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Klare Rechnung: Jeder Betreiber kann ermitteln, nach welchem Zeitraum sich die Investition in einen verlustarmen Transformator auszahlt. Bild: Siemens
Automatisierungs- & Elektrotechnik

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Umweltschutz lohnt sich finanziell

Text: Marin Tomicic, Siemens
Für Leistungstransformatoren wird künftig der „Peak Efficiency Index“ vorgeschrieben. In Deutschland ist das kein Grund zur Panik: Schon seit einiger Zeit beschäftigen sich Hersteller und Betreiber von Trafos mit deren Effizienz und Verlusten und schlagen so zwei Fliegen mit einer Klappe: Verlustberechnungen sind umweltfreundlich und wirtschaftlich sinnvoll.

Beim Kauf eines Transformators spielt längst nicht mehr nur der reine Anschaffungspreis eine Rolle. Als langfristige Investitionsgüter sollen Transformatoren ihren Wert über den jahrzehntelangen Betrieb wieder einspielen. Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland wird es daher zunehmend wichtiger, die Effizienz und damit Transformatorenverluste in die Kostengleichung zu integrieren. Schon allein aufgrund der Methodik der Verlustbewertung haben die meisten der in Deutschland bestellten Transformatoren sehr hohe Wirkungsgrade. Teilweise haben diese in den vergangenen Jahren die künftig von der Öko-Design-Richtlinie der europäischen Kommission geforderten Peak Efficiency Indizes bereits übererfüllt. Seit Juli 2015 gelten Vorschriften für Leerlauf- und Kurzschlussverluste von Verteilungstransformatoren bis 3150 kVA.

Verluste im Kern sind besonders teuer

Beim Betrieb von Transformatoren wird zwischen Leerlauf- und Kurzschlussverlusten unterschieden. Leerlaufverluste entstehen überwiegend durch Eisenverluste im Transformatorenkern – auch wenn der Trafo ohne Last betrieben wird. Dies ist entscheidend für die wirtschaftliche Berechnung. Der in Deutschland angesetzte kapitalisierte Wert für Leerlaufverluste liegt im Durchschnitt bei 9000 Euro/kW. Durch hochwertige Kernmaterialien kann dem entgegengewirkt werden.

Die Sache hat allerdings einen Haken: Weltweite politische Regulierungen zur Steigerung der Effizienz sowie die Fokussierung auf Verluste und Transformatorengeräusche haben den Bedarf an hochwertigem Kernblech und damit auch die Preise dafür steigen lassen. Die Folge sind Kapazitätsengpässe. Zwar ist das Standardmaterial noch ausreichend verfügbar, höhere Qualitätsstufen bedürfen jedoch eines speziellen Herstellungsprozesses. Bisher sind keine Kapazitätserweiterungen bekannt. Sollten diese starten, wird die Kapazität in diesem Segment frühestens in ein bis zwei Jahren aufgebaut sein.

Für Kurzschlussverluste – im Wesentlichen Kupfer-Verluste – sind die kapitalisierten Durchschnittswerte der Verlustbewertung mit unter 2000 Euro/kW geringer. Denn sie treten nur bei Betrieb des Transformators auf und verhalten sich quadratisch zur Last. Das bedeutet: Verglichen mit dem Betrieb in Volllast entstehen bei halber Last nur ein Viertel der Kurzschlussverluste. Zudem ist es in Deutschland unüblich, Netztransformatoren der Volllast auszusetzen.

Berechnung von Verlusten

Je nach Firmenpolitik und -Strategie variieren die angesetzten Werte für kapitalisierte Verluste von Betreiber zu Betreiber.

Leerlaufverluste werden zwischen 4000 Euro/kW und 13.000 Euro/kW bewertet, während die Werte für Kurzschlussverluste im Schnitt nur 20 Prozent dieser Beträge ausmachen. Diese unterschiedlichen Werte sind abhängig von der jeweiligen Betriebsführung, dem Verkaufspreis für den erzeugten Strom und der angenommenen Preissteigerung.

Ein Erzeuger, dessen Energiemix hohe Anteile an erneuerbarer Energie enthält, erzielt einen höheren Verkaufspreis als ein Energieversorgungsunternehmen, das fast ausschließlich Kohle- und Gaskraftwerke betreibt. Industriebetriebe, die Strom direkt vom lokalen Energieversorger abnehmen und eigene Transformatoren betreiben, setzen oft nur sehr niedrige Verlustbewertungen an. Denn Transformatorenverluste fallen in deren Gesamt-Stromrechnung kaum auf, da der Energiebedarf in Summe sehr hoch ist. Deshalb sind hier auch die Betreiber zu finden, welche aufgrund der Öko-Design-Richtlinie eventuell nachbessern müssen.

In der Praxis existieren zwei Möglichkeiten, Transformatorenverluste im Rahmen von Ausschreibungen zu bewerten:

  • So können Kunden bereits Werte angeben, mit denen sie die maximal zulässigen Leerlauf- und Kurzschlussverluste definieren. Gleichzeitig wird eine Verlustbewertung in Euro pro kW angesetzt. Dem Hersteller bleibt es dann überlassen, die ausgeschriebenen Maximalwerte zu bestätigen oder dem späteren Transformatorenbetreiber geringere Verluste anzubieten. Diese werden mit einem erhöhten Kaufpreis gegen­gerechnet, und der Käufer kann entscheiden, welches Angebot ihm in dieser Gesamtrechnung als das Attraktivste erscheint.

  • Eine weitere Möglichkeit ist es, dass Transformatorenbetreiber nur ihre Verlustbewertung mitteilen, ohne Maximalwerte festzulegen. Dann liegt es bei den Transformatorenherstellern, die für den Kunden wirtschaftlich beste Lösung aus den Komponenten Stückpreis und bewertete Verluste anzubieten. In diesem Fall bewertet der jeweilige Transforma­torenhersteller, an welcher Stelle das wirtschaftliche Optimum zwischen Materialkosten und Verlustkosten für den Kunden liegt. Der Transformatorenbetreiber kann auch in diesem Fall mittels Verlustbewertung und Stückpreis entscheiden, welches Angebot für seinen Anwendungsfall das Beste ist.

In beiden Fällen muss der Transformatorenhersteller darauf achten, dass die Vorgaben der Öko-Design-Richtlinie der EU eingehalten werden.

Praxisbeispiel

LEW Verteilnetz (LVN) mit Sitz in Augsburg hat die existierende Verlustbewertung bei Ausschreibungen neu evaluiert: Das wachsende ökologische Bewusstsein und eine aktuelle Betrachtung der Kosten von Verlustleistungen haben zu einer Erhöhung der kapitalisierten Verlustbewertung geführt.

Christian Higl, Projektleiter im HS-Anlagenbau bei LVN präzisiert: „Dies führte dazu, dass bei der neuesten Ausschreibung technisch hervorragende Produkte angeboten wurden, die nicht nur langfristig die Umwelt schonen, sondern sich auch unternehmenswirtschaftlich auszahlen.“ Geringere Verluste haben übrigens einen weiteren positiven Effekt. Durch hochwertige Bleche, geringere Induktion und einen leicht vergrößerten Kern verringern sich mit den Leerlaufverlusten auch die Geräusche, die ein Transformator verursacht. Deshalb legt die LVN Wert auf diesen Faktor. „Geräuschwerte werden bei uns ebenso wie Verluste pönalisiert, um die Hersteller dazu zu animieren, geräuschärmere Transformatoren herzustellen, die eine gesellschaftliche Akzeptanz erleichtern“, sagt Higl.

Apps zur Berechnung der „Total-Cost-of-Ownership“ und des „Peak Efficiency Index“ finden Sie unter: www.siemens.com/pei-kalkulator.

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