Unia Europejska wprowadza na wysokim poziomie transformację energetyczną w systemie elektroenergetycznym oraz na całym świecie. Europa osiąga postępy w zakresie całego swojego systemu energetycznego dzięki wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii, działaniom na rzecz klimatu oraz planom elektryfikacji na większą skalę.
Transformator jest kluczowym elementem transformacji energetycznej, ponieważ zapewnia przekształcanie napięcia między poziomami wytwarzania, przesyłu i dystrybucji energii, gwarantując precyzyjny przepływ mocy w różnych systemach.
Wprowadzenie do polityki ekologicznej UE
Unia Europejska wprowadziła szereg strategii mających na celu dekarbonizację, modernizację systemów energetycznych oraz poprawę jakości energii. Strategie te wyznaczają właściwy kierunek działań dotyczących infrastruktury elektroenergetycznej, a także popytu na transformatory.
Europejski Zielony Ład
Zostało to zastosowane w 2019 roku; oznacza to, że UE ma długoterminowe plany, by uczynić Europę pierwszym kontynentem neutralnym klimatycznie do 2050. Jego główne cele to:
- Przejście na czyste źródła energii
- Wzrost gospodarczy jest niezależny od wykorzystania zasobów
- Zero emisji gazów cieplarnianych do 2050 roku
- Rozwój zrównoważonego przemysłu i praktyk gospodarki o obiegu zamkniętym
Zielony Ład dotyczy różnych sektorów, takich jak
- Sztuczna inteligencja i centra danych
- Wytwarzanie energii
- Produkcja przemysłowa
- Transport
- Budownictwo i budynki
- Rolnictwo
Fit for 55
- “Fit for 55” to pakiet ustawodawczy mający na celu zapewnienie, by UE ograniczyła emisje gazów cieplarnianych o około 55 procent do 2030 roku w porównaniu z poziomami z 1990 roku.
- Wprowadzi zmiany w różnych ramach prawnych, takich jak cele w zakresie energii odnawialnej, unijny system handlu uprawnieniami do emisji (ETS), przepisy dotyczące opodatkowania energii oraz mechanizmy korekty granicznej z tytułu emisji dwutlenku węgla.
- Będzie to miało wpływ na system energetyczny poprzez szybkie wycofywanie paliw kopalnych, wysoki udział energii odnawialnej, duże zapotrzebowanie na energię oraz elektryfikację ogrzewania i transportu.
Dyrektywa w sprawie energii odnawialnej (RED III)
RED III zaostrza wiążące cele UE w zakresie energii odnawialnej na rok 2030 i wprowadza uproszczoną procedurę wydawania zezwoleń na projekty związane z energią odnawialną. Ma to wpływ na szybkie wdrażanie fotowoltaiczne systemy słoneczne, wykorzystanie energii odnawialnej w sektorach ogrzewania i transportu oraz rozwój energetyki wiatrowej na lądzie i na morzu.
W ramach oferty instalacji odnawialnych RED III zapewnia dostęp do transformatorów przyłączeniowych, podstacji, modernizacji oraz transformatory podnoszące napięcie w zakładach wytwórczych.
REPowerEU
REPowerEU został wprowadzony po raz pierwszy w 2022 roku w wyniku napięć geopolitycznych i problemów związanych z bezpieczeństwem energetycznym. Jego głównym celem jest ograniczenie do minimum wykorzystania przez UE zewnętrznych paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny.
Głównym celem było zwiększenie wykorzystania odnawialnych źródeł energii, oszczędzanie większej ilości energii, rozbudowa sieci elektroenergetycznych oraz dywersyfikacja dostaw energii.
Rola transformatorów w transformacji energetycznej
W nowoczesnych systemach energetycznych transformator stanowi główny element; jego znaczenie rośnie w Europie i innych krajach przechodzących na energię odnawialną i elektryfikację.
Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie znaczenia transformatorów dla transformacji energetycznej
Konwersja napięcia w systemie elektroenergetycznym
Energia elektryczna jest wytwarzana, przesyłana i dystrybuowana do odbiorników na różnych poziomach napięcia. Na przykład elektrownie wytwarzające energię elektryczną wytwarzają napięcie średniego poziomu wynoszące około 11–33 kV.
Następnie energia jest przesyłana przy wysokim napięciu wynoszącym od 110 kV do 400 kV na większe odległości. W punkcie dystrybucji napięcie obniża się do niskiego poziomu 400 lub 230 V, które jest wykorzystywane przez odbiorców przemysłowych i gospodarstwa domowe.
Wszystkie te zmiany napięcia odbywają się za pośrednictwem transformatorów. Podobnie jak w miejscu wytwarzania energii, transformator podwyższający napięcie zwiększa je, a w stacji rozdzielczej poziom napięcia jest obniżany do wartości przeznaczonej dla odbiorców.
Włączenie energii odnawialnej do sieci energetycznej
Energia jest wytwarzana z różnych odnawialnych źródeł energii, takich jak lądowe elektrownie wiatrowe, fotowoltaika oraz morskie elektrownie wiatrowe. Każda elektrownia wykorzystująca energię odnawialną jest wyposażona w odpowiedni transformator podłączony do sieci energetycznej.
Na przykład w farmach słonecznych stosuje się transformatory falowników w celu dostosowania napięcia wyjściowego falownika do napięcia sieciowego. W turbinach wiatrowych stosuje się transformatorów zamontowanych na podłożu. w celu podwyższenia napięcia przed wprowadzeniem do sieci.
Morskie farmy wiatrowe wykorzystują transformatory o dużej mocy w morskich stacjach elektroenergetycznych.
Wydajna transmisja na duże odległości
Główną funkcją… transformator w sieci przesyłowej ma na celu ograniczenie strat w sieci przesyłowej. Straty mocy w liniach przesyłowych są bezpośrednio proporcjonalne do kwadratu natężenia prądu (straty typu I²R).
Wzrost napięcia powoduje zmniejszenie natężenia prądu przy tej samej mocy, co zmniejsza straty energii przy przesyłaniu na większe odległości.
W przypadku zastosowań związanych z transformacją energetyczną odnawialne źródła energii znajdują się na odległych obszarach, dlatego do skutecznego przesyłu energii wykorzystuje się system przesyłowy wysokiego napięcia.
Transformator podwyższający napięcie – zapewnij przesył wysokiego napięcia, aby system energii odnawialnej mógł funkcjonować
Stabilność sieci i regulacja napięcia
Odnawialne źródła energii charakteryzują się zmiennością. Ilość wytwarzanej energii słonecznej zależy od nasłonecznienia; podobnie ilość energii wiatrowej zależy od prędkości wiatru. Te wahania powodują niestabilność napięcia i zaburzenia równowagi w sieci energetycznej.
Transformatory zapewniają stabilność napięcia w sieci poprzez regulację poziomu napięcia za pomocą przełączników zaczepów pod obciążeniem, które zarządzają przepływem mocy biernej i przyczyniają się do regulacji częstotliwości poprzez stabilne dostarczanie napięcia.
Zaawansowane transformatory, takie jak transformatory cyfrowe, zapewniają monitorowanie w czasie rzeczywistym oraz automatyczną regulację napięcia. Jest to przydatne w zapewnianiu wysokiej jakości zasilania oraz w radzeniu sobie z różnymi awariami, takimi jak przepięcia, spadki napięcia i zniekształcenia harmoniczne.
Rozwój energetyki odnawialnej a popyt na transformatory
Szybki rozwój odnawialnych źródeł energii
Zgodnie z polityką klimatyczną UE państwa członkowskie wykorzystują lądowe farmy wiatrowe, przemysłowe instalacje fotowoltaiczne oraz duże morskie projekty wiatrowe
Morskie farmy wiatrowe na Morzu Północnym stanowią główne źródło mocy wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii. Projekty te zapewniają znaczną produkcję energii elektrycznej, mierzoną w megawatach i gigawatach.
W obiektach tych stosuje się różne rodzaje transformatorów, takie jak transformatory na poziomie turbiny (w farmach wiatrowych), transformatory zbiorcze, transformatory podstacji oraz transformatory przyłączeniowe do sieci.
Projekty morskich elektrowni wiatrowych opierają się na transformatorach, ponieważ wymagają one transformatorów o dużej mocy w morskich stacjach elektroenergetycznych, stacji przyłączeniowych na lądzie oraz transformatorów eksportowych do podmorskich kabli przesyłowych.
Transformatory podwyższające i obniżające napięcie
Transformatory podwyższające napięcie
W miejscu wytwarzania energii transformator podwyższający napięcie zwiększa napięcie z 20 do 33 kV z elektrowni wykorzystującej źródła odnawialne do poziomu wysokiego napięcia w sieci przesyłowej, który zazwyczaj wynosi 110 kV, 220 kV lub 400 kV.
Dzięki temu energia może być efektywnie przesyłana na większe odległości przy niewielkich stratach. Duże farmy wiatrowe i słoneczne wymagały różnych transformatorów podwyższających napięcie w zależności od mocy netto.
Transformatory obniżające napięcie
Gdy wygenerowana energia dociera do odbiorców, transformator obniżający napięcie redukuje je do poziomu odpowiedniego do dystrybucji. Transformator dystrybucyjny dostarcza energię do odbiorców komercyjnych i przemysłowych.
Rosnąca skala i złożoność projektów związanych z energią odnawialną
Obecnie elektrownie wykorzystujące energię odnawialną są większe niż ich starsze odpowiedniki. Morskie farmy wiatrowe osiągają moc przekraczającą 1 GW, a elektrownie słoneczne na skalę przemysłową zajmują powierzchnie rzędu setek hektarów.
Większe zakłady wymagały transformatora mocy o dużej wydajności, zaawansowanego systemu zabezpieczeń, niezawodnej konfiguracji transformatora oraz odpowiedniego systemu chłodzenia.
Dowiedz się więcej o różnicach i zastosowaniach w naszym przewodniku na stronie Transformator podwyższający VS Transformator obniżający
Trudności związane z przyłączeniem do sieci energetycznej
Źródła energii odnawialnej znajdują się w pewnej odległości od użytkownika. Morskie farmy wiatrowe buduje się na obszarach morskich.
Elektrownie słoneczne znajdują się na wiejskich terenach na południu, a lądowe elektrownie wiatrowe – na obszarach gęsto zaludnionych.
takie jak morskie farmy wiatrowe na Morzu Północnym, dostarczają energię w głąb lądu do obszarów przemysłowych.
Elektrownie słoneczne w Europie Południowej są podłączone do krajowych sieci przesyłowych, dostarczając energię do ośrodków miejskich.
Wymagało to zatem połączeń międzysystemowych, stacji wysokiego napięcia oraz specjalnych transformatorów sieciowych.
Trudności operacyjne
Niektóre wyzwania eksploatacyjne to wahania poziomów mocy, zniekształcenia harmoniczne w falownikach oraz niestabilność napięcia; wszystkie te zjawiska są kontrolowane za pomocą transformatorów. Zaawansowane technologie transformatorowe obejmują bowiem przełączniki odgałęzień pod obciążeniem, rdzenie o wysokiej sprawności i niskich stratach oraz cyfrowe systemy monitorowania
Modernizacja sieci energetycznej i inteligentne sieci
Wymiana starzejących się transformatorów
Większość transformatorów zainstalowanych w Europie ma od 30 do 50 lat, ale nadal pozostaje w eksploatacji; powoduje to duże straty mocy, ograniczone możliwości monitorowania cyfrowego, wysokie ryzyko uszkodzeń spowodowanych starzeniem się izolacji oraz trudności w obsłudze zmiennych źródeł energii odnawialnej.
Polityka ekologiczna przyczynia się do wymiany nieefektywnych transformatorów na nowoczesne transformatory o niskich stratach, które charakteryzują się najnowocześniejszą konstrukcją i spełniają wysokie standardy wydajności.
Dzięki wycofaniu przestarzałych transformatorów możemy uzyskać mniejsze straty w stanie bez obciążenia i pod obciążeniem, niższe koszty eksploatacji, wysoką niezawodność oraz zmniejszenie śladu węglowego.
Cyfrowe stacje rozdzielcze
tradycyjne stacje elektroenergetyczne, w których eksploatacja opiera się na systemach analogowych i ręcznych kontrolach. Natomiast nowoczesne stacje cyfrowe są wyposażone w cyfrowe przekaźniki i systemy zabezpieczeń, inteligentne urządzenia elektroniczne oraz systemy zdalnego monitorowania.
Transformatory w cyfrowych podstacjach są wyposażone w czujniki, które dokonują pomiarów poziomu obciążenia, stanu oleju, wyładowań częściowych, napięcia, prądu oraz poziomu obciążenia.
Instalacje inteligentnych transformatorów
Inteligentny transformator jest wyposażony we wbudowany system monitorowania i sterowania oraz system komunikacyjny, który zapewnia dostęp do danych operacyjnych w czasie rzeczywistym, automatyczną regulację napięcia oraz integrację z platformami SCADA i inteligentnymi sieciami energetycznymi.
Inteligentny transformator jest wyposażony w funkcje pozwalające reagować na zmiany warunków w sieci, co ma istotne znaczenie w przypadku systemów wykorzystujących energię odnawialną.
Zarządzanie energią odnawialną w trybie przerywanym
Moc wyjściowa odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa i słoneczna, zmienia się w zależności od warunków pogodowych, co powoduje wahania napięcia i nierównowagę obciążenia.
Zmiany te są regulowane za pomocą inteligentnego transformatora poprzez automatyczną zmianę napięcia za pomocą przełączników zaczepów pod obciążeniem. Pozwalają one na zarządzanie przepływem mocy biernej, zapewniają kompatybilność z systemem wytwarzania rozproszonego oraz zapobiegają niestabilności napięcia w sieciach niskonapięciowych.
Konserwacja predykcyjna
Tradycyjna konserwacja transformatorów opiera się na ustalonej procedurze przeglądów, natomiast inteligentny transformator wykorzystuje konserwację predykcyjną opartą na analizie danych w czasie rzeczywistym.
Na przykład wahania temperatury wskazujące na pogorszenie właściwości izolacji, czujniki oleju wykrywające zanieczyszczenia oraz systemy zarządzania obciążeniem wykrywające ryzyko przeciążenia.
W ten sposób konserwacja predykcyjna pozwala zminimalizować koszty napraw awaryjnych oraz przestoje w obiektach przemysłowych i komercyjnych.
Dowiedz się więcej w naszym Przewodnik po konserwacji transformatorów
Elektryfikacja transportu i przemysłu
System ładowania pojazdów elektrycznych
Wraz z postępem technologicznym pojazdy elektryczne stają się coraz bardziej powszechne, a stacje ładowania są instalowane w miejscach publicznych i na terenach specjalnych. Są to szybkie i ultraszybkie ładowarki prądu stałego, które zapewniają wysoką moc w krótkim czasie.
W związku z tym transformatory dystrybucyjne powinny być w stanie obsłużyć wysokie obciążenia szczytowe; istnieje zapotrzebowanie na nowe transformatory o dużej wydajności i dobrych parametrach termicznych. Ponadto modernizacji wymagają również już działające stacje elektroenergetyczne.
Dowiedz się więcej w naszym Przewodnik po transformatorach stacji ładowania EV (pojazdów elektrycznych)
Elektryfikacja przemysłowa
Branże przechodzą z systemów opartych na paliwach kopalnych na technologie elektryczne, takie jak piece elektryczne, przemysłowe pompy ciepła oraz elektroliza zasilana energią elektryczną służąca do produkcji wodoru.
Ta zmiana powoduje wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną w zakładach przemysłowych, co wymaga zastosowania większych i bardziej zaawansowanych transformatorów rozproszonych, wzmocnienia sieci przesyłowych i dystrybucyjnych oraz wymiany podstacji.
Magazynowanie energii i integracja wodoru
Branże przechodzą z systemów opartych na paliwach kopalnych na technologie elektryczne, takie jak piece elektryczne, przemysłowe pompy ciepła oraz elektroliza zasilana energią elektryczną służąca do produkcji wodoru.
Ta zmiana powoduje wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną w zakładach przemysłowych, co wymaga zastosowania większych i bardziej zaawansowanych transformatorów rozproszonych, wzmocnienia sieci przesyłowych i dystrybucyjnych oraz wymiany podstacji.
Zakłady produkcji wodoru z energii elektrycznej oraz elektrolizernie
Wodór wytwarzany w procesie elektrolizy wykorzystuje energię elektryczną do zasilania projektów związanych z wodorem. Zakłady te działają na dużą skalę i wymagają stabilnych przyłączy elektrycznych o dużej mocy.
Transformatory wykorzystywane w tych projektach obsługują duże i stałe obciążenia elektryczne, zapewniają stabilne napięcie oraz kompensują wahania napięcia w zasilaniu pochodzącym ze źródeł odnawialnych.
Zgodność z elastycznym zarządzaniem siecią energetyczną
Systemy oparte na akumulatorach i wodorze zapewniają elastyczność sieci, ponieważ pochłaniają nadwyżki energii i dostarczają moc w razie potrzeby. Transformatory w tych systemach zapewniają bowiem bezpieczną transformację napięcia, gwarantują stabilność działania sieci oraz umożliwiają dostosowanie się do różnych warunków
W związku z tym rozwój technologii magazynowania energii w akumulatorach i wytwarzania wodoru wymaga zaawansowanych transformatorów o dużej mocy, które sprawdzają się w dynamicznych warunkach eksploatacyjnych.
Zrównoważony rozwój i normy dotyczące ekoprojektowania
Unia Europejska wprowadziła rygorystyczne normy dotyczące wydajności i ochrony środowiska dla urządzeń elektrycznych, w tym transformatorów.
Przepisy UE dotyczące ekoprojektu
Zgodnie z wytycznymi Unii Europejskiej dotyczącymi ekoprojektu transformatory powinny charakteryzować się parametrami technicznymi, które minimalizują straty mocy podczas pracy. Przepisy te przyczyniają się do ograniczenia emisji dwutlenku węgla w sieciach przesyłowych i dystrybucyjnych.
Wymagania dotyczące efektywności energetycznej
Nowoczesne transformatory powinny zmniejszać straty w stanie jałowym, czyli straty w rdzeniu, gdy są pod napięciem, ale nie dostarczają mocy do obciążenia, a także straty w obciążeniu w warunkach obciążenia.
Materiały izolacyjne przyjazne dla środowiska
Obecnie coraz powszechniej stosuje się biodegradowalne płyny izolacyjne, oleje chłodzące o niewielkim wpływie na środowisko oraz mniej niebezpieczne materiały, ponieważ w razie wycieku stanowią one mniejsze zagrożenie dla środowiska i są bezpieczniejsze.
Ocena cyklu życia i recykling
Głównymi celami producentów są: wydłużenie okresu użytkowania, stosowanie elementów nadających się do recyklingu, zrównoważone pozyskiwanie surowców oraz procesy odzysku po zakończeniu cyklu życia produktu. Wszystkie te cele są zgodne z celem UE w zakresie gospodarki o obiegu zamkniętym.
Wnioski
Polityka ekologiczna Unii Europejskiej kładzie nacisk na rozwój energii odnawialnej, modernizację sieci energetycznej oraz elektryfikację, co pociąga za sobą zaawansowane i wynikające z polityki wymagania dotyczące transformatorów przesyłowych wysokiego napięcia, transformatorów inteligentnych i energooszczędnych oraz transformatorów dystrybucyjnych przeznaczonych dla pojazdów elektrycznych. W perspektywie długoterminowej transformatory odgrywają kluczową rolę w realizacji europejskiego celu neutralności klimatycznej poprzez zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego i kompatybilności z niskoemisyjnymi systemami energetycznymi.
W perspektywie długoterminowej transformatory odgrywają kluczową rolę w realizacji unijnych celów klimatycznych poprzez zapewnienie bezpiecznych dostaw energii, zaawansowanych systemów sieciowych oraz kompatybilności z odnawialnymi źródłami energii i zelektryfikowanymi systemami energetycznymi.
Światowi producenci dostosowują również swoje produkty do wymogów i norm Unii Europejskiej dotyczących ekoprojektu i efektywności energetycznej. Firma Daelim Transformer oferuje również transformatory wysokonapięciowe, transformatory stacjonarne oraz transformatory dystrybucyjne i montowane na podstawach, zaprojektowane z myślą o elektrowniach wykorzystujących odnawialne źródła energii, elektryfikacji przemysłowej oraz projektach związanych z magazynowaniem energii.
Nasze transformatory mocy, zaprojektowane z ścisłą zgodnością z międzynarodowymi normami (IEC, IEEE i EN), charakteryzują się efektywnością energetyczną na poziomie Tier-2 w ramach ekoprojektu oraz konfiguracjami dostosowanymi do potrzeb zaawansowanych inteligentnych sieci energetycznych. Dostarczamy wysokowydajne transformatory na całym świecie — posiadając bogate doświadczenie w Ameryce Północnej i Europie — pomagając klientom na całym świecie zaspokajać rosnące zapotrzebowanie na energię oraz dostosowywać się do regionalnych polityk dotyczących transformacji energetycznej.
Czy jesteś gotowy na modernizację sieci energetycznej w ramach przejścia na czystą energię?
Nawiąż współpracę z firmą Daelim Transformer, aby zrealizować swoje projekty związane z energią odnawialną i inteligentnymi sieciami energetycznymi.
FAQ
Jakie są cele polityki energetycznej UE?
Zgodnie z art. 194 Traktatu o funkcjonowaniu Unii Europejskiej w rozmowach między Unią Europejską a państwami członkowskimi ustalono, że głównym celem Unii Europejskiej jest zapewnienie mieszkańcom i różnym europejskim przedsiębiorstwom rozsądnej, niezawodnej i czystej energii.
Z jakimi wyzwaniami borykają się transformatory w kontekście integracji energii odnawialnej?
Głównym wyzwaniem są wahania w dostawach energii ze źródeł odnawialnych. Produkcja nie utrzymuje się na stałym poziomie i zmienia się w zależności od warunków pogodowych. Wymagało to zastosowania transformatora o wysokiej niezawodności, zaprojektowanego tak, aby radzić sobie z tymi wahaniami.
W jaki sposób transformatory przyczyniają się do poprawy wydajności przesyłu energii w sieci energetycznej kraju?
Transformator podnosi napięcie w celu przesyłu energii i obniża je w celu jej wykorzystania. Krajowa sieć energetyczna zapewnia wydajny przesył energii przy niewielkich stratach. Transformatory odgrywają ważną rolę w utrzymaniu równowagi między bezpieczeństwem a wydajnością krajowej sieci energetycznej.
English
Polish
German