Come la carenza di trasformatori minaccia la rete

ROANOKE, Virginia — Un trasformatore di rete ad alta tensione grande quanto un vagone ferroviario si trova sulla banchina di carico di una fabbrica qui, pronto a spingere l'energia attraverso le linee di trasmissione come parte indispensabile della rete elettrica nazionale.

La Virginia Transformer Corp. spedirà 550 di questi trasformatori quest'anno e prevede di produrne 665 l'anno prossimo dal suo stabilimento qui e da altri tre stabilimenti nordamericani. Ma è una delle sole otto aziende negli Stati Uniti in grado di produrre i più grandi trasformatori della nazione – e le consegne sono molto in ritardo rispetto al programma a causa della pandemia di Covid-19.

In effetti, gli Stati Uniti stanno attraversando una fase di carenza di una vasta gamma di trasformatori, dalle unità più piccole installate su palo sulle strade cittadine alle enormi unità di Virginia Transformer, per ragioni che variano a seconda dell'apparecchiatura. Ciò significa che i servizi di pubblica utilità potrebbero avere difficoltà ad aggiungere abbastanza nuova generazione eolica e solare per raggiungere gli obiettivi di zero emissioni nette del Paese e per mantenere le luci accese quando le tempeste danneggiano le loro scorte esaurite di trasformatori.

Mercoledì, l’energia pubblica e i servizi cooperativi hanno inviato una lettera al segretario all’Energia Jennifer Granholm sottolineando la crisi e chiedendo al Dipartimento dell’Energia di utilizzare i finanziamenti della nuova legge sul clima per aumentare la produzione statunitense di trasformatori più piccoli. Gli ordini per i trasformatori di distribuzione, hanno detto, ora impiegano in media un anno o più per arrivare.

"Se non agiamo oggi, rischiamo di non riuscire a riprenderci da una tempesta domani", hanno scritto i leader dell'American Public Power Association e della National Rural Electric Cooperative Association. "A lungo termine, ciò potrebbe significare non essere in grado di raggiungere gli obiettivi di elettrificazione previsti dall'amministrazione Biden. Nel frattempo, l'arretrato per i trasformatori di distribuzione continua a crescere."

Il DOE non ha risposto a una richiesta di commento mercoledì.

Il problema è in crescita da anni, con le agenzie federali che lanciano l’allarme sia sotto le amministrazioni Trump che Biden. Un rapporto del Dipartimento del Commercio del 2020 preoccupava la dipendenza dalle importazioni degli Stati Uniti, mentre il rapporto del DOE di quest’anno sottolineava la necessità che i trasformatori costruissero una rete a zero emissioni di carbonio.

Il rapporto del DOE conclude che l’offerta di nuovi trasformatori deve moltiplicarsi in modo drammatico se si vuole che la rete nazionale si riempia di nuova generazione eolica e solare e di ricarica di veicoli elettrici. DOE e Commercio hanno anche avvertito che la fornitura di trasformatori è una questione di sicurezza nazionale, anche senza la pressione aggiuntiva di una transizione verso l’energia pulita.

La maggior parte dei trasformatori attualmente in funzione negli Stati Uniti sono vicini o hanno superato la durata di vita prevista; le tempeste estreme stanno colpendo più duramente le infrastrutture di rete, esaurendo le riserve dei trasformatori; e la pandemia di Covid-19 ha interrotto le linee di fornitura di componenti, raddoppiando in alcuni casi i tempi di consegna (Energywire, 22 agosto).

Sincronizzati per funzionare insieme su reti multistato, i grandi trasformatori gestiscono una potenza fino a 765 kilovolt – o 750.000 volt – proveniente da centrali elettriche a combustibili fossili e parchi solari ed eolici. Alla fine della linea, i trasformatori riducono la potenza in uscita fino a raggiungere lo standard di 240 volt per una consegna sicura alle famiglie.

Le utility nordamericane hanno acquistato 1.300 trasformatori nel 2020, secondo un’analisi di Global Market Insights citata nel rapporto DOE. La domanda stimata nel 2027 sarà più del doppio di tale importo.

Si prevede che la domanda per i grandi trasformatori di potenza da 4 milioni di dollari salirà da 700 nel 2019 a 900 nel 2027, ha riferito il DOE.

Quasi due secoli fa, lo scienziato britannico Michael Faraday dimostrò le capacità uniche di un trasformatore avvolgendo anelli di fili isolati attorno a una barra di ferro, quindi avvolgendo un secondo filo isolato sopra il primo.

Questa tecnica di base rimane ancora oggi il principio di funzionamento dei trasformatori.

Una corrente alternata (AC) inviata attraverso il primo filo avvia una corrente nel secondo filo, grazie alla forza dell'elettromagnetismo. La tensione nel secondo filo aumenta se viene avvolto più volte attorno alla barra di ferro rispetto al primo filo. Raddoppiando l'avvolgimento la tensione raddoppia.