задокументирована на subian-electric.com.
Как покупатели должны реагировать
Двойная углеродная траектория должна рассматриваться покупателями как неотъемлемая часть закупок, а не упоминаться как маркетинговая стратегия:
Упоминайте класс, а не маркетинговый документ: включите класс GB 20052 или уровень ЕС в запрос и убедитесь, что как данные о безнагрузочных, так и о нагрузочных потерях предлагаются в ответ.
Рассчитывайте потерю стоимости каждый раз, когда приобретается оборудование, чтобы “дешевый” вариант с высокими потерями не мог конкурировать с “дорогими” вариантами с низкими потерями из-за более низкой общей стоимости владения.
Выбирайте аморфные сердечники и эстеровое масло в случаях, когда коэффициент нагрузки, риск пожара или отчетность по устойчивому развитию оправдывают их использование.
Запрашивайте экологические доказательства: теперь производство, доля зеленой энергии и документы по углероду также будут учитываться.
Планируйте замены в соответствии с нормативными актами: замена оборудования, которое станет несоответствующим на следующей дате обновления, помогает избежать приобретения несоответствующих активов.
Организации, которые следуют этому процессу, получают три основных преимущества: более низкие эксплуатационные расходы, более легкое соблюдение норм и практическая история устойчивого развития.
Часто задаваемые вопросы
Каковы цели Китая в области двойного углерода?
Китай обязался достичь пика выбросов углекислого газа до 2030 года и достичь углеродной нейтральности к 2060 году. Эти цели определяют политику в секторах через подход “1 + N”, который охватывает энергетику, промышленность, транспорт и зеленое производство, с мерами, такими как рейтинги эффективности трансформаторов, сертификация зеленых фабрик и подходы к углеродному рынку.
Сколько энергии теряет неэффективный трансформатор?
Трансформатор мощностью 1,000 кВА из 1990-х годов обычно теряет 1,500–2,100 Вт при отсутствии нагрузки — около 13,000–18,000 кВтч в год, что составляет $1,050–$1,800 при $0.08–$0.10/кВтч. Современный трансформатор класса 2 сокращает это вдвое, а трансформатор с аморфным сердечником снижает до 350–500 Вт, что составляет около четверти от первоначального.
Стоит ли трансформатор с аморфным сердечником своей премии?
В условиях непрерывной нагрузки, да. Премия за первоначальные затраты 20–40% компенсируется за счет снижения потерь в режиме холостого хода на 60–70% за 4–8 лет при типичных промышленных тарифах, а экономия накапливается на протяжении 25–35 лет службы. На слабо загруженных сезонных объектах единица класса 2 GOES часто является оптимальным вариантом по стоимости.
Сколько стоят зеленые трансформаторы?
Трансформатор мощностью 1,000 кВА класса 2 стоит около $4,000–$7,000 FOB от китайских производителей; версии класса 1 с аморфным сердечником стоят $5,500–$9,500. Премиальные европейские и японские бренды обычно на 50–80% дороже. Цены варьируются в зависимости от аксессуаров, опции с эстеровым маслом и цен на медь.
Что такое зеленый завод в трансформаторной промышленности?
Зеленый завод — это производственный объект, сертифицированный в рамках китайской системы зеленого производства за низкое потребление энергии на единицу продукции, долю возобновляемой энергии, управление водными ресурсами и отходами, а также за переработку. Для покупателей трансформаторов сертификат зеленого завода сигнализирует о меньшем углеродном следе и все чаще учитывается в тендерах коммунальных служб и правительства.
Ссылки
- Программа двойного углерода Китая (CN) — Официальная политическая рамка для достижения целей по пиковым выбросам и нейтральности.
- GB 20052: Классы энергоэффективности для трансформаторов мощностью — Стандарт эффективности, находящийся в центре политики Китая в области трансформаторов.
- Регламент ЕС по экодизайну 2019/1783 — Требования ЕС к эффективности трансформаторов, согласованные с тем же направлением.
- IEC 60076-1: Силовые трансформаторы – Общие сведения — Международная база тестирования для оценки производительности трансформаторов.
- Программа энергоэффективности МЭА — Данные о потерях в сети и политике эффективности трансформаторов.
- Система зеленого производства MIIT — Рамка оценки и сертификации зеленых заводов в Китае.
- Официальный сайт Jiangsu Subian Electric Power — Сертификация зеленого завода и ассортимент энергосберегающих трансформаторов.
Заключение
Этот двойной углерод цели дают трансформаторной промышленности четкое направление и жесткие сроки. Путь к зеленой трансформации конкретен: сократить потери в режиме холостого хода с помощью лучших сердечников, сократить углеродный след с помощью более зеленых заводов и позволить политике — классам эффективности, зеленым закупкам, углеродным рынкам — сделать экономику работоспособной. Технология существует, возврат инвестиций задокументирован, а направление однозначно.
Основные выводы:
- Потери трансформаторов составляют концентрированную, адресуемую долю потерь в сети — идеальные первые цели для сокращения углерода.
- Аморфные сердечники сокращают потери в режиме холостого хода на 60–70%; сертификация зеленого завода сокращает углеродный след на источнике.
- Возврат инвестиций от 3 до 8 лет на замену классов 1–2, плюс преимущества субсидий и предпочтений при закупках.
- Покупатели должны указывать классы эффективности, учитывать капитализацию потерь и запрашивать зеленые доказательства.
Если вашему парку требуется обновление эффективности, Jiangsu Subian Electric Power — сертифицированный зеленый завод — поставляет трансформаторы класса 1–2 и с аморфным сердечником, протестированные по IEC 60076, по ценам, удобным для экспорта. Ознакомьтесь с ассортиментом на subian-electric.com.