В Нигерии инженер по закупкам, работающий в коммунальной компании, был проинформирован о новой политике китайского правительства, которая выводит из обращения тысячи устаревших распределительных трансформаторов. Коммунальная компания инженера все еще эксплуатирует несколько единиц S7, которые были произведены в 1980-х годах, в то время как компания рассматривает возможность использования восстановленных трансформаторов из-за границы и хочет узнать, стоит ли покупать бренд S7, который наблюдается на рынке, или это может быть проблематично.
В этой статье я проиллюстрирую, как Китай вывел из обращения S7 и более старые распределительные трансформаторы, почему была введена такая политика, что это будет означать для клиентов, покупающих новые и бывшие в употреблении трансформаторы, и, наконец, как понять значения потерь, категории эффективности и ценовые сигналы в отрасли сейчас.
Китай формализовал свою политику энергосберегающих трансформаторов через введение “Плана повышения энергоэффективности трансформаторов (2015–2020)” и нового стандартного градационного уровня (GB 20052), который требовал, чтобы трансформаторы класса S7 – которые построены по старому дизайну S7 и изначально заданы на высокие потери в холостом режиме – были выведены из обращения, поскольку они теряют 1–2% энергии, которую они проводят на протяжении всего времени своего использования. План предусматривал, что китайские коммунальные компании заменят существующие трансформаторы класса S7/S8 (а позже и класса S9) на современные энергосберегающие модели S11, S13 или S15, которые сократят потери в холостом режиме на 30–60%.
Предыстория: Почему Китай вывел из обращения трансформаторы S7
С самым быстрым ростом среди всех систем электросетей в истории, в Китае было значительное количество распределительных трансформаторов, которые были спроектированы по модели S7 в 1980-х и 1990-х годах. Несмотря на то, что они были недорогими в то время, технология S7 испытывала относительно высокий уровень потерь в холостом режиме (железных) по сравнению с современными стандартами. Поскольку распределительные трансформаторы работают почти постоянно в течение всего операционного года в 8,760 часов, железные потери происходят непрерывно, независимо от мощности, предоставляемой трансформатором.
Исследования, проведенные в Китае, показали, что серия S7 потребляла значительное количество электроэнергии в стране. Согласно расчетам Национальной комиссии по развитию и реформам (NDRC) и Министерства промышленности, замена всех трансформаторов на новые модели могла бы позволить стране сэкономить примерно 25-40 ТВтч энергии в год, что равно годовому производству электроэнергии многих крупных энергетических объектов. Таким образом, весь процесс становится не только экономической, но и мерой энергетической безопасности.
В 2015 году запуск “Плана улучшения трансформации” инициировал массовый процесс списания, в ходе которого организации были обязаны списать старые модели трансформаторов, включая типы S9, в районах с высокими энергетическими потерями трансформаторов. В результате, к началу 2020-х годов почти все единицы S7 были выведены из электрической системы страны, и лишь несколько единиц оставались в эксплуатации.
Хронология и охват политики
Списание не было единовременным указом; это была последовательность нарастающих предписаний. Ключевые этапы:
| Год | Политика / этап | Объем |
|---|---|---|
| 1998 | Введение S9 как замены для S7 | Новые установки переходят на дизайн S9 |
| 2010 | Черновики классов эффективности GB 20052-2013 | Определяет уровни энергетической эффективности 1–3 |
| 2015 | План улучшения эффективности трансформаторов (2015–2020) | Энергетические предприятия должны списать S7/S8; S9 запланирован позже |
| 2017–2019 | Уведомления НДРК и провинциальные предписания | Сроки списания S7 соблюдаются; субсидии для S13/аморфных |
| 2020 | Период плана заканчивается; S7 фактически исключены из парка сетей | Доля аморфных сердечников в новых закупках резко возрастает |
| 2021–2025 | Пересмотр GB 20052-2020 ужесточает классы эффективности | Минимальная эффективность повышена; S9/S11 постепенно списываются |
Сообщение, которое получают покупатели, не может быть неправильно истолковано: каждое новое требование к эффективности служит новым минимальным уровнем. Лучшая технология 1985 года объявляется устаревшей к 2020 году, как это происходит и в других местах; единственное различие — это даты, когда различные страны внедряют свои регламенты — в Европе это директива Eurcode, а в США существуют мандаты для сельской местности и Калифорнии, наряду с многими другими.
Что на самом деле означает “S7” на табличке
Название “S7” происходит от оригинальной серии трансформаторов в Китае. Первая буква “S” означает трехфазный (сан сян), в то время как число указывает на поколение дизайна: S5, S7, S9, S11, S13 и S15 (аморфные). Каждое поколение разработано для снижения потерь. С начала 1980-х до середины 1990-х годов серия S7 была основным типом трансформаторов, используемым в распределительной сети Китая.
Расточительность S7 вызвана сердечником из стали. Он изготовлен из горячекатаной или ранней холоднокатаной кремнистой стали с высоким значением специфических потерь. Более того, дизайн не оптимизировал геометрию сердечника так, как это делают более поздние конструкции — и в результате, обычный трансформатор S7 мощностью 100 кВА имеет потери в режиме холостого хода около 320-350 Вт, в то время как для S9 потери почти вдвое меньше, а для S11 они составляют около 145-180 Вт.
Следует отметить, что термин “S7” не является официальным термином IEC или IEEE. Поэтому этот термин может редко использоваться за пределами Китая. Однако потери в режиме холостого хода старых конструкций трансформаторов по всему миру такие же, как у трансформаторов S7, найденных в США, Японии и Европе.
Уровни потерь: S7 против S9 против S11 против S13
Ключевая техническая тема связана с концепцией лестницы потерь. Таблица, представленная здесь, предназначена для сравнения потерь при нулевой нагрузке и потерь при нагрузке трехфазного распределительного трансформатора мощностью 100 кВА в зависимости от поколений дизайна с использованием примерных данных из литературы.
| Поколение дизайна | Тип сердечника | Потеря при нулевой нагрузке (100 кВА) | Потеря при нагрузке при 75°C | Относительная железная потеря |
|---|---|---|---|---|
| S7 (выведен из эксплуатации) | Горячекатаная / ранняя холоднокатаная зернистая кремнистая сталь | 320–350 Вт | ≈ 1,750–1,950 Вт | 100% (базовый) |
| S9 | Сталь CRGO | 200–230 Вт | ≈ 1,500–1,650 Вт | ≈ 65% |
| S11 | Высококачественная сталь CRGO | 145–180 Вт | ≈ 1,400–1,550 Вт | ≈ 47% |
| S13 | Высококачественная сталь CRGO, оптимизированная | 110–140 Вт | ≈ 1,350–1,500 Вт | ≈ 36% |
| S15 (аморфный) | Аморфная металлическая лента | 70–90 Вт | ≈ 1,300–1,500 Вт | ≈ 24% |
Как указано выше, переход с S7 на S11 или S13 устраняет более половины потерь железа, а переход на аморфное сердечник сокращает потери примерно на 75%. Поскольку потери в режиме холостого хода происходят непрерывно в течение всего дня, различия сразу отражаются в счетах за электроэнергию и выбросах.
Объяснение классов эффективности GB 20052
Классификация эффективности в Китае представлена в GB 20052, “Минимально допустимые значения энергетической эффективности и классы энергетической эффективности силовых трансформаторов”. В этом стандарте предусмотрены три возможных класса:
- Класс 3 — минимальная энергетическая эффективность; он почти равен уровню старых S9/S11.
- Класс 2 — уровень энергосбережения; он примерно равен потерям S13.
- Класс 1 — максимальный уровень эффективности; на самом деле он почти сопоставим по производительности с использованием аморфного сердечника (S15).
В 2020 году GB 20052-2020 был изменен так, что продажа трансформаторов ниже третьего класса была запрещена в Китае. Также требуется, чтобы любые новые трансформаторы, купленные для сети, соответствовали классу 2 или выше. Стандарт ограничивает потери в режиме холостого хода для трансформатора мощностью 100 кВА на уровне 170 Вт для класса 3, 150 Вт для класса 2 и 120 Вт для класса 1 по сравнению с 320-350 Вт для S7.
| Класс эффективности | Предел потерь в режиме холостого хода для 100 кВА | Приблизительно эквивалентный дизайн | Статус в Китае |
|---|---|---|---|
| Класс 3 (минимум) | ≈ 170 Вт | CRGO класса S11 | Минимально допустимо для продажи |
| Класс 2 (энергосберегающий) | ≈ 150 Вт | CRGO класса S13 | Требуется для закупок, финансируемых из бюджета |
| Класс 1 (высший) | ≈ 120 Вт | Аморфное сердечник (класс S15) | Предпочтительно при субсидиях на эффективность |
| Ссылка на S7 (выведен из эксплуатации) | 320–350 Вт | Горячекатаная / ранняя холоднокатаная зернистая кремнистая сталь | Выведен из эксплуатации в сети |
По всему миру аналогичное понятие наблюдается в форме Регламента ЕС по экодизайну 548/2014 (с изменениями 2019/1783) или стандартов DOE 2016, установленных властями США. Для удобства сравнения цен на трансформаторы по всему миру покупатели должны конвертировать понесенные потери в одну и ту же единицу для точных оценок, что особенно важно, поскольку устройство с низкими затратами на покупку, но высокими потерями редко бывает достаточно дешевым в течение 20 лет.
Математика эксплуатационных затрат старого трансформатора
Экономика не благоприятна в случае S7. Рассмотрим трансформатор мощностью 100 кВА, который имеет скромную среднюю нагрузку 40%, работает 8760 часов, а стоимость энергии составляет $0.10 за кВтч.
| Статья затрат | Устройство S7 | Замена S11 | Годовая разница |
|---|---|---|---|
| Энергия в режиме холостого хода (годовая) | ≈ 3,066 кВтч | ≈ 1,445 кВтч | −1,621 кВтч |
| Энергия нагрузки (годовая, 40% LF) | ≈ 2,805 кВтч | ≈ 2,349 кВтч | −456 кВтч |
| Общая стоимость энергии / год | ≈ $587 | ≈ $379 | −$208 / год |
| Более 15 оставшихся лет | — | — | ≈ $3,120 сэкономлено |
Разница для одного устройства составляет несколько сотен долларов в год, что незначительно. Однако, если у компании около 10,000 устаревших устройств, это обойдется им более чем в $2 миллиона долларов в год в ненужных расходах, связанных с электрическим счетом. Вот почему китайская энергетическая система отказалась от всего парка единиц S7 и почему регуляторы электроэнергии постоянно ужесточают свои политики.
Второй финансовый аспект — это проблема надежности. Устройства S7 сейчас от 30 до 40 лет. Процессы износа изоляционных материалов, масла и прокладок приводят к ухудшению состояния устройств и сокращают оставшийся срок службы системы. Один трансформатор распределения в среднем возрасте будет стоить около $1000 до $3000 за ремонт и от $2000 до $6000 за замену.
Что это означает для вторичного рынка
Это ловушка для клиентов. Отказ от S7/S8/S9 привел к удалению этих устройств из сети — все они, во многих случаях, появились на рынке под ярлыками “восстановленный” или “капитально отремонтированный”. При первоначальной проверке цена кажется привлекательной: 100 кВА S7 может стоить от $400 до $900 по сравнению с $1,400 до $2400 за новый эквивалент S11 из Китая. Однако необходимо учитывать следующие расходы.
- Операционные проблемы: Использованное устройство может вызвать дополнительные потери от $150 до $250 в год по сравнению с новым энергоэффективным устройством.
- Используемый срок службы: Трансформатор 30 лет считается способным прослужить 5-15 лет вместо 25-30.
- Неясное состояние: “Восстановленный” может означать что угодно — от надлежащего восстановления до простой перекраски с новыми прокладками. При отсутствии результатов тестирования и истории нагрузки риск невозможно оценить.
- Нестандартный статус: Устройства S7 не соответствуют текущим нормативам по эффективности, что может привести к запрету на повторное использование на регулируемых рынках или штрафам.
Разумные покупатели рассматривают восстановленные устройства S7/S8 как экстренное решение и требуют проведения тестов масла (диэлектрические, влажность, кислотность), сопротивления обмотки, соотношения и тестов мегомметром перед покупкой, а также откладывают средства на замену в течение следующих пяти лет.
Варианты замены, бренды и цены
Если вы собираетесь купить новые трансформаторы вместо трансформаторов S7, вопрос в том, какой энергоэффективный дизайн вы хотите купить. Ниже представлена таблица с ориентировочными затратами на замену трехфазного трансформатора 100 кВА от различных поставщиков, указанных на условиях FOB.
| Бренд / источник | Конструкция | Цена 100 кВА (FOB) | Потребление без нагрузки | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| ABB | Класс S11 / индивидуальный | $4,200–$6,500 | ≈ 150–180 Вт | Премиум-бренд, глобальное обслуживание |
| Сименс | Класс S11 / индивидуальный | $4,000–$6,800 | ≈ 150–180 Вт | Сильный опыт работы с коммунальными службами |
| Schneider Electric | Класс S11 / индивидуальный | $3,800–$6,200 | ≈ 150–180 Вт | Интегрированная экосистема низкого напряжения |
| Hitachi Energy | Класс S11 / индивидуальный | $4,500–$7,000 | ≈ 150–180 Вт | Репутация уровня коммунальных услуг |
| Итон | Класс S11 / индивидуальный | $3,500–$5,800 | ≈ 150–180 Вт | Сила распределения в Америке |
| TBEA / Китай XD | S13 / аморфный доступен | $1,700–$3,000 | ≈ 110–170 Вт | Государственная поддержка, массовое производство |
| Jiangsu Subian Electric Power | S11 / S13 / аморфный | $1,500–$2,600 | ≈ 110–180 Вт | Ориентированные на экспорт, протестированные по IEC 60076 |
В проектах, где сертификация, местное присутствие и признание финансирования ценятся выше начальной стоимости, международные бренды, такие как ABB, Siemens, Schneider Electric и Hitachi Energy, будут предпочтительным вариантом, поскольку их продукты соответствуют или превышают стандарты GR 20052 класса 2-3 и обеспечивают надлежащую поддержку для этого.
В случае программ замены, где будет работать тысячи продуктов, Jiangsu Subian Electrical Power станет экономически эффективным решением. Компания производит трансформаторы S11, S13 и с аморфным сердечником мощностью от 5 кВА до 2,500 кВА, протестированные в соответствии с IEC 60076 и GR 20052, а также применяет сертификаты соответствия на каждый трансформатор и по желанию стороннюю проверку. Покупка совершенно нового энергосберегающего трансформатора по заводской цене обычно обойдется дешевле за весь срок службы, чем покупка уцененного трансформатора S7, который будет нести потери в течение 10 лет.
Действия для покупателей за пределами Китая
Выводы из списания в Китае важны для любого оператора, не использующего трансформаторы с низкими потерями:
- Проведите аудит вашего инвентаря в соответствии с классом потерь. Указанная на табличке потеря в холостом режиме является лучшим единственным показателем необходимости замены.
- Смотрите на срок окупаемости, а не на цену. Срок окупаемости замены трансформатора S7 при $0.1/кВтч обычно составляет от трех до шести лет; срок окупаемости меньше при более высоких тарифах на электроэнергию.
- Покупайте в соответствии с максимальным допустимым стандартом эффективности. Если трансформатор с аморфным сердечником (Класс 1) всего на 15-25% дороже трансформатора S11, то экономия за весь срок службы оправдывает инвестиции.
- Настойчиво требуйте гарантии потерь в контрактах. Вводя лимиты и штрафы за потери в холостом и рабочем режиме в контракты, вы можете защитить свой бюджет.
- Будьте очень осторожны при покупке импортных б/у трансформаторов. Запрашивайте результаты тестов масла, электрические испытания и отчеты по нагрузке.
Также помните, что все основные рынки разделяют одну и ту же тенденцию – трансформаторы с высокими потерями становятся делом прошлого.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между трансформаторами S7 и S9?
S7 и S9 – это два поколения распределительных трансформаторов, которые производились в Китае. S9 был разработан около 1998 года. Хотя материалы, используемые для производства трансформаторов S9, включают холоднокатаную кремнистую сталь с направленным зерном и оптимизированную геометрию сердечника, они все же потребляют на 30-40% меньше энергии по сравнению с трансформаторами S7. Таким образом, трансформатор мощностью 100 кВА теряет 200-230 Вт электроэнергии вместо 320-350 Вт, потребляемых трансформатором S7. В денежном эквиваленте это переводится в экономию $60-$100 на счетах за электроэнергию.
Могу ли я все еще купить трансформаторы S7 в Китае?
Введение S7 и других моделей ниже 3-го класса практически запрещено в соответствии с GB 20052-2020 в Китае, что привело к утилизации парка сетевых компаний. Устройства S7 все еще доступны на вторичных рынках как бывшие в употреблении или “восстановленные” устройства по низким ценам. Если только вам не поступит достаточно привлекательное предложение в качестве временного решения, новая машина S11/S13, цена которой составляет от $1,500 до $2,600 (100 кВА, FOB Китай), является лучшим вариантом.
Стоят ли трансформаторы S11 и S13 дополнительных затрат?
В общем, да. Трансформатор S13 будет стоить примерно на 5-15% больше, чем аналогичный трансформатор S11 и снизит потери в холостом режиме на дополнительные 20-25%. Исходя из предположения о 10 цент/кВтч и 8760 часов работы в год, снижение потерь составляет около 50-90 долларов в год для трансформатора мощностью 100 кВА, что дает срок окупаемости 3-7 лет и продолжает экономить деньги более 20 лет. Чем выше тарифы и коэффициенты использования, тем короче срок окупаемости.
Что означает GB 20052 для импортируемых трансформаторов?
GB 20052 определяет стандарты, касающиеся эффективности трансформаторов, продаваемых и используемых на территории Китая. Все трансформаторы, импортируемые в Китай, должны соответствовать минимальному требованию 3-го класса, в то время как случаи проектов, финансируемых сетевыми компаниями, должны соответствовать 2-му классу или выше. Кроме того, GB 20052 все еще полезен для иностранных покупателей как ориентир в отношении потерь трансформаторов, произведенных в Китае.
Как мне рассчитать срок окупаемости замены старого трансформатора?
Умножьте разницу в потерях в холостом режиме (кВт) на 8,760 часов, добавьте разницу в потерях под нагрузкой, умноженную на квадрат среднего коэффициента нагрузки (например: 0.4² = 0.16 при 40% нагрузке), умноженную на 8,760 часов, и умножьте общую сумму на ваш тариф, чтобы сравнить результат с затратами на замену. Пример: 0.13 кВт меньшие потери в холостом режиме, умноженные на 8,760 часов, дают 1,139 кВтч экономии в год при $0.10 за кВтч, что соответствует $114 экономии в год — для замены устройства стоимостью около $2,000 срок окупаемости из-за потерь составляет 17 лет эксплуатации без обслуживания и других преимуществ, связанных с новыми устройствами.
Ссылки
- Национальная комиссия по развитию и реформам (NDRC) — Опубликован План повышения энергоэффективности трансформаторов Китая (2015–2020).
- МЭК — Издатель IEC 60076, международного стандарта испытаний трансформаторов, используемого для заменяемых единиц.
- Международное энергетическое агентство (IEA) — Анализ потерь распределительных трансформаторов и политики эффективности в мире.
- Министерство энергетики США — Стандарты эффективности распределительных трансформаторов и оценки влияния на рынок.
- Европейская комиссия — Регламент экодизайна 548/2014 и 2019/1783 для трансформаторов.
- Энергоэффективность Star — Справочник для оценки энергоэффективности и калькуляторов сбережений.
- Jiangsu Subian Electric Power — Производитель распределительных трансформаторов S11, S13 и с аморфным сердечником.
Заключение
Тот факт, что Китай решил запретить технологии трансформаторов S7 и более старые, основан на чистых цифрах, поскольку постоянно работающий трансформатор с высокими потерями в холостом режиме несет ненужные расходы и тратит энергию на протяжении всей своей жизни. В результате этой инициативы десятки миллионов устройств были выведены из эксплуатации. Также рейтинг эффективности, используемый в этом подходе (GB20052), соответствует требованиям экодизайна ЕС и стандартам DOE США.
- Рассматривайте любой стандарт S7 или неэффективный трансформатор как эффективную ответственность. Годовые потери, возникающие в результате их эксплуатации, действительно существуют и остаются постоянными.
- Обычно срок окупаемости замены устройства составляет от 3 до 6 лет при средних тарифах, но может быть короче, когда стоимость электроэнергии высока.
- Выбирайте только самое современное эффективное оборудование, доступное на рынке, и устанавливайте пределы потерь в контракте. Будь то ABB, Siemens, Schneider или Jiangsu Subian Electric.
- Вы все равно получите преимущество от использования нового высокоэффективного оборудования вместо устаревшего устройства со скидкой в его нормальном рабочем режиме.