Di recente si è tenuto con successo, presso l’Hotel Jinjiang di Shanghai, il «Seminario 2025 sui trasformatori ad alta efficienza energetica e ad alto momento torcente: sfide progettuali, soluzioni innovative e tendenze future», organizzato congiuntamente dall’International Copper Association e da aziende quali Changta Group.
L’incontro è stato organizzato dall’International Copper Association. Esperti provenienti da autorità per la fornitura di energia elettrica, associazioni di settore, prestigiose università, istituti di progettazione e imprese correlate si sono riuniti per discutere temi quali il contesto normativo relativo alle politiche verdi e a basse emissioni di carbonio, la fattibilità tecnica dei trasformatori verdi (ad alta capacità), i loro ambiti applicativi e i relativi benefici socioeconomici, nonché l’elaborazione di standard pertinenti.
1. Contesto normativo pertinente
Il «Piano d'azione per lo sviluppo verde e a basse emissioni di carbonio nel settore manifatturiero 2025-2027», emanato dal Consiglio di Stato, sottolinea la necessità di accelerare l’innovazione tecnologica verde e la diffusione delle tecnologie verdi avanzate. Nel marzo di quest’anno, il rapporto sul lavoro governativo del Consiglio di Stato ha proposto un sistema di gestione dell’impronta carbonica. Il nuovo meccanismo di approvvigionamento verde della State Grid (2023) ha stabilito in modo esplicito i criteri di selezione delle apparecchiature sulla base dei principi di sostenibilità ambientale, di bassa emissione di carbonio e di tutela ambientale. L’introduzione di tali politiche ha creato opportunità e sfide senza precedenti per lo sviluppo dei trasformatori verdi. Come principale materiale isolante per i trasformatori a secco di tipo aperto, i materiali compositi polimerici a base di poliimmide presentano vantaggi quali resistenza alle alte e basse temperature, resistenza alla corrosione, alla nebbia salina e alle radiazioni, buona ritardanza alla fiamma e alto grado di isolamento (superiore al livello H). Essi incarnano pienamente il concetto di sviluppo verde e a basse emissioni di carbonio. Non incoraggiano il funzionamento prolungato in sovraccarico delle apparecchiature, ma, grazie a una progettazione potenziata, consentono ai trasformatori di far fronte a picchi di carico a breve termine, periodici o di emergenza, permettendo così agli utenti di scegliere, in fase di investimento iniziale, una potenza più economicamente razionale. Ciò consente non solo di ridurre i costi di acquisto delle apparecchiature da parte degli utenti, ma anche di limitare gli investimenti ridondanti nella rete elettrica, migliorando l’efficienza complessiva nell’utilizzo delle risorse.
2. Fattibilità tecnica dei trasformatori verdi (ad alta capacità)
Per raggiungere una capacità di sovraccarico elevata in modo sicuro e affidabile, sono stati ottenuti progressi tecnici lungo tre principali direzioni, con conseguente sviluppo di una varietà di soluzioni distintive prodotti . Percorso 1: Modificare la struttura del nucleo del trasformatore. Sostituire il nucleo laminato piano del trasformatore con un nucleo avvolto tridimensionale. Ottimizzando il circuito magnetico e riducendo il peso del nucleo, le perdite a vuoto possono essere notevolmente ridotte, consentendo così un risparmio di energia elettrica.
Percorso 2: Innovazione nei materiali isolanti per trasformatori. Sostituire l’isolamento in resina epossidica tradizionale dei trasformatori a secco di tipo aperto con materiali compositi polimerici in poliimide. L’elevata resistenza termica del materiale e la struttura cilindrica degli avvolgimenti aumenteranno in modo significativo la capacità di sovraccarico, consentendo al trasformatore di funzionare al 130% di sovraccarico per un intero anno senza dover attivare il ventilatore; inoltre, l’utilizzo di gomma al silicone e di altri materiali elastici avanzati come isolamento principale nei trasformatori a secco con isolamento in gomma al silicone, grazie alle loro eccellenti caratteristiche di resistenza termica, ritardamento della fiamma, rispetto ambientale e riciclabilità, migliora in modo significativo sia la capacità di sovraccarico a breve termine che la sicurezza operativa a lungo termine.
Sezione 3: Innovazione negli oli per trasformatori. L’uso di esteri naturali (oli vegetali) al posto degli oli minerali tradizionali nei trasformatori consente loro di funzionare in sicurezza a temperature più elevate grazie al loro punto di infiammabilità più alto e alla migliore compatibilità con i materiali isolanti, prolungando così il tempo consentito di sovraccarico.
3. Scenari applicativi e benefici socioeconomici
Questo seminario ha esaminato approfonditamente le potenziali applicazioni dei trasformatori verdi (ad alta capacità) in vari settori.
Settore industriale: prendendo come esempio il sistema di alimentazione elettrica di un’azienda siderurgica, quando un trasformatore va fuori servizio, un altro trasformatore deve subentrare e sopportare l’intero carico degli apparecchi.
Settore municipale: negli impianti di trattamento delle acque e negli impianti di depurazione, durante l’avviamento automatico dei motori, nella stagione delle piogge quando operano a piena capacità o quando funzionano con una singola fonte di alimentazione, si verificano carichi di picco a breve termine.
Settore della cantieristica navale e delle grandi infrastrutture di alimentazione a terra: la cantieristica navale e le grandi infrastrutture di alimentazione a terra incontrano spesso problemi di fluttuazioni del carico e di corrispondenza della capacità. Tutti questi scenari richiedono una certa capacità di sovraccarico a breve termine da parte dei trasformatori.
Nel settore delle costruzioni civili: attualmente, il tasso di carico dei trasformatori in un gran numero di edifici commerciali è generalmente basso, generando il fenomeno del «cavallo grande che tira un carro piccolo». Nella ristrutturazione di edifici esistenti, l’adozione di trasformatori «verdi» (ad alto carico) consente di ottenere un «ampliamento della capacità» senza dover ampliare la sala quadri né sostituire i sottosistemi di distribuzione (busbar), al fine di far fronte all’aumento del carico o ai picchi di consumo elettrico durante condizioni meteorologiche estreme.
Nell'ambito della politica tariffaria elettrica a due componenti per l'uso industriale e commerciale, i benefici economici sono molto significativi. Utilizzando l'algoritmo comune di riduzione della domanda e della capacità, per un livello di tensione di 35 kV si ipotizza un risparmio di 2500 kVA, con un conseguente risparmio mensile sui costi dell'energia elettrica pari a 36.500 yuan.
4. Definizione delle norme pertinenti
È noto che la norma tecnica «Trasformatore ad alta capacità di sovraccarico», redatta dal settore elettrico cinese, è stata applicata per la prima volta il 10 gennaio 2018 e i suoi dati sono stati aggiornati il 6 gennaio 2021. Questa norma, rivolta ai trasformatori trifase immersi in olio con tensione nominale di 10 kV e potenza compresa tra 30 kVA e 500 kVA, stabilisce indicatori fondamentali quali la capacità di sopportare cortocircuiti, le prestazioni in condizioni di sovraccarico e i limiti di innalzamento della temperatura. Essa colma una lacuna esistente nelle corrispondenti norme tecniche nazionali. Nel 2023, la Società Gansu di Ingegneria Elettrica ha pubblicato una norma di gruppo integrativa, T/GES 001-2024, che specifica ulteriormente le definizioni dei prodotti, i metodi di prova nonché i requisiti relativi al trasporto e alla conservazione; tale norma è entrata ufficialmente in vigore il 26 ottobre 2023. Entrambe queste due norme non disciplinano in modo esplicito la situazione di elevato tasso di carico per trasformatori a secco o immersi in olio di livello di tensione superiore, né per trasformatori che impiegano nuovi materiali isolanti. Ciò ha generato ambiguità nella definizione delle prestazioni dei prodotti sul mercato e ha creato una carenza di riferimenti normativi per la progettazione e la selezione, costituendo un importante collo di bottiglia che ostacola lo sviluppo standardizzato del settore. Gli esperti presenti hanno espresso all’unanimità la convinzione che sia urgente includere le caratteristiche di alta sovraccaricabilità in una più ampia categoria di norme relative ai trasformatori ecologici. Tutte le parti interessate devono collaborare per definire opportune norme di gruppo o norme di settore e, quando le condizioni saranno mature, procedere all’emanazione di norme nazionali al fine di rimuovere gli ostacoli legati alla progettazione e alla selezione.
5. conclusione
Questo seminario invita tutte le parti a innovare i propri concetti tradizionali. Nell’attuale situazione, in cui la progettazione e la scelta della capacità dei trasformatori sono eccessivamente elevate e i tassi di carico troppo bassi — con conseguente spreco significativo di energia — il concetto di sovraccarico elevato dovrebbe integrare un approccio verde, a basse emissioni di carbonio e rispettoso dell’ambiente. L’associazione di settore dovrebbe assumere un ruolo guida e avviare congiuntamente il lavoro di definizione degli standard. Dovrebbero essere selezionati progetti realizzati in parchi industriali, edifici commerciali e centrali energetiche a fonti rinnovabili per promuovere progetti pilota locali. Dovrebbero inoltre essere organizzati regolarmente scambi tecnici al fine di ampliare la consapevolezza nel settore. Approfondire la collaborazione tra mondo accademico, industria e ricerca può favorire l’iterazione e l’aggiornamento tecnologico.
Quando standard, tecnologie, mercati e politiche agiscono in sinergia, questa innovazione tecnologica nascosta nel sottostazione porterà sicuramente significativi benefici economici e sociali e immetterà energia verde nel processo di sviluppo di alta qualità.
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