Wie die Umweltpolitik der EU den Bedarf an Transformatoren im Rahmen der Energiewende ankurbelt

Die Europäische Union treibt eine tiefgreifende Energiewende im Stromnetz und weltweit voran. Europa erzielt Fortschritte in seinem gesamten Energiesystem durch den Einsatz erneuerbarer Energiequellen, Klimaschutzmaßnahmen und groß angelegte Elektrifizierungspläne.

Ein Transformator ist eine Schlüsselkomponente der Energiewende, da er die Spannungsumwandlung zwischen den Ebenen der Erzeugung, Übertragung und Verteilung gewährleistet und dabei einen präzisen Leistungsfluss in den verschiedenen Systemen sicherstellt.

Einführung in die Umweltpolitik der EU

Die Europäische Union hat verschiedene Maßnahmen zur Dekarbonisierung, zur Modernisierung der Stromversorgungssysteme und zur Verbesserung der Energiequalität beschlossen. Diese Maßnahmen ebnen den Weg für Veränderungen in der Strominfrastruktur sowie bei der Nachfrage nach Transformatoren.

Europäischer Green Deal

Es wurde 2019 verwendet; das heißt, die EU hat langfristige Pläne, Europa zum ersten klimaneutralen Kontinent zu machen, und zwar bis 2050. Die wichtigsten Ziele sind:

• Umstellung auf saubere Energiequellen
• Das Wirtschaftswachstum ist vom Ressourcenverbrauch entkoppelt
• Null Treibhausgasemissionen bis 2050
• Förderung einer nachhaltigen Industrie und von Praktiken der Kreislaufwirtschaft

Der Green Deal gilt für verschiedene Sektoren, wie zum Beispiel

• KI und Rechenzentren
• Energieerzeugung
• Industrielle Fertigung
• Transport
• Bauwesen und Gebäude
• Landwirtschaft

Fit für 55

• “Fit für 55”ist ein Gesetzespaket, mit dem sichergestellt werden soll, dass die EU ihre Treibhausgasemissionen bis 2030 im Vergleich zu den Werten von 1990 um etwa 55 Prozent senkt.“.
• Dadurch werden Änderungen an verschiedenen Rahmenwerken vorgenommen, wie beispielsweise den Zielen für erneuerbare Energien, dem EU-Emissionshandelssystem (ETS), den Vorschriften zur Energiebesteuerung und den Mechanismen zur CO₂-Grenzausgleichsabgabe.
• Dies wird sich auf das Energiesystem auswirken – durch den raschen Ausstieg aus fossilen Brennstoffen, einen hohen Anteil erneuerbarer Energien, einen hohen Energiebedarf sowie die Elektrifizierung der Wärmeversorgung und des Verkehrs.

Richtlinie über erneuerbare Energien (RED III)

RED III verschärft die verbindlichen EU-Ziele für erneuerbare Energien für 2030 und sorgt für ein vereinfachtes Genehmigungsverfahren für Projekte im Bereich der erneuerbaren Energien. Dies wirkt sich auf den raschen Ausbau von Photovoltaikanlagen, die Einbindung erneuerbarer Energien in den Bereichen Heizung und Verkehr sowie das Wachstum der Onshore- und Offshore-Windenergie.

Im Rahmen des Angebots an Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien bietet RED III die Nutzung von Netzanschlusstransformatoren, Umspannwerken, Modernisierungsmaßnahmen und Hochspannungstransformatoren an den Erzeugungsstandorten.

REPowerEU

REPowerEU wurde erstmals im Jahr 2022 als Reaktion auf geopolitische Spannungen und Probleme im Bereich der Energiesicherheit eingeführt. Sein Hauptziel besteht darin, die Abhängigkeit der EU von externen fossilen Brennstoffen wie Erdgas so weit wie möglich zu verringern.

Das Hauptziel bestand darin, den Ausbau erneuerbarer Energien voranzutreiben, mehr Energie einzusparen, die Stromnetze auszubauen und die Energieversorgung zu diversifizieren.

Die Rolle von Transformatoren in der Energiewende

In modernen Stromnetzen ist der Transformator die wichtigste Komponente; seine Bedeutung nimmt in Europa und anderen Ländern, die auf erneuerbare Energien und Elektrifizierung umstellen, zunehmend zu.

Hier finden Sie eine ausführliche Erläuterung zur Bedeutung von Transformatoren für die Energiewende

 Spannungsumwandlung für das Stromnetz

Strom wird erzeugt, übertragen und in verschiedenen Spannungsstufen an die Verbraucher verteilt. So wird beispielsweise in Kraftwerken auf Erzeugerebene eine Mittelspannung von etwa 11–33 kV erzeugt.

Anschließend wird der Strom mit einer Hochspannung von 110 kV bis 400 kV über größere Entfernungen übertragen. An der Verteilerstelle wird die Spannung auf einen niedrigen Wert von 400 oder 230 V heruntertransformiert, der für Industrie und Privathaushalte genutzt wird.

All diese Spannungsumwandlungen erfolgen über Transformatoren. Wie bereits am Erzeugungsort erhöht der Aufwärtstransformator die Spannung, während das Umspannwerk die Spannung für die Verbraucher senkt.

Einspeisung erneuerbarer Energien in das Stromnetz

Energie wird aus verschiedenen erneuerbaren Energiequellen wie Onshore-Windkraft, Solar-PV und Offshore-Windkraft gewonnen. Jede Anlage zur Erzeugung erneuerbarer Energie verfügt über einen bestimmten Transformator, der an das Stromnetz angeschlossen ist.

Beispielsweise werden in Solarparks Wechselrichtertransformatoren eingesetzt, um die Ausgangsspannung des Wechselrichters an die Netzspannung anzupassen. Windkraftanlagen verwenden Pad-Montierte Transformatoren zur Spannungserhöhung vor der Einspeisung in das Netz.

Offshore-Windparks nutzen Hochleistungstransformatoren in Offshore-Umspannwerken.

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 Effiziente Fernübertragung

Die Hauptfunktion eines Transformator in einem Übertragungsnetz ist die Verringerung der Übertragungsverluste. Die Leistungsverluste in Übertragungsleitungen stehen in direktem Zusammenhang mit dem Quadrat des Stroms (I²R-Verluste).

Durch eine Erhöhung der Spannung sinkt der Strom bei gleicher Leistung, wodurch sich die Energieverluste bei größeren Entfernungen verringern.

Für Anwendungen im Rahmen der Energiewende befinden sich erneuerbare Energiequellen in abgelegenen Gebieten, weshalb Hochspannungsübertragungsnetze zum effizienten Transport des Stroms genutzt werden.

Aufwärtstransformator: Diese Hochspannungsübertragungen ermöglichen den Betrieb des Systems für erneuerbare Energien

Netzstabilität und Spannungsregelung

Erneuerbare Energiequellen zeichnen sich durch Schwankungen aus. Die Solarstromerzeugung hängt von der Sonneneinstrahlung ab; auch die Windstromerzeugung variiert je nach Windgeschwindigkeit. Diese Schwankungen führen zu Spannungsschwankungen und einem instabilen Netzgleichgewicht.

Transformatoren sorgen für die Spannungsstabilität im Netz, indem sie das Spannungsniveau mithilfe von Laststufenschaltern regulieren. Diese steuern den Blindleistungsfluss und tragen durch eine stabile Spannungsversorgung zur Frequenzregelung bei.

Moderne Transformatoren, wie beispielsweise digitale Transformatoren, gewährleisten eine Echtzeitüberwachung und automatische Spannungsanpassungen. Dies trägt zu einer hohen Stromqualität bei und hilft bei der Bewältigung verschiedener Störungen wie Überspannungen, Spannungseinbrüche und Oberschwingungen.

Ausbau erneuerbarer Energien und Nachfrage nach Transformatoren

Rasantes Wachstum bei den erneuerbaren Energien

Im Einklang mit der EU-Klimapolitik setzen die Mitgliedstaaten Onshore-Windparks, große Photovoltaikanlagen und große Offshore-Windprojekte ein.

Die Offshore-Windenergie in der Nordsee ist die wichtigste Quelle für erneuerbare Energiekapazitäten. Diese Projekte erzeugen große Mengen an Strom im Megawatt- und Gigawattbereich.

In diesen Anlagen kommen verschiedene Transformatoren zum Einsatz, darunter Transformatoren auf Turbinenebene (in Windparks), Sammeltransformatoren, Umspannwerktransformatoren und Netzanschlusstransformatoren.

Offshore-Windkraftprojekte basieren auf Transformatoren, da sie leistungsstarke Transformatoren für Offshore-Umspannwerke, Umspannwerke für den Netzanschluss an Land sowie Exporttransformatoren für Unterwasser-Übertragungskabel benötigen.

Aufwärts- und Abwärtstransformatoren

Aufwärtstransformatoren

Am Erzeugungsstandort erhöht ein Aufwärtstransformator die Spannung der Anlage zur Erzeugung erneuerbarer Energien von 20 auf 33 kV auf ein Hochspannungsübertragungsniveau, das in der Regel 110 kV, 220 kV oder 400 kV beträgt.

Dadurch kann Strom dank geringer Verluste effizient über größere Entfernungen übertragen werden. Große Wind- und Solarparks benötigten je nach Netzleistung unterschiedliche Aufwärtstransformatoren.

Step-Down-Transformatoren

Wenn der erzeugte Strom die Lastseite erreicht, senkt ein Abwärtstransformator die Spannung auf ein niedriges Niveau für die Verteilung. Verteilungstransformatoren liefern Strom an gewerbliche und industrielle Verbraucher.

Zunehmende Größe und Komplexität von Projekten im Bereich erneuerbarer Energien

Derzeit sind Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien größer als ihre Vorgänger. Offshore-Windparks überschreiten eine Leistung von 1 GW, und Solarkraftwerke im Großmaßstab erstrecken sich über Hunderte von Hektar.

Größere Anlagen benötigten einen leistungsstarken Transformator, ein hochentwickeltes Schutzsystem, eine zuverlässige Transformatorauslegung und ein geeignetes Kühlsystem.

Erfahren Sie mehr über die Unterschiede und Anwendungsbereiche in unserem Leitfaden unter Hochtransformator vs. Niedrigtransformator

Schwierigkeiten beim Netzanschluss

Erneuerbare Energiequellen befinden sich in einer gewissen Entfernung vom Verbraucher. Offshore-Windparks werden in Meeresgebieten errichtet.

Solarparks befinden sich in ländlichen Gebieten im Süden, während Onshore-Windparks in dicht besiedelten Gebieten liegen.

wie beispielsweise Offshore-Windkraft in der Nordsee, liefern Energie ins Landesinnere in Richtung Industriegebiete.

Solarparks für Südeuropa sind an die nationalen Übertragungsnetze angeschlossen und versorgen städtische Ballungszentren mit Strom.

Dazu waren grenzüberschreitende Verbindungsleitungen, Hochspannungsumspannwerke und spezielle Netztransformatoren erforderlich.

Betriebliche Schwierigkeiten

Zu den betrieblichen Herausforderungen zählen schwankende Leistungswerte, harmonische Verzerrungen bei Wechselrichtern und Spannungsinstabilität; all diese Probleme werden durch den Einsatz von Transformatoren bewältigt. Denn moderne Transformatortechnologien verfügen über Laststufenschalter, hocheffiziente, verlustarme Kerne und digitale Überwachungssysteme.

Modernisierung des Stromnetzes und intelligente Stromnetze

Ersatz für veraltete Transformatoren

Die meisten der in Europa installierten Transformatoren sind 30 bis 50 Jahre alt, befinden sich jedoch nach wie vor in Betrieb; dies führt zu hohen Leistungsverlusten, eingeschränkten digitalen Überwachungsfunktionen, einem hohen Risiko von Schäden aufgrund alternder Isolierung sowie der Notwendigkeit, variable Einspeisungen aus erneuerbaren Energien zu unterstützen.

Umweltpolitische Maßnahmen tragen dazu bei, ineffiziente Transformatoren durch moderne, verlustarme Transformatoren zu ersetzen, die nach den neuesten Konstruktionsprinzipien gefertigt sind und hohen Effizienzstandards entsprechen.

Durch den Austausch veralteter Transformatoren können wir geringere Leerlauf- und Lastverluste, niedrigere Betriebskosten, eine hohe Zuverlässigkeit und einen geringeren CO₂-Fußabdruck erzielen.

Digitale Schaltanlagen

Herkömmlicher Umspannwerksbetrieb basiert auf analogen Verfahren und manuellen Überprüfungen. Moderne digitale Umspannwerke hingegen sind mit digitalen Relais und Schutzsystemen, intelligenten elektronischen Geräten sowie Fernüberwachungssystemen ausgestattet.

Transformatoren in digitalen Schaltanlagen sind mit Sensoren ausgestattet, die Messungen der Last, des Ölzustands, der Teilentladung, der Spannung, des Stroms und der Last durchführen.

Installation von „Smart Transformer“-Anlagen

Ein intelligenter Transformator verfügt über ein integriertes Überwachungs- und Steuerungssystem sowie ein Kommunikationssystem, das Betriebsdaten in Echtzeit liefert, eine automatische Spannungsregelung ermöglicht und sich in SCADA- und Smart-Grid-Plattformen integrieren lässt.

Ein intelligenter Transformator verfügt über Funktionen, mit denen er auf Schwankungen der Netzbedingungen reagieren kann, was für Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien wichtig ist.

Management intermittierender erneuerbarer Energien

Die Leistungsabgabe erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Sonne schwankt je nach Wetterbedingungen und führt zu Spannungsschwankungen und einer unausgeglichenen Last.

Diese Schwankungen werden über einen intelligenten Transformator geregelt, indem die Spannung mithilfe von Laststufenschaltern automatisch angepasst wird. Dadurch wird der Blindleistungsfluss gesteuert, die Kompatibilität mit einem dezentralen Erzeugungssystem gewährleistet und Spannungsinstabilitäten in Niederspannungsnetzen vermieden.

Predictive Maintenance

Die Wartung herkömmlicher Transformatoren erfolgt nach einem festgelegten Inspektionsplan, während bei einem intelligenten Transformator die vorausschauende Wartung auf der Grundlage einer Echtzeit-Datenanalyse erfolgt.

Beispiele hierfür sind Temperaturschwankungen, die auf eine Verschlechterung der Isolierung hindeuten, Ölsensoren, die Verunreinigungen erkennen, sowie Lastmanagementsysteme, die das Risiko einer Überlastung erkennen.

So minimiert die vorausschauende Instandhaltung die Kosten für Notfallreparaturen sowie die Ausfallzeiten in Industrie- und Gewerbebetrieben.

Erfahren Sie mehr in unserem Leitfaden zur Transformatorwartung

Elektrifizierung von Verkehr und Industrie

Ladesystem für Elektrofahrzeuge

Seit dem technologischen Fortschritt sind Elektrofahrzeuge immer häufiger anzutreffen, und diese Ladestationen werden in öffentlichen Bereichen und an bestimmten Orten installiert. Bei diesen Ladegeräten für Elektrofahrzeuge handelt es sich um schnelle und ultraschnelle Gleichstromladegeräte, die innerhalb kurzer Zeit eine hohe Leistung liefern.

Verteiltransformatoren müssen also hohe Spitzenlasten bewältigen können; es besteht Bedarf an neuen Transformatoren mit hoher Leistung und guter thermischer Auslegung. Zudem müssen auch die bereits in Betrieb befindlichen Umspannwerke modernisiert werden.

Erfahren Sie mehr in unserem Leitfaden zu EV (Elektrofahrzeug) Ladestationen Transformatoren

Elektrifizierung der Industrie

Die Industrie stellt derzeit von Systemen auf Basis fossiler Brennstoffe auf elektrische Technologien wie Elektroöfen, industrielle Wärmepumpen und elektrisch betriebene Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung um.

Diese Entwicklung führt zu einem steigenden Strombedarf an Industriestandorten, die größere und modernere dezentrale Transformatoren, den Ausbau der Übertragungs- und Verteilungsnetze sowie den Austausch von Umspannwerken erfordern.

Energiespeicherung und Wasserstoffintegration

Die Industrie stellt derzeit von Systemen auf Basis fossiler Brennstoffe auf elektrische Technologien wie Elektroöfen, industrielle Wärmepumpen und elektrisch betriebene Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung um.

Diese Entwicklung führt zu einem steigenden Strombedarf an Industriestandorten, die größere und modernere dezentrale Transformatoren, den Ausbau der Übertragungs- und Verteilungsnetze sowie den Austausch von Umspannwerken erfordern.

Power-to-Hydrogen- und Elektrolyseanlagen

Der durch Elektrolyse gewonnene Wasserstoff wird zur Energieversorgung von Wasserstoffprojekten genutzt. Diese Anlagen arbeiten mit hoher Kapazität und benötigen stabile Stromanschlüsse mit hoher Leistung.

Die Transformatoren in diesen Projekten regeln hohe und konstante elektrische Lasten, sorgen für eine stabile Spannung und gleichen Schwankungen bei der Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien aus.

Kompatibilität mit dem flexiblen Netzbetrieb

Batterie- und wasserstoffbasierte Systeme sorgen für flexible Netze, da sie überschüssige Energie speichern und bei Bedarf Strom liefern. Da die Transformatoren in diesen Systemen eine sichere Spannungsumwandlung gewährleisten, für die Stabilität des Netzbetriebs sorgen und unterschiedliche Betriebsbedingungen regeln,

Daher erfordert die Entwicklung von Batteriespeichern und Wasserstofferzeugung moderne Transformatoren mit hoher Kapazität, die unter dynamischen Betriebsbedingungen zuverlässig funktionieren.

Nachhaltigkeits- und Ökodesign-Standards

Die Europäische Union hat strenge Effizienz- und Umweltstandards für elektrische Geräte, darunter auch Transformatoren, festgelegt.

EU-Vorschriften zur umweltgerechten Gestaltung

Gemäß den Ökodesign-Richtlinien der Europäischen Union sollten Transformatoren einen Leistungsstandard erfüllen, der die Leistungsverluste im Betrieb minimiert. Diese Vorschriften tragen dazu bei, die CO₂-Emissionen in Übertragungs- und Verteilungsnetzen zu senken.

Anforderungen an die Energieeffizienz

Moderne Transformatoren sollten Leerlaufverluste bzw. Kernverluste reduzieren, wenn sie unter Spannung stehen, aber keine Leistung an die Last abgeben, sowie Lastverluste unter Lastbedingungen.

Umweltfreundliche Dämmstoffe

Mittlerweile werden biologisch abbaubare Isolierflüssigkeiten, umweltfreundliche Kühlöle und weniger gefährliche Stoffe zunehmend eingesetzt, da sie im Falle einer Leckage sicherer sind und ein geringeres Risiko für die Umwelt darstellen.

Ökobilanz und Recycling

Die Hauptziele der Hersteller sind eine längere Lebensdauer, recycelbare Komponenten, eine nachhaltige Materialbeschaffung und Verwertungsverfahren am Ende der Lebensdauer. All dies steht im Einklang mit dem Ziel der EU hinsichtlich der Kreislaufwirtschaft.

Fazit

Die Umweltpolitik der Europäischen Union setzt auf den Ausbau erneuerbarer Energien, die Modernisierung des Stromnetzes und die Elektrifizierung, was hohe technische und politische Anforderungen an Hochspannungs-Übertragungstransformatoren, intelligente und energieeffiziente Transformatoren sowie Verteilungstransformatoren für Elektrofahrzeuge mit sich bringt. Im Hinblick auf den langfristigen Betrieb spielen Transformatoren eine wichtige Rolle bei der Erreichung des europäischen Klimaneutralitätsziels durch Energiesicherheit und Kompatibilität mit kohlenstoffarmen Stromversorgungssystemen.

Für den langfristigen Betrieb spielen Transformatoren eine wichtige Rolle bei der Erreichung des EU-Klimaziels durch eine sichere Energieversorgung, moderne Netzsysteme und die Kompatibilität mit erneuerbaren Energiequellen und elektrifizierten Energiesystemen.

Weltweit tätige Hersteller passen ihre Produkte zudem an die Ökodesign- und Effizienzanforderungen sowie die Normen der Europäischen Union an. Daelim Transformer bietet darüber hinaus Hochspannungs-Leistungstransformatoren, Umspannwerktransformatoren sowie Verteil- und Bodenständertransformatoren an, die speziell für Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien, die Elektrifizierung der Industrie und Energiespeicherprojekte konzipiert sind.

Unsere Leistungstransformatoren wurden unter strikter Einhaltung internationaler Normen (IEC, IEEE und EN) entwickelt und zeichnen sich durch Energieeffizienz gemäß Tier-2-Ökodesign sowie maßgeschneiderte Konfigurationen für moderne Smart Grids aus. Wir liefern weltweit Hochleistungstransformatoren – mit einer soliden Erfolgsbilanz in Nordamerika und Europa – und unterstützen damit Kunden auf der ganzen Welt dabei, den wachsenden Energiebedarf zu decken und regionale Vorgaben zur Energiewende einzuhalten.

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Häufig gestellte Fragen