Как нехватка трансформаторов угрожает электросети

РОАНОК, Вирджиния. Высоковольтный сетевой трансформатор размером с железнодорожный товарный вагон стоит здесь на погрузочной платформе завода, готовый передавать электроэнергию по линиям электропередачи, которые являются неотъемлемой частью национальной электрической сети.

Компания Virginia Transformer Corp. поставит 550 таких трансформаторов в этом году и планирует произвести 665 в следующем году на своем заводе здесь и на трех других предприятиях в Северной Америке. Но это одна из восьми компаний в Соединенных Штатах, способных производить крупнейшие в стране трансформаторы, а поставки значительно отстают от графика из-за пандемии Covid-19.

Действительно, Соединенные Штаты испытывают нехватку различных трансформаторов – от небольших блоков на опорах на городских улицах до огромных блоков Virginia Transformer – по причинам, которые различаются в зависимости от оборудования. Это означает, что коммунальным предприятиям может быть сложно добавить достаточно новых ветровых и солнечных электростанций, чтобы достичь целей страны по нулевому энергопотреблению и сохранить свет включенным, когда штормы повреждают их истощенные запасы трансформаторов.

В среду государственные и кооперативные коммунальные предприятия направили письмо министру энергетики Дженнифер Грэнхольм, в котором подчеркнули кризис и попросили Министерство энергетики использовать финансирование нового закона о климате для увеличения производства в США трансформаторов меньшего размера. По их словам, заказы на распределительные трансформаторы теперь поступают в среднем через год или больше.

«Если мы не будем действовать сегодня, мы рискуем оказаться не в состоянии оправиться от урагана завтра», — написали лидеры Американской ассоциации общественной энергетики и Национальной ассоциации сельских электроэнергетических кооперативов. «В долгосрочной перспективе это может означать неспособность достичь целей электрификации, поставленных администрацией Байдена. Тем временем отставание в производстве распределительных трансформаторов продолжает расти».

Министерство энергетики не ответило на запрос о комментариях в среду.

Проблема нарастала в течение многих лет: федеральные агентства били тревогу как при администрациях Трампа, так и при администрациях Байдена. В отчете Министерства торговли за 2020 год выражается беспокойство по поводу зависимости США от импорта, а в отчете Министерства энергетики этого года подчеркивается необходимость в трансформаторах для построения энергосистемы с нулевым выбросом углерода.

В отчете Министерства энергетики делается вывод, что поставки новых трансформаторов должны резко увеличиться, если сеть страны хочет наполниться новыми ветровыми и солнечными генераторами, а также зарядкой электромобилей. Министерство энергетики и Министерство торговли также предупредили, что поставка трансформаторов является проблемой национальной безопасности — даже без дополнительного давления, связанного с переходом на экологически чистую энергию.

Срок службы большинства трансформаторов, находящихся в настоящее время в эксплуатации в Соединенных Штатах, близок или истек; экстремальные ураганы сильнее наносят ущерб сетевой инфраструктуре, истощая запасы трансформаторов; а пандемия Covid-19 нарушила поставки компонентов, в некоторых случаях сроки доставки увеличились вдвое (Energywire, 22 августа).

Синхронизированные для совместной работы в сетях нескольких штатов, большие трансформаторы выдерживают выходное напряжение до 765 киловольт — или 750 000 вольт — от электростанций, работающих на ископаемом топливе, а также солнечных и ветряных электростанций. В конце линии трансформаторы снижают выходную мощность до тех пор, пока она не достигнет стандарта в 240 В для безопасной доставки электроэнергии в домохозяйства.

Согласно анализу Global Market Insights, приведенному в отчете Министерства энергетики, коммунальные предприятия Северной Америки купили 1300 трансформаторов в 2020 году. Предполагаемый спрос в 2027 году превысит эту сумму более чем вдвое.

Ожидается, что спрос на крупные силовые трансформаторы стоимостью 4 миллиона долларов вырастет с 700 в 2019 году до 900 в 2027 году, сообщает Министерство энергетики.

Почти два столетия назад британский ученый Майкл Фарадей продемонстрировал уникальные возможности трансформатора, намотав петли изолированных проводов вокруг железного стержня, а затем намотав второй изолированный провод поверх первого.

Эта базовая технология остается принципом работы трансформаторов и сегодня.

Переменный ток (AC), проходящий через первый провод, вызывает ток во втором проводе благодаря силе электромагнетизма. Напряжение во втором проводе увеличивается, если он обернут вокруг железного стержня большее количество раз, чем первый провод. Удвоение обмотки удваивает напряжение.