Warum verlustarme Verteilungseinheiten für industrielle Netze unverzichtbar sind
Industrieanlagen zählen zu den größten Energieverbrauchern in jedem elektrischen System. Die Leistung, die durch Verteiltransformatoren fließt, stellt einen erheblichen Betriebskostenfaktor in Stahlwerken und Chemieanlagen, Rechenzentren sowie Fertigungskomplexen dar. Die Effizienz von Transformatoren war in der Vergangenheit im Vergleich zu anderen Anlagenteilen ein Thema, das kaum Beachtung fand – doch dies hat sich deutlich geändert. Mit steigenden Energiekosten, strengeren Kohlenstoffstandards und dem wachsenden Nachhaltigkeitsfokus von Unternehmen sind verlustarme Verteiltransformatoren nicht mehr nur eine spezielle Anforderung, sondern vielmehr ein interessantes Spezialgebiet bei der Planung eines industriellen Stromnetzes geworden. Jiangsu Ryan Electric, gestützt auf unser Erbe aus dem Eaton-Joint-Venture und unsere hochentwickelten Fertigungskapazitäten, ist in der Lage, die von der modernen Industrie geforderte Effizienz bereitzustellen.
Alle Transformatoren weisen – unabhängig von ihrem Aufbau – zwei Verlustarten auf: Leerlaufverluste (Kernverluste), die 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr auftreten, sowie Lastverluste (Wicklungsverluste), die sich mit dem Strom ändern. Bei einem Industriebetrieb, der rund um die Uhr in Betrieb ist, werden diese Verluste unmittelbar in Stromkosten umgesetzt, die sich im Laufe der Zeit summieren.
Nehmen Sie als Beispiel einen Verteilungstransformator mit einer Nennleistung von 2,5 MVA und einer Auslastung von 80 Prozent. Selbst wenn der Wirkungsgrad um einen Prozentpunkt erhöht wird – also von 1,5 Prozent auf 0,5 Prozent sinkt – belaufen sich die Einsparungen auf etwa 175.000 kWh/a. Dies entspricht bei industriellen Stromtarifen einem jährlichen Betrag von über 15.000 pro Transformator. Bei einer technischen Lebensdauer von 30 Jahren ergibt die Einsparungsstrategie eine Gesamtersparnis von einer halben Million US-Dollar, was deutlich höher ist als die Anschaffungskosten der entsprechenden Geräte. Ryan Electric realisiert zahlreiche Einsparungspotenziale in seinen energiesparenden Verteilungstransformatoren durch den Einsatz optimierter Kernwerkstoffe, präzise konzipierter Wicklungen sowie fortschrittlicher Fertigungsverfahren, die sowohl Leerlauf- als auch Lastverluste reduzieren. Die insgesamt erzielten Einsparungen tragen signifikant zur Verbesserung der Ergebnisrechnung bei Anlagen mit mehreren Transformatoren bei.
Der Kern eines Transformators mit geringen Verlusten ist sein Herz. Konventioneller, kornorientierter Siliziumstahl ist zwar effizient, hat jedoch sein Effizienzpotenzial ausgeschöpft. Bei unseren Verteiltransformatoren verwendet Ryan Electric die jüngste Generation hochpermeabler, kornorientierter Stähle sowie amorphe Metalllegierungen, wodurch die Kernverluste um bis zu 70 % oder mehr im Vergleich zu konventionellen Ausführungen reduziert werden.
Neben den Werkstoffen ist auch die Kerngeometrie wichtig, um Verluste zu reduzieren. Unsere stufenförmige, schräg geschnittene Stoßfugenausführung minimiert Luftspalte in den Kernstößen und damit den Magnetisierungsstrom sowie die daraus resultierenden Verluste. Die Kernabmessungen sind so optimiert, dass das Material optimal im Verhältnis zur Verlustleistung genutzt wird, um bei jeder Anwendung die kostengünstigste Effizienz zu erreichen. Bei unseren Gießharz- und VPI-Transformatoren verwenden wir hochentwickelte Kernklemmsysteme, bei denen der Druck auf den Kernstapel gleichmäßig verteilt ist, sodass lokale Verluste durch mechanische Spannung vermieden werden. Jeder unserer Kernentwürfe wird umfassend in unseren von der CNAS zugelassenen Labors getestet und garantiert, dass die berechneten Wirkungsgrade sich in den realen Feldergebnissen widerspiegeln.
Bei Teillast dominieren die Kernverluste; bei höherer Belastung hingegen überwiegen die Lastverluste, die vorwiegend I²R verluste in den Wicklungen werden wichtig. Diese werden durch mehrere konstruktive Innovationen bei verlustarmen Verteilungseinheiten adressiert.
Die Wicklungen der Ryan-Electric-Transformatoren bestehen aus hochleitfähigem Kupfer statt Aluminium, wodurch die Widerstandsverluste bei gleicher Querschnittsfläche um etwa 40 Prozent reduziert werden. Unsere Wickelverfahren sind so präzise, dass ein konstanter Abstand zwischen den Windungen gewährleistet ist und eine enge Toleranz erreicht wird, die die Wirbelstromverluste verringert – diese steigen mit dem Gehalt an Oberschwingungen im industriellen Umfeld. Bei größeren Geräten verwenden wir transponierte Leiter, die die Umlaufströme in mehradrigen Wicklungen minimieren; dadurch werden die Verluste weiter gesenkt. Das Vakuum-Druck-Impregnierungsverfahren (VPI), das bei unseren trockengekühlten sowie flüssigkeitsgekühlten Geräten eingesetzt wird, beseitigt Hohlräume, die zu lokaler Erwärmung und erhöhtem Widerstand führen würden. Die Leistungsfähigkeit zeichnet sich durch Lastverluste aus, die nach wie vor deutlich unter den branchenüblichen Standards liegen und eine Effizienz gewährleisten, die sich mit jedem Ampere Strom weiter steigert.
Neben direkten wirtschaftlichen Vorteilen sind verlustarme Verteilungseinheiten entscheidend, um Nachhaltigkeitsverpflichtungen und regulatorische Standards zu erfüllen. Der Druck auf Industrieanlagen weltweit wächst, ihren CO₂-Fußabdruck zu reduzieren – sei es aufgrund unternehmensinterner Umweltziele, staatlicher Vorschriften oder der Forderung von Kunden hinsichtlich ihrer Lieferketten.
Die Effizienz der Transformatoren in gesparten Kilowattstunden führt zu einer Verringerung der indirekten Kohlenstoffemissionen der Anlage entsprechend der marginalen Emissionsrate des Stromnetzes. Bei Unternehmen mit Berichtssystemen wie der Global Reporting Initiative (GRI) oder der Science Based Targets initiative (SBTi) wirken sich diese Einsparungen unmittelbar auf die Klimazusagen aus. Zudem werden die Effizienzanforderungen weltweit kontinuierlich verschärft, beispielsweise durch die jüngsten Transformatorvorschriften des US-amerikanischen Energieministeriums (Department of Energy) oder durch die Ökodesign-Richtlinie in Europa. Die niedrigverlustigen Verteilungseinheiten von Ryan Electric sind so konzipiert, dass sie die derzeitigen Anforderungen übertreffen und bereits zukünftige Standards berücksichtigen – wodurch Kunden vor dem Risiko einer regulatorisch bedingten Obsoleszenz geschützt werden.
Wir erfüllen die Anforderungen der IEEE und UL sowie der CE-Richtlinie und anderer internationaler Leistungsstandards und wurden von ASTA, DEKRA und CSA zertifiziert – unabhängigen Prüfstellen zur Verifizierung der Effizienzleistung. Für Kunden – darunter Rechenzentren von Microsoft und nationale Versorgungsunternehmen in über 50 Ländern – liefert Ryan Electric Verteilungseinheiten, die die Betriebskosten senken, zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen beitragen und dynamische globale Standards erfüllen, die wesentliche Merkmale heutiger und zukünftiger industrieller Stromnetze sind.
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