ØKODESIGNFORSKRIFTEN FOR KRAFT- OG FORDELINGSTRANSFORMATORER. Nemanja Grubor og Kårstein Longva, Møre Trafo AS

Transkript

1 ØKODESIGNFORSKRIFTEN FOR KRAFT- OG FORDELINGSTRANSFORMATORER Nemanja Grubor og Kårstein Longva, Møre Trafo AS

2 Fra Økodesigndirektivet 2009/125/EF til Økodesignforskriften Økodesign forberedende studie med 7 basistilfeller av transformatorer (januar 2011) Installerte FT i Europa i 2009 var over 5 millioner enheter ( årlig salg) Installerte KT i EU i 2009 var enheter (1300-årlig salg) Investert beløp på transformatorer i 2005 innenfor EU-27 er 3942 millioner Totalt tap for alle transformatorer i EU-27 i 2008 var anslått til 93,4TWh per år Mulig forbedringspotensial ved mer effektiv design er anslått til 16.2TWh per år i 2025, noe som tilsvarer 3.7Mt av C0 2 -utslipp 5 møter av økodesign konsultasjonsforum med brukere, selskaper, produsenter Miljøpåvirkningene på grunn av råvareutvinning, produksjon og transport er ubetydelig i forhold til energitapene under bruk CENELEC (TC-14) og Europeiske Kommisjonen Utkast-, arbeidsdokumenter og normer EN , EN Økodesignforskriften for transformatorer med en minimumsmerkeytelse 1kVA brukes i 50Hz elektrisk overførings- og distribusjonsnettverk eller for industrielle applikasjoner Det vil være første gang at økodesigndirektivet har blitt implementert for utstyr til elektrisitetsforsyningen

3 Råvarer Transformatorprisene er meget avhengig av råvarepriser: kobber og aluminium, kjerneblikk Grain Oriented-GO (mest i marked, 0,27 og 0,3mm), Høy permeabilitet OG-HGO (tykkelse 0,18-0,23mm er nødvendige for økodesignkrav) og amorf kjerneblikk (AK), olje, isolasjon, kald- og varmvalset stål TCO Resultatet av anskaffelsesprosessen, skal være transformator med lavest Total Cost of Ownership, og tar hensyn til tapene og er optimalisert for en gitt applikasjon TCO=PP+A P 0 +B P k A og B avhenger av renten, prisen på energi, år i bruk og belastning Forbedring er fokusert på teknologier som kan redusere energitapene, samt alternative materialer Bruk av kobber istedenfor aluminium-ledere; Bruk av sirkulært kjerne tverrsnitt; Bruk av høy permeabilitet kjerneblikk (HGO) med lavere tap; Bruk av amorfe kjerneblikk med lavere tap (større KT?); Øke tverrsnittet av ledere og kjernen for å redusere tap; Bruk av transformatorer med silikonolje, syntetiske estere eller biologisk nedbrytbare naturlige estere istedenfor tørre cast-resin transformatorer eller mineralolje; Bruk step-lap konstruksjonsteknikk og ulike kjerneformer; Forbedre belegg mellom lagene av GOES og redusere støy; Alle forbedringsmuligheter øker produktets pris! Flere forbedringsmuligheter øker produktdimensjoner, volum og vekt!

4 Normer i dag-tre-fase olje transformatorer med økodesignkravene IEC 60076, Transformatorer Generelt. Design, krav til tester og toleranser, uten informasjon om tapene og virkningsgrad EN Series,Three-phase oil-immersed distribution transformers 50Hz,from 50 kva to 2500 kva with highest voltage for equipment not exceeding 36kV : Tomgangstap P 0 (W) Norge i dag Belastningstap P k (W) Merkeytelse (kva) E 0 D 0 C 0 B 0 A 0 D k C k B k A k e k (%) Merkeytelse (kva) Etablerte økodesignkravene for fordelingstransformatorer U m 24kV (del) Trinn 1 (fra 1 Juli 2015) Trinn 2 (fra 1 Juli 2021) P k (W) P 0 (W) P k (W) P 0 (W) 100 C k (1750) A 0 (145) A k (1250) A 0-10% (130) 500 C k (5500) A 0 (510) A k (3900) A 0-10% (459) 800 C k (8400) A 0 (650) A k (6000) A 0-10% (585) 2000 B k (18000) A 0 (1450) A k (15000) A 0-10% (1305) *Revisjon av økodesignkravene 2018 Utkast FprEN (CENELEC)

5 PEI-Peak Efficiency Index Økodesignkrav til store krafttransformtorer (KT) CENELEC teknisk kommisjon TC 14 har definert minimum PEI en parameter som tilsvarer en belastningsfaktor med likestilling av P 0 og P k verdier eller maksimal effektivitet. η = k S r P 0 + P c0 k S r k 2 P k P c0 er elektriske effekten som kreves av kjølesystemet for tomgang., effektivitet er maksimal ved belastningsfaktor k = (P 0 + P c0 ) P k PPP = η mmm = 1 2 P 0 + P c0 (P S r 0 +P c0 ) P k PEI har fordelen at den er: basert på målbare verdier, enkelt og lett å bruke, uavhengig av teknologi representerer reelle fysiske fenomener kompatibel med taps-kapitalisering TCO og det er vanskelig å lage en KT med dårlig kjerneblikk til oppfylle minimum PEI kravet Etablerte økodesignkravene til store krafttransformatorer Merkeytelse (MVA) Trinn 1 (fra 1 Juli 2015) Trinn 2 (fra 1 Juli 2021) Minimum Peak Efficiency Index,PEI (%) 4 99,465 99, ,483 99,548 6,3 99,510 99, ,535 99, ,560 99,615 12,5 99,588 99, ,615 99, ,639 99, ,657 99,700 31,5 99,671 99, ,684 99, ,696 99, ,709 99, ,723 99, ,737 99,770 *Revisjon av økodesignkravene 2018 Utkast FprEN (CENELEC)

6 Utfordringer, Hindrer, Konsekvenser og Bemerkninger Lavere kjernetap krever økt etterspørsel etter 0,18 og 0,23mm HGO. Er stålverkene i stand til å tilpasse seg til denne endringen i etterspørselen raskt nok? Mangel på balanserte tilbud, kan føre til raskt økende priser. Redusert tykkelse på materialet vil øke kjerneproduksjonskostnader; Nettselskapene og brukerne kan velge å holde de gamle transformatorer så lenge som mulig fordi nye er for dyrt; Økt dimensjoner-enda større kostnader. Endring av eksisterende nettstasjoner (transformatorer med samme merkeytelse, men med økte dimensjoner); Kobber markedspris vil kunne øke betydelig; Økt støynivå kommer med bruk av amorf kjerneblikk; Konsekvenser ved bruk av AK er rektangulære viklinger som i sin tur gir ubalanserte aksialkrefter; Mulig monopol på AK produksjon; EU medlemmer har ulike synspunkter og spådommer om fremtidig elektrisk energipris. Ulike renter og priser på energi gir stor forskjell mellom kapitaliseringsfaktorer A og B i TCO. Politisk stridspunkt som ikke er lett å forene og standardisere?

7 Utvikling av 800kVA oljetransformatorer Tapsfaktor W/kg er angitt ved 1,7 Tesla for konvensjonelt blikk og for amorft blikk ved 1,3 Tesla