Ökodesign-Verordnung:
Reduzierte Energieverluste für Transformatoren ab 1. Juli
Potenziale heben
Es ist soweit – lange wurde in einschlägigen Energie-Fachmagazinen und -Foren über die Verschärfung der Ökodesign-Verordnung und ihre Bedeutung für Transformatoren diskutiert. Nun, zum 1. Juli 2021, tritt sie in Kraft. Hersteller sind gut vorbereitet und haben ihre Produktentwicklungen seit der ersten Umsetzungsstufe 2015 und der Erneuerung 2019 entsprechend den Maßgaben angepasst.
(Bild: Schneider Electric GmbH)
Was zunächst kompliziert scheint, ist am Ende einfach und mit einem hohen Gewinn für Klima und die eigene Bilanz verbunden: Die Stufe 2 der Verordnung für Transformatoren tritt am 1. Juli in Kraft und schreibt neue Grenzwerte für die Verlustleistung von Transformatoren vor. Eine Gesetzeslage, an der keiner vorbeikommt. Aber – und das ist die gute Nachricht – Hersteller sind bestens vorbereitet und haben Lösungen entwickelt, die eine Neuanschaffung sogar noch in den Büchern glänzen lassen. Die verringerten Verluste bergen ein großes Energieeinsparpotenzial, das es zu heben gilt. Zudem lassen sich die Gesamtbetriebskosten über den gesamten Lebenszyklus durch die innovativen Techniken in den Transformatoren senken und führen so auf kurzem Weg zum Return on Invest. Wir werfen einen Blick hinter die Kulissen und schauen zunächst auf die Begrifflichkeiten – denn der Gesetzestext der Ökodesign-Verordnung wirft erst einmal mehr Fragen auf, als beantwortet werden: verschiedene Bezeichnungen für dieselbe Verordnung, mehrere Gültigkeits- und Freigabedaten, Stufe 1 und 2 und einige Formulierungen mehr, die das Verständnis der Verordnung erschweren.
Aus der Vogelperspektive
Die Ökodesign-Richtlinie gilt grundsätzlich für alle Produkte, die ‚energieverbrauchsrelevant‘ sind. Damit wurde der ursprüngliche Geltungsbereich schon 2005 von ‚energiebetriebenen‘ Produkten auf solche erweitert, die zum Beispiel in einem Bauvorhaben Einfluss auf die Energieeffizienz nehmen. Das heißt, nicht mehr nur elektrische Geräte gehören zum Geltungsbereich, sondern auch Dämmstoffe oder Fenster. Diese Änderung trat im November 2009 in Kraft, ist seitdem als Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EG gültig und wurde nach und nach in nationale Gesetzte umgesetzt – in Österreich unter der Bezeichnung ‚Ökodesign-Verordnung‘ und in Deutschland als ‚Energieverbrauchsrelevante-Produkte-Gesetz (EVPG)‘. Die Vorgängerin 2005/32/EG wurde damals abgelöst und spielt heute keine Rolle mehr. Innerhalb der neuen Richtlinie gibt es für jede Produktkategorie eine eigene Verordnung, die wiederum verschiedene Mindestanforderungen für die jeweilige Kategorie festlegt und deren Gültigkeit ebenfalls zu unterschiedlichen Zeitpunkten beginnt. Im Fall der Transformatoren handelt es sich um die Verordnung Nr. 548/2014 in der Neufassung vom 1. Oktober 2019.
Bild: Schneider Electric GmbH
Für Transformatoren gilt 2-Stufen-Plan
Technischer Fortschritt und vor allem der immer dringender werdende Klimaschutz zwingen zur kontinuierlichen Revision von Normen, Richtlinien und deren Verordnungen. Besonders die Notwendigkeit zur CO2-Reduzierung erzeugt einen enormen Handlungsdruck und drängt zu verschärften Maßnahmen. Das macht sich auch in der geltenden Verordnung 548/2014 bemerkbar, in der Transformatoren beispielsweise anhand ihrer Nennleistungen differenziert und Mindestwerte, Leerlaufverluste oder Wirkungsgrade festgeschrieben werden. Da Transformatoren üblicherweise über 20 Jahre oder mehr im Einsatz sind und einem zeitlich langen Herstellungsprozess unterliegen, sind Änderungen nicht von heute auf morgen umsetzbar. Auch die Warenrotation ist im Vergleich zu beispielsweise einem Heizlüfter wesentlich langsamer, was dazu führt, dass Abkündigungen und letztmögliche Bestelloptionen weit vor dem Inkrafttreten neuer Verordnungen terminiert sind. Um Herstellern und ihren Kunden, den Betreibern von Energienetzen, den Übergang zum Einsatz der klimafreundlicheren Transformatoren gemäß der neuen Verordnung zu erleichtern – oder besser, ihn überhaupt zu ermöglichen -, wurde für deren Umsetzung ein 2-Stufen-Plan beschlossen. Die Maßnahmen der Stufe 1 traten bereits 2015 in Kraft und noch bis Ende Februar 2021 konnten Transformatoren mit den hierin geltenden Werten bei Schneider Electric bestellt werden. Diese Bestellfrist ist jetzt abgelaufen und die georderte Ware muss bis Ende Juni 2021 ausgeliefert sein, denn ab dem 1. Juli beginnt die Stufe 2. Mit der dann gültigen Ökodesign-Verordnung für Verteil- und Leistungstransformatoren, oder kurz Nr. 548/2014, definiert die Europäische Union die Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von Transformatoren neu.
Bild: Schneider Electric GmbH
Wo ist eine Reduzierung von Energieverlusten möglich?
Mit der neuen Verordnung setzt die EU ihr Engagement zur Reduzierung von Emissionen fort und hat damit auch Transformatoren als einen wichtigen Baustein zu Erreichung ihrer Klimaziele bestätigt. Bei den Transformatoren sind es insbesondere Energieverluste, die für erhöhte Emissionen verantwortlich sind und die durch Leerläufe oder Last entstehen. Diese Verluste können technisch durch einen veränderten Materialeinsatz verringert werden. Leerlaufverluste (Po) werden im Kern des Transformators als Ergebnis des Magnetisierungsprozesses erzeugt. Durch beispielsweise höherwertige Kernbleche kann hier der Verlust verringert werden. Kurzschlussverluste (Pk) hingegen werden in den Spulen erzeugt und hängen vom Strom und Widerstand der Spulen ab. Indem Materialien mit höherer Temperaturbeständigkeit – beispielsweise bei Isolierpapier oder Leitungskabel – zum Einsatz kommen, lassen sich Kurzschlussverluste reduzieren. Beide Maßnahmen sind bereits von Herstellern erfolgreich umgesetzt. Mit den technischen Verbesserungen haben sich bei manchen Transformatoren die äußeren Abmessungen oder das Gewicht verändert. Am Beispiel des Gießharztransformator Trihal und des Öltransformators Minera von Schneider Electric wird deutlich, dass sich die Maße ebenso verkleinern, wie auch vergrößern können (siehe Abb. 1). Daher sind Planer gut beraten, wenn sie neben den Angaben der offiziellen Ausschreibungstexte zusätzlich die maximal möglichen Abmessungen beim Betreiber erfragen. Nachdem die erste Senkung des Schwellenwertes für Leerlauf- und Lastverluste Mitte 2015 erfolgreich am Markt realisiert wurde, kommt in Stufe 2 eine weitere Reduzierung der Leerlaufverluste um 10 Prozent (von A0 auf AA0) zum Tragen und es ist nur noch das besonders effiziente Niveau der Kurzschlussverluste (statt Ck und Bk nur noch Ak) bei allen Nennleistungen bis 3.150kVA und Transformatortypen erlaubt (siehe Abb. 2). Neben den Energieverlusten nimmt auch der Wirkungsgrad Einfluss auf den CO2-Ausstoss. Obwohl dieser bei großen Transformatoren größer 3.150kVA, wie sie beispielsweise in Umspannwerken eingesetzt werden, deutlich oberhalb von 99 Prozent liegt, gibt es im dreistelligen Nachkommabereich noch immer Luft nach oben. Es gibt nur wenige Anwendungen, die von der Ökodesign-Verordnung ausgenommen sind, beispielsweise Offshoreanwendungen, Prüftransformatoren oder Schweißtransformatoren.
Bild: Schneider Electric GmbH
TCO der neuen Transformatoren sinkt
In vielen Fällen gehen neue Richtlinien und deren Umsetzung mit hohen Investitionen einher. Die Frage, welchen Weg die Technik im Laufe der Jahre weiter einschlägt und ob die Investition geschützt bleibt, ist daher berechtigt. Eine Berechnung von Schneider Electric zur Total Cost of Ownership (TCO), den Gesamtbetriebskosten, von Transformatoren der neuen Generation überzeugen: Die Kostenanalyse von Stufe 1 auf Stufe 2 ergab, dass die durch technische Upgrades niedrigeren Verluste über die Betriebszeit des Transformators in den meisten Fällen eine Amortisation der Investitionskosten in weniger als fünf Jahren ermöglichen. Die Berechnung der Lebenszykluskosten eines Transformators wurde hierzu auf Basis des Lastfaktors, der Dienstzeit, der Energiekosten sowie der Zinsrate durchgeführt (siehe Abb. 3). Um die Gesamtbetriebskosten verschiedener Transformatoren vergleichen zu können, stellt der Konzern seinen Kunden ein TCO-Tool zur Verfügung, dass nach Eingabe einiger zentraler Daten die Ersparnisse über den gesamten Lebenszyklus hinweg errechnet. Zudem gibt das Ergebnis Aufschluss über die sogenannte Payback Time, die Zeit, die es dauert, um mit den eingesparten Energiekosten das höhere Erstinvestment eines effizienteren Transformers zu kompensieren.
Ehrgeizige Ziele braucht das Land
Ausgehend von der in Europa installierten Basis an Transformatoren lässt sich dank der neuen Ökodesign-Richtlinie bereits 2022 rein rechnerisch eine Einsparung von 605 kT CO2 erzielen. Im Falle eines einzelnen Minera ODT macht das 95 Kilogramm pro kVA aus. Mit diesen Werten kann es gelingen, die jährlichen Verluste durch Transformatoren um 16,2TWh bis 2025 zu reduzieren. Ein ehrgeiziges Ziel, denn 2008 betrugen die Verluste noch 93,4TWh. Zur Prüfung der Umsetzung sind Hersteller gefordert, den Materialeinsatz auf dem Typenschild zu dokumentieren. Diese Dokumentation, in Zusammenhang mit der technischen Prüfung, qualifiziert neue Transformatoren dann auch für die Konformitätserklärung, die Voraussetzung für den Handel im europäischen Binnenmarkt sind. Die Verordnung soll zudem dazu beitragen, die Marktdurchdringung von effizienten Transformatoren zu verbessern.
