Récemment, le « Séminaire 2025 sur les transformateurs à haut couple, économes en énergie verte : défis de conception, solutions innovantes et tendances futures », organisé conjointement par l’International Copper Association et des entreprises telles que le groupe Changta, s’est tenu avec succès à l’hôtel Jinjiang à Shanghai.
La réunion était organisée par l’International Copper Association. Des experts issus des autorités d’alimentation électrique, des associations sectorielles, des universités renommées, des instituts de conception et d’entreprises connexes se sont réunis. Les principaux sujets abordés comprenaient le contexte des politiques vertes et à faible émission de carbone, la faisabilité technique des transformateurs verts (haute capacité), leurs scénarios d’application ainsi que leurs bénéfices socio-économiques, et l’établissement de normes pertinentes.
1. Contexte politique pertinent
Le « Plan d'action pour le développement vert et à faible émission de carbone dans le secteur manufacturier (2025-2027) », publié par le Conseil des affaires d'État, met l'accent sur la nécessité d'accélérer l'innovation technologique verte et la diffusion des technologies vertes avancées. En mars de cette année, le rapport sur les travaux gouvernementaux du Conseil des affaires d'État a proposé la mise en place d’un système de gestion de l’empreinte carbone. Le nouveau mécanisme d’achat vert de State Grid (2023) a clairement défini la sélection des équipements selon les principes de développement vert, à faible émission de carbone et respectueux de l’environnement. L’introduction de ces politiques a créé des opportunités et des défis sans précédent pour le développement des transformateurs verts. En tant que matériau isolant principal des transformateurs secs à ventilation naturelle, les composites polymères polyimides présentent des avantages tels qu’une résistance aux hautes et basses températures, une résistance à la corrosion, à la brume salée et aux radiations, une bonne réaction au feu et un haut niveau d’isolation (supérieur au niveau H). Ils incarnent parfaitement les principes du développement vert et à faible émission de carbone. Ils ne favorisent pas le fonctionnement prolongé des équipements en surcharge, mais, grâce à une conception renforcée, permettent aux transformateurs de faire face à des pics de charge à court terme, périodiques ou d’urgence, ce qui permet aux utilisateurs de choisir, lors de l’investissement initial, une puissance plus économiquement rationnelle. Cela permet non seulement de réduire le coût d’achat des équipements pour les utilisateurs, mais aussi de limiter les investissements superflus dans le réseau électrique et d’améliorer l’efficacité globale d’utilisation des ressources.
2. Faisabilité technique des transformateurs verts (haute capacité)
Pour atteindre une capacité de surcharge élevée, sûre et fiable, des percées techniques ont été réalisées selon trois axes principaux, aboutissant à une grande variété de solutions distinctives. produits . Axe 1 : Modifier la structure du noyau du transformateur. Remplacer le noyau feuilleté plan du transformateur par un noyau enroulé tridimensionnel. En optimisant le circuit magnétique et en réduisant le poids du noyau, les pertes à vide peuvent être considérablement diminuées, permettant ainsi d’économiser de l’énergie électrique.
Parcours 2 : Innovation dans les matériaux d’isolation des transformateurs. Remplacer l’isolation traditionnelle en résine époxy des transformateurs secs à ventilation naturelle par des matériaux composites polymères polyimides. La résistance élevée à la température de ce matériau, associée à la structure cylindrique des enroulements, améliorera considérablement la capacité de surcharge, permettant au transformateur de fonctionner à 130 % de sa charge nominale pendant une année entière sans nécessiter l’activation du ventilateur ; par ailleurs, le caoutchouc silicone et d’autres matériaux élastiques avancés, utilisés comme isolation principale dans les transformateurs secs moulés en caoutchouc silicone, grâce à leurs excellentes propriétés de résistance à haute température, de réaction au feu, de respect de l’environnement et de recyclabilité, améliorent sensiblement la capacité de surcharge à court terme ainsi que la sécurité opérationnelle à long terme.
Section 3 : Innovation dans l’huile pour transformateurs. L’utilisation d’esters naturels (huiles végétales) au lieu de l’huile minérale traditionnelle dans les transformateurs permet de les faire fonctionner en toute sécurité à des élévations de température plus élevées, grâce à leur point d’inflammation plus élevé et à leur meilleure compatibilité avec les matériaux d’isolation, ce qui prolonge ainsi la durée autorisée de surcharge.
3. Scénarios d’application et avantages socio-économiques
Ce séminaire a approfondi les applications potentielles des transformateurs verts (haute charge) dans divers domaines.
Secteur industriel : En prenant le système d’alimentation électrique d’une entreprise sidérurgique comme exemple, lorsque l’un des transformateurs tombe en panne, un autre transformateur doit reprendre le fonctionnement et supporter la charge totale des équipements.
Secteur municipal : Dans les stations d’épuration et les stations de traitement des eaux usées, des pics de charge à court terme surviennent lors du démarrage automatique des moteurs, pendant la saison des pluies lorsque les installations fonctionnent à pleine capacité ou lorsqu’elles sont alimentées par une seule source d’énergie.
Secteur de la construction navale et des installations à grande échelle d’alimentation électrique à quai : La construction navale et les installations à grande échelle d’alimentation électrique à quai rencontrent fréquemment des problèmes de fluctuations de charge et d’adéquation des capacités. Tous ces scénarios imposent certaines exigences en matière de capacité de surcharge à court terme des transformateurs.
Dans le domaine des bâtiments civils : Actuellement, les taux de charge des transformateurs dans un grand nombre d’immeubles commerciaux sont généralement faibles, ce qui entraîne le phénomène dit « un gros cheval tirant une petite charrette ». Lors de la rénovation de bâtiments existants, l’adoption de transformateurs verts (à forte charge) permet d’obtenir une « extension de capacité » sans avoir à agrandir la salle de distribution ni remplacer les barres omnibus, afin de faire face à la croissance de la charge ou aux pics de consommation électrique lors de conditions météorologiques extrêmes.
Dans le cadre de la politique tarifaire de l’électricité en deux parties pour les usages industriel et commercial, les avantages économiques sont très significatifs. En appliquant l’algorithme courant de réduction de la demande et de la capacité, pour un niveau de tension de 35 kV, on suppose qu’une puissance de 2500 kVA peut être économisée, ce qui permet de réaliser une économie mensuelle sur les coûts d’électricité de 36 500 yuans.
4. Établissement des normes correspondantes
Il est connu que la norme technique « Transformateur à forte capacité de surcharge », élaborée par l’industrie électrique chinoise, a été appliquée pour la première fois le 10 janvier 2018, et que ses données ont été mises à jour le 6 janvier 2021. Cette norme, qui s’applique aux transformateurs triphasés immergés dans l’huile d’une tension nominale de 10 kV et d’une puissance apparente comprise entre 30 kVA et 500 kVA, fixe des indicateurs fondamentaux tels que la capacité de résistance aux courts-circuits, les performances en surcharge et les limites d’échauffement. Elle comble ainsi un vide existant dans les normes techniques nationales correspondantes. En 2023, la Société du Gansu d’ingénierie électrique a publié une norme de groupe complémentaire, T/GES 001-2024, qui précise davantage les définitions des produits, les méthodes d’essai ainsi que les exigences relatives au transport et au stockage ; cette norme est entrée officiellement en vigueur le 26 octobre 2023. Aucune de ces deux normes ne précise clairement les conditions de forte charge pour les transformateurs à isolation sèche ou immergés dans l’huile fonctionnant à des niveaux de tension plus élevés, ni pour ceux utilisant de nouveaux matériaux isolants. Cela a conduit à des définitions floues des performances des produits sur le marché, ainsi qu’à un manque de base normative pour la conception et la sélection, constituant ainsi un goulot d’étranglement majeur freinant le développement normalisé du secteur. Les experts présents sont unanimes pour considérer qu’il est urgent d’intégrer les caractéristiques de forte surcharge dans une catégorie plus large de normes relatives aux transformateurs verts. Toutes les parties concernées doivent collaborer afin d’élaborer des normes de groupe ou des normes sectorielles pertinentes, puis, lorsque les conditions seront réunies, établir des normes nationales permettant de lever les obstacles liés à la conception et à la sélection.
5. Conclusion
Ce séminaire appelle toutes les parties à innover leurs concepts traditionnels. Dans la situation actuelle, où la conception et la sélection de la capacité des transformateurs sont excessivement importantes et où les taux de charge sont trop faibles, entraînant un gaspillage énergétique considérable, un concept vert, sobre en carbone et respectueux de l’environnement devrait être intégré au concept de surcharge élevée. L’association professionnelle devrait prendre l’initiative et lancer conjointement les travaux d’élaboration de normes. Des projets situés dans des parcs industriels, des immeubles commerciaux et des centrales d’énergie renouvelable devraient être sélectionnés afin de promouvoir des projets pilotes locaux. Des échanges techniques devraient être régulièrement organisés pour renforcer la sensibilisation du secteur. Approfondir la coopération entre le monde universitaire, l’industrie et la recherche permettrait de favoriser l’itération et la modernisation technologiques.
Lorsque normes, technologies, marchés et politiques agissent de concert, cette innovation technologique dissimulée dans le sous-station apportera certainement des avantages économiques et sociaux considérables et injectera de l’énergie verte dans le processus de développement de haute qualité.
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