Recientemente, el «Seminario 2025 sobre transformadores de alto par eficientes desde el punto de vista energético y medioambiental: retos de diseño, soluciones innovadoras y tendencias futuras», organizado conjuntamente por la International Copper Association y empresas como Changta Group, tuvo lugar con éxito en el Hotel Jinjiang de Shanghái.
La reunión fue organizada por la International Copper Association. Expertos de autoridades de suministro eléctrico, asociaciones industriales, universidades reconocidas, institutos de diseño y empresas relacionadas se reunieron para debatir temas clave, entre los que se incluyen el contexto normativo de las políticas verdes y de bajo carbono, la viabilidad técnica de los transformadores verdes (de alta capacidad), sus escenarios de aplicación y sus beneficios socioeconómicos, así como la elaboración de normas pertinentes.
1. Contexto normativo pertinente
El «Plan de Acción para el Desarrollo Verde y Bajo en Carbono de la Industria Manufacturera 2025-2027», emitido por el Consejo de Estado, subraya la necesidad de acelerar la innovación tecnológica verde y la difusión de tecnologías verdes avanzadas. En marzo de este año, el Informe sobre la labor gubernamental del Consejo de Estado propuso un sistema de gestión de la huella de carbono. El nuevo mecanismo de adquisición verde de State Grid (2023) ha establecido claramente la selección de equipos con base en los principios de sostenibilidad ambiental, bajo contenido de carbono y respeto al medio ambiente. La introducción de estas políticas ha generado oportunidades y desafíos sin precedentes para el desarrollo de transformadores verdes. Como material aislante principal en los transformadores secos de tipo abierto, los materiales compuestos poliméricos de poliimida ofrecen ventajas tales como resistencia a temperaturas extremas (altas y bajas), resistencia a la corrosión, resistencia a la niebla salina, resistencia a la radiación, buena retardancia de llama y alto grado de aislamiento (superior al nivel H). Dichos materiales incorporan eficazmente los principios de desarrollo verde y bajo en carbono. No promueven el funcionamiento prolongado de los equipos en sobrecarga, sino que, mediante un diseño reforzado, permiten que los transformadores soporten sobrecargas a corto plazo, periódicas o de emergencia, lo que permite a los usuarios seleccionar, en la fase inicial de inversión, una potencia más económicamente razonable. Esto no solo reduce el costo de adquisición de los equipos para los usuarios, sino que también disminuye las inversiones innecesarias en la red eléctrica y mejora la eficiencia general de utilización de los recursos.
2. Factibilidad técnica de los transformadores verdes (de alta capacidad)
Para lograr una alta capacidad de sobrecarga segura y fiable, se realizaron avances técnicos en tres vías principales, lo que dio lugar a una variedad de soluciones distintivas. productos . Vía 1: Modificar la estructura del núcleo del transformador. Sustituir el núcleo laminado plano del transformador por un núcleo enrollado tridimensional. Al optimizar el circuito magnético y reducir el peso del núcleo, las pérdidas en vacío pueden disminuirse significativamente, lo que permite ahorrar energía eléctrica.
Ruta 2: Innovación en materiales aislantes para transformadores. Sustituir el aislamiento tradicional de resina epoxi en transformadores secos de tipo abierto por materiales compuestos poliméricos de poliimida. La resistencia a altas temperaturas de este material y la estructura cilíndrica de las bobinas mejorarán significativamente la capacidad de sobrecarga, permitiendo que el transformador opere con una sobrecarga del 130 % durante un año completo sin necesidad de activar el ventilador; además, el caucho de silicona y otros materiales elásticos avanzados utilizados como aislamiento principal en transformadores secos encapsulados en caucho de silicona, gracias a sus excelentes propiedades de resistencia a altas temperaturas, retardancia al fuego, respeto ambiental y reciclabilidad, mejoran notablemente tanto la capacidad de sobrecarga a corto plazo como la seguridad operativa a largo plazo.
Sección 3: Innovación en el aceite para transformadores. El uso de ésteres naturales (aceites vegetales) en lugar del aceite mineral tradicional en transformadores permite que estos operen de forma segura a mayores incrementos de temperatura gracias a su punto de inflamación más elevado y una mejor compatibilidad con los materiales aislantes, lo que extiende el tiempo permitido de sobrecarga.
3. Escenarios de aplicación y beneficios socioeconómicos
Este seminario profundizó en las posibles aplicaciones de los transformadores verdes (de alta carga) en diversos ámbitos.
Sector industrial: Tomando como ejemplo el sistema de suministro eléctrico de una empresa siderúrgica, cuando un transformador falla, otro transformador debe asumir y soportar toda la carga de los equipos.
Sector municipal: En plantas de tratamiento de agua y plantas de tratamiento de aguas residuales, durante el arranque automático de los motores, en la temporada de lluvias cuando operan a plena capacidad o al funcionar con una única fuente de alimentación, se producen cargas pico a corto plazo.
Sector de construcción naval y sistemas de alimentación eléctrica costeros a gran escala: La construcción naval y las instalaciones costeras de alimentación eléctrica a gran escala suelen enfrentar problemas de fluctuaciones de carga y coincidencia de capacidades. Todos estos escenarios exigen cierta capacidad de sobrecarga a corto plazo en los transformadores.
En el ámbito de edificios civiles: Actualmente, las tasas de carga de los transformadores en una gran cantidad de edificios comerciales son generalmente bajas, lo que da lugar al fenómeno de «un caballo grande tirando de un carro pequeño». En la renovación de edificios existentes, si se adoptan transformadores ecológicos (de alta carga), es posible lograr una «ampliación de capacidad» sin necesidad de ampliar la sala de distribución ni sustituir los barras colectoras, con el fin de hacer frente al crecimiento de la carga o al consumo eléctrico pico durante condiciones climáticas extremas.
Bajo la política de tarifas eléctricas en dos partes para uso industrial y comercial, los beneficios económicos son muy significativos. Mediante el algoritmo habitual de reducción de demanda y reducción de capacidad, para un nivel de tensión de 35 kV se supone que se pueden ahorrar 2500 kVA, lo que genera un ahorro mensual en costos eléctricos de 36 500 yuanes.
4. Establecimiento de normas pertinentes
Se sabe que la norma técnica «Transformador de alta capacidad de sobrecarga», elaborada por la industria eléctrica china, entró en vigor por primera vez el 10 de enero de 2018 y su contenido fue actualizado el 6 de enero de 2021. Esta norma, dirigida a transformadores trifásicos sumergidos en aceite de 10 kV y potencia comprendida entre 30 kVA y 500 kVA, establece indicadores fundamentales como la capacidad de soporte de cortocircuitos, el comportamiento bajo sobrecarga y los límites de elevación de temperatura. Así, cubre una laguna existente en las normas técnicas nacionales relacionadas. En 2023, la Sociedad de Tecnología de Ingeniería Eléctrica de Gansu publicó una norma grupal complementaria, T/GES 001-2024, que detalla aún más las definiciones de producto, los métodos de ensayo, así como los requisitos de transporte y almacenamiento, entrando oficialmente en vigor el 26 de octubre de 2023. Ninguna de estas dos normas especifica claramente las condiciones de alta tasa de carga para transformadores de niveles de tensión superiores, ya sean de tipo seco o sumergidos en aceite, ni tampoco para aquellos que utilizan nuevos materiales aislantes. Esto ha provocado ambigüedades en la definición del rendimiento de los productos en el mercado y una falta de base normativa para su diseño y selección, convirtiéndose así en un cuello de botella importante que limita el desarrollo normalizado del sector. Los expertos presentes coincidieron unánimemente en que es urgente incorporar las características de alta sobrecarga dentro de una categoría más amplia de normas sobre transformadores ecológicos. Todas las partes interesadas deben colaborar para establecer normas grupales o industriales pertinentes y, cuando las condiciones lo permitan, desarrollar normas nacionales con el fin de eliminar los obstáculos existentes en el diseño y la selección.
5. Conclusión
Este seminario exige que todas las partes innoven sus conceptos tradicionales. En la situación actual, en la que el diseño y la selección de la capacidad de los transformadores son excesivamente grandes y las tasas de carga demasiado bajas —lo que provoca un importante desperdicio de energía—, debe incorporarse al concepto de sobrecarga elevada una perspectiva verde, de bajo carbono y respetuosa con el medio ambiente. La asociación industrial debe asumir la iniciativa y emprender conjuntamente el trabajo de formulación de normas. Se deben seleccionar proyectos en parques industriales, edificios comerciales y centrales de energía renovable para impulsar proyectos piloto locales. Deben celebrarse continuamente intercambios técnicos con el fin de ampliar la concienciación sectorial. Profundizar la cooperación entre la academia, la industria y la investigación puede fomentar la iteración y la mejora tecnológica.
Cuando las normas, las tecnologías, los mercados y las políticas actúan de forma coordinada, esta innovación tecnológica oculta en el subestación seguramente generará importantes beneficios económicos y sociales e inyectará energía verde en el proceso de desarrollo de alta calidad.
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