Umfassende Kompetenz bei Transformatoren

Die Transformatoren des Unternehmens sind Exportschlager – 90 Prozent der Trafos werden exportiert – und zwar in die ganze Welt. Die konstruktiv speziell auf ihre Einsatzgebiete ausgelegten Transformatoren bewähren sich in den besonders rauen Betriebsbedingungen – in Offshore-Windparks ebenso wie in Kavernenkraftwerken, Industriegebieten oder Ballungsräumen.

Seit der Integration der früheren VA Tech Transformatorenwerke im Jahr 2005 in den Siemens Konzern und 2007 in die gegründete Siemens Transformers Austria GmbH & Co KG registriert das Unternehmen steigende Umsätze und ein stetiges Wachsen der jährlich produzierten Trafoleistung. Die Anzahl der Mitarbeiter wuchs im selben Zeitraum um 400. Im Sommer 2010 wurde von einem für eineinhalb Jahre reichenden Auftragsbestand berichtet. Die Geschichte des Unternehmens ist eine Erfolgsgeschichte, erklärt Gunter Kappacher, Energie-Vorstand der Siemens AG Österreich. Kappacher ist zugleich Verantwortlicher für das Energiegeschäft in der Region Central Eastern Europe, die insgesamt 19 Länder umfasst – neben Österreich reicht dieser Raum bis Aserbeidschan und von der Ukraine bis Israel.

In Österreich befinden sich zwei der insgesamt 21 Produktionswerke, mit denen der Konzern, einer der größten Transformatorenhersteller der Welt, den Markt versorgt. Die österreichischen Standorte sind Weiz und Linz, wobei ersteres gleichzeitig das weltweit größte Trafowerk von Siemens ist. Gemeinsam mit den Werken in Deutschland stehen Linz und Weiz im Zentrum der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten des Konzerns. Zu Ihrem Produktportfolio gehören Transformatoren für große Offshore-Windparks ebenso wie besonders geräuscharme Transformatoren für Ballungsräume oder Transformatoren mit umweltverträglichen Isoliermitteln. Erheblich fortgeschritten ist auch die Entwicklung von Transformatoren für die anspruchsvollen intelligenten Stromnetze der Zukunft (Smart Grids). Dies sind die Stromnetze der Zukunft, denn sie ermöglichen die Kommunikation zwischen Stromversorger und -abnehmer in beiden Richtungen und eröffnen auf diese Weise ein beachtliches Optimierungspotenzial. Smart Grids gewinnen nicht nur bei den verbrauchernahen Netzen an Bedeutung sondern im Zusammenhang mit dem steigenden Anteil alternativer Stromerzeugungsverfahren.

Schlüsselkomponenten der Stromnetze
Transformatoren sind Schlüsselkomponenten der Stromnetze, erklärt Jürgen Vinkenflügel, CEO der Business Unit Transformers im Siemens-Sector Energy. Vergleichbar mechanischen Getrieben sorgen sie für das gewünschte Spannungsniveau in den einzelnen Netzbereichen. So etwa formen sie die Spannung des Stromerzeugers zum Transport über weite Entfernungen in Hochspannung um, die dann in der Nähe der Verbraucher durch Leistungstrafos zunächst in Mittelspannung und dann durch Verteiltrafos in Niederspannung umgeformt wird. Die Anforderungen an die Sicherheit und Qualität der Stromversorgung sind sehr hoch und steigen stetig weiter. Der wachsende Energiehunger von Großstädten und Industrieanlagen muss mit knapper werdenden Ressourcen, dem zunehmenden Anteil erneuerbarer und dezentraler Stromerzeugung sowie den immer schärferen Forderungen nach Umweltschonung in Einklang gebracht werden.

Um trotz wachsendem Energieverbrauch eine möglichst verlustarme Stromversorgung zu erreichen, wird angestrebt, die Verteilnetze möglichst klein zu halten. Deshalb ist es erforderlich, die Hochspannung möglichst nahe an den Verbraucher heranzuführen, also bis in die Ballungsräume. Verteiltrafos werden aus diesem Grund auch in dicht besiedelten Gebieten installiert, und hier sind möglichst geräuscharme Trafos erforderlich. Auf diesem Gebiet schuf sich das Trafowerk Weiz eine ausgezeichnete Referenz mit einem mitten in New York installierten Leistungstransformator für 420 MVA bei 345 kV. Sein Geräuschdruckpegel beträgt 57 Dezibel (dB) und entspricht der Lautstärke eines normalen Gesprächs. Im Vergleich dazu entwickeln Transformatoren üblicher Bauart mit etwa 80 dB die Lärmbelästigung von starkem Straßenverkehr.

Im großen Stil wird umweltverträgliche Stromerzeugung mit neuen Techniken häufig weit abseits der großen Wohn- und Industriezentern vor sich gehen. So zum Beispiel sind große alternative Stromerzeugungsanlagen wie etwa Offshore-Windparks in der Nordsee, oder in noch größeren Dimensionen die Mega-Wasserkraftwerke in China meist sehr weit von den großen Verbrauchszentren in den Industriezentren im Binnenland entfernt. Die Übertragung großer Strommengen in einem "Super Grid" über weite Distanzen stellt daher ebenfalls neue Herausforderungen. Hier rechnet sich die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) mit der sich große Strommengen fast verlustfrei über große Entfernungen transportieren lassen. Leitungen für die HGÜ benötigen nur etwa halb so viel Platz als konventionelle Hochspannungs-Freileitungen. Es entstehen 80 % weniger Übertragungsverluste, die effiziente Nutzung der Energie verursacht auch entsprechend weniger CO2-Emissionen. Seit Ende 2009 stellt in China eine 1.500 Kilometer lange 800 kV-HGÜ ihre Wirtschaftlichkeit unter Beweis. Siemens gehört bei HGÜ zu den stärksten Marktteilnehmern.

Beachtliche Dimensionen
Wie bereits erwähnt, gehören geräuscharme Transformatoren zu den Entwicklungsschwerpunkten des Trafowerkes in Weiz. Eine Reihe von derartigen Flüstertrafos bewährt sich bereits im tagtäglichen Praxiseinsatz. Trotz beachtlicher Erfolge auf diesem Gebiet wird im Interesse von Anwohnern in der Nähe von Trafostationen und um umweltsensitive Umgebungen zu schonen, die Entwicklung stetig vorangetrieben. Mit der ständigen Weiterentwicklung von Berechnungsmodellen und der Forschung an geräuscharmen Werkstoffen wird das Ziel verfolgt, die Geräuschentwicklung bereits an der Quelle tief zu halten. Eng damit zusammen hängt auch das Bestreben, die Leistungsverluste zu vermindern, die unter anderem durch das elektromagnetische Feld im Inneren des Transformators verursacht werden.

Die Siemens Transformers Werke in Weiz und Linz bauen auch Trafos mit alternativen Isolierflüssigkeiten. Die Ester, die als alternativen Isolierflüssigkeiten eingesetzt werden, sind feuerbeständig, umweltverträglicher als mineralische Isolierflüssigkeiten, biologisch abbaubar und können die Lebensdauer der Trafos verlängern. Da alternative Isolierflüssigkeiten etwa fünf Mal teurer sind als herkömmliches Mineralöl, entwickelte das Unternehmen eine flüssigkeitssparende Konstruktion des Transformators.

Das Werk in Weiz punktet auf dem Markt mit einer Reihe von Trümpfen. Unter anderem mit Leistungstrafos bis 1.300 MVA/765 kV, Phasenschiebertrafos bis 1.200 MVA/765 kV, Kompensationsdrosselspulen bis 180 MVAr/765 kV, Verteiltrafos bis 6.300 kVA/36 kV, sowie Zustandsüberwachungs- und Optimierungssystemen. In diesem Werk werden auch immer wieder Einheiten mit beachtlichen Dimensionen gebaut. So etwa erbringen seine zwei bisher leistungsstärksten Phasenschiebertransformatoren 1200 MVA/400 kV. Die größten Drosselspulen wurden einphasig für 133 MVAr/765 kV ausgelegt und haben eine Bankleistung von 400 MVAr. Die bis dato größten hier gebauten Einheiten sind sechs 667 MVA 765/400 kV Spartransformatoren mit einer Dreiphasen Bankleistung von 2000 MVA.

Um den Anforderungen derartiger Dimensionen gerecht zu werden, wird laufend in neue Anlagen investiert. Zum Beispiel in den Ausbau der bestehenden Großtrafoproduktionskapazität auf 40.000 MVA jährlich. Mit dem Ausbau des Hochspannungsprüffeldes wurde im Weizer Werk ein Flaschenhals beseitigt. Im Jahr 2010 wurde außerdem ein neues, besonders leistungsfähiges Kernschneidezentrum hochgefahren.

Komplexe Anforderungen
Zum Produktportfolio des Transformatorenwerks in Linz gehören ölisolierte Transformatoren mit Leistungen von 2,5 MVA bis 300 MVA und bis zu Nennspannungen von 400 kV. Transformatoren aus diesem Werk bewähren sich unter anderem in Offshore-Windparks wie etwa dem weltgrößten Windpark Horns Rev II vor der dänischen Küste, in dem seit 2008 ein 220 MVA/165 kV-Trafo für die richtige Spannung sorgt. Weitere zwei Transformatoren arbeiten seit 2010 im Offshore-Windpark Galloper in der Nordsee. Zum Produktionsspektrum des Werkes gehören aber auch Transformatoren mit alternativen Isolierflüssigkeiten sowie Erdschluß-Löschspulen und Erdungstransformatoren. Das Werk ist Konzern-Kompetenzzentrum für die Entwicklung von Transformatoren, bei denen als Isolierflüssigkeiten synthetische Ester statt Mineralölen eingesetzt werden. Ziel dieser Entwicklungen ist die Schonung der Umwelt. Die hier entwickelten Transformatoren eignen sich für Einsätze, bei denen hohe Sicherheits- und Umweltschutzanforderungen gestellt werden. Das Werk in Linz verfügt bereits über ein großes Know-how auf diesem Gebiet, zum Beispiel mit dem synthetisch optimierten organischen Ester des Typs Midel, das biologisch abbaubar und hoch feuerbeständig ist. Das Werk baute bereits im Jahr 2005 für einen schwedischen Kunden den ersten 230-kV-Transformator mit Midel als Isolierflüssigkeit.

Bemerkenswert sind im Zusammenhang mit der Problematik von Gleichstrom in Leistungstransformatoren auch die Innovationen des Linzer Transformatorenwerks im Bereich Gleichstromkompensation. Gleichstrom in Versorgungsnetzen kann aus verschiedenen Quellen stammen, zum Beispiel aus Veränderungen im Erdmagnetfeld, durch Leistungselektronik im Netz, durch Hochspannungs-Gleichstromübertragungen (HGÜ), aber auch durch gleichstrombetriebene Verkehrsmittel und Verlagerung der Sternpunktspannung. Diese geringen Gleichströme erhöhen durch Verschiebung des magnetischen Arbeitspunktes den Geräuschpegel von Leistungstransformatoren markant. Bereits 0,3 Ampere Gleichstrom verursachen ein Geräusch von mehr als neun Dezibel. Weitgehende Abhilfe schufen die Entwicklern in Linz Anfang 2010: Es gelang ihnen, durch Gleichstromkompensation die von außen eingebrachte Gleichstromkomponente auszuregeln und damit die hohe Geräuschemission auf den Ausgangswert zu reduzieren. Damit werden die Transformatoren unempfindlich gegenüber Gleichstrom, es gibt keine Rückwirkungen auf das Netz.