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变压器是现代化的必要组成部分。据估计,到2030年及以后,每年将有数千亿美元用于包括变压器在内的电网基础设施。
全球各国政府,特别是发达经济体的政府,正在采取行动减少温室气体(GHG)排放,以减轻气候变化的影响。电力行业是GHG排放量的主要来源,这就是为什么各国都在转向可再生能源,因为可再生能源产生的电力是清洁的。因此,到2026年,可再生能源将占全球发电能力增长的近95%。同样,电动汽车(EV)需求也有望在未来十年内以每年23%的速度增长。
同样,美国提出了一项联邦可持续发展计划,该计划设定了几个目标,与拜登总统提出的到2030年将GHG排放量在2005年的基础上减少50%—52%的目标相一致。此外,《巴黎协定》中东和中亚约有32个国家承诺将其GHG排放量从21%减少至13%。然而,只有13%的GHG减排是无条件的;而21%的减排取决于外部支持的可用性。
能源转型和可再生能源的推广。根据国际能源署(IEA)的数据,从2022年到2027年,全球可再生发电能力预计将增加近2400GW。随着可再生能源在各国发电容量组合中所占份额的增加,需要用数字变压器取代传统变压器,因为传统变压器无法在电网中提供所需的安全性、生产率和可靠性。
电动汽车融入电网。在全球范围内,各经济体正在向交通运输部门电气化发展,尤其是发达经济体。为了减轻电动汽车对电网的影响,许多电力公司正在部署智能电网技术,包括比传统技术更高效、更可靠的智能变压器。值得注意的是,全球电动汽车行业近年来取得了巨大的增长。
网格基础设施的升级。随着风能和太阳能迅速融入电网,全球范围内已有数十年历史的电网基础设施需要升级。电力公司正在用最新设备取代过时的电网技术,这不仅提高了效率,还提高了电网运行的可靠性。这反过来又催生了对数字变压器的需求,这些变压器不仅效率更高,而且对气候的影响也更小。
根据英国电网的Stratus项目,智能变压器将安装在东苏塞克斯的街道上。这些智能变压器将提供电力使用和需求的实时数据,这不仅将提高网络的弹性,还将为低碳未来铺平道路。智能变压器配备了最先进的电力电子技术,使变压器能够平衡负载,以有效的方式控制电流,并保护系统免受潜在故障的影响。
图1 全球变压器市场年收入将以十亿美元计
概述根据PTR Inc.的数据,2022年全球变压器市场的年市场收入接近400亿美元(图1)。PTR Inc.估计,2023年全球变压器市场预计将产生416亿美元的收入,同比增长4.73%。此外,全球变压器市场预计将在2027年增长至约520亿美元,复合年增长率(CAGR)为6%。由气候目标驱动的变压器法规。发达经济体(尤其是欧盟和美国)已经制定或正在制定多项法规和标准,这些法规和标准的重点是提高变压器的效率。据欧盟委员会估计,欧盟27个成员国和英国产生的所有能源中约有2.9%是通过变压器损耗浪费的。这些变压器损耗总计为93TWh,这有助于了解变压器效率潜在改善的影响程度。在欧盟,生态设计指令Tier 2法规于2021年7月生效,取代了Tier 1法规。与1级法规(2015年)相比,2级法规旨在减少10%的能源浪费。美国能源部(DOE)为不同类别的配电变压器提出了新的能效标准,旨在提高美国电网的弹性,减少公用事业账单,并大幅减少国内二氧化碳排放。如果该项能效标准能在DOE的拟议时间表内通过,预计将于2027年生效。图2 2015-2021年全球电网投资
电网基础设施投资。根据国际能源署的数据,2021年全球电网投资达到3090亿美元,同比增长6%。这些投资主要是由发达经济体推动的,它们加快了建筑、工业和交通电气化的步伐,并推广间歇性可再生能源。此外,国际能源机构认为,为了实现净零排放,到2030年,这些投资每年平均需要约6000亿美元。在欧洲,三分之一的电网基础设施已有40年的历史,不可能在一夜之间彻底改造,因此电网设备正在数字技术的帮助下得到支持。随着电动汽车、热泵和其他行业需求的增加,数字技术正在为电网基础设施与间歇性可再生能源的整合做准备。预计从2020年到2030年,欧洲电网基础设施将投资约6000亿美元,其中2000亿美元将用于电网基础设施的数字化。
变压器市场新技术趋势近年来出现了一系列最新的技术解决方案,包括物联网(IoT)、数字孪生和智能电表技术,这些技术目前已在全球市场上商用。这些技术解决方案与变压器一起使用时,有助于从化石燃料向清洁能源过渡。例如,物联网传感器可以安装在电力变压器上,以收集温度、振动和油位的实时信息。这些数据有助于利用主动维护规划,进而降低电网设备寿命周期内的运营和维护成本。
另一方面,面向变压器的数字孪生解决方案是一项新兴技术。当与变压器一起使用时,数字孪生可以模拟多种操作场景。这些模拟使电力公司能够优化变压器的性能。此外,智能电表还可以收集能耗和需求数据,当与配电变压器配合使用时,有助于将配电区域划分为地理上更易于管理的小块。
制造商增强数字变压器产品组合领先的变压器基础设备制造商(OEM)在其产品和解决方案中采用数字技术,以满足资产健康监测和管理对更高可靠性和实时数据的需求。预计未来的电网设备,尤其是变压器,将配备几个能够进行实时监控的传感器。
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