Svet se oslanja na jedan potcenjeni uređaj, a kvar na Heathrowu je dokaz za to

Eksplozija, vatrena stihija i onda - mrak. Heathrow troši energije koliko i mali grad, a kada je prošlog petka zbog velikog požara na trafostanici nestalo struje, svet se podsetio koliko je energetska infrastruktura krhka. U središtu haosa goreo je električni transformator.

Transformator malo ko vidi kao ključ današnjeg tehnološki isprepletanog sveta, a još manje kao temelj elektrifikovane budućnosti. A reč je o uređaju bez kojeg gotovo ništa ne može da funkcioniše - i koji se u današnje vreme sve teže nabavlja. Zamena izgorelog transformatora na Heathrowu, kao i mnogih drugih koje unište oluje, požari i poplave na sve nestabilnijoj planeti, ne događa se preko noći.

Zapanjujući kolaps Heathrowa, u kojem je otkazano više od hiljadu letova zbog samo jedne tačke kvara, još je jedno poglavlje u globalnoj priči. Bez transformatora, projekti svih vrsta stoje, a posledice se lančano šire. U Evropi, nestašica usporava širenje jeftinih obnovljivih izvora baš kad su visoke cene električne energije pogodile domaćinstva i firme.

U SAD, nedostatak transformatora otežava oporavak nakon ekstremnih vremenskih nepogoda. U industrijskom pojasu istočnog Tenesija, pogođenom uraganom Helene prošle godine, firme su tek nakon sedam meseci ponovno imale pristup punoj količini električne energije.

Na drugom kraju države, transformatori zadaju glavobolje tehnološkim firmama kojima su potrebni novi, energetski zahtevni data centri za veštačku inteligenciju. Zbog velikog kompleksa koji Muskova firma xAI gradi u Memfisu, lokalni distributer električne energije je prisiljen da traži višak transformatora od drugih operatora kako bi izbegao kašnjenja.

Požar na Heathrowu zaustavio rad aerodroma  | Bloomberg

Čak i projekti bez puno tehnologije mogu da zapnu, ako nedostaje ovaj komad opreme, star više od jednog veka. U Hjustonu je gradnja 16 stanova na dva sprata za mlade koji izlaze iz hraniteljskog sistema - zamišljenih kao mesto gde će učiti da žive samostalno - kasnila godinu i po dana. Razlog? Nedostajao je transformator.

"Ne možeš graditi na generator", kaže Carole Brady, izvršna direktorka neprofitne organizacije HomeAid Houston. "Zbog toga je kasnila pomoć mladima koji su zaista bili u nevolji."

Pandemija kovida 19 je poremetila mnoge lance snabdevanja, ali se većina njih oporavila. Snabdevanje transformatorima je počelo da puca i pre toga i stanje se otad samo pogoršalo. Umesto nekoliko meseci do godinu dana, sada se na isporuku velikog transformatora čeka tri do pet godina.

Među 47 ključnih komponenti potrebnih za gradnju elektroenergetske infrastrukture, transformatori su od 2018. poskupeli najviše - cena im se gotovo udvostručila, pokazuju podaci JPMorgan Asset Managementa.

"Stalno pokušavamo da rešimo jednačinu s jednom nepoznatom", kaže Kevin Doddridge, izvršni direktor Northcentral Electric Cooperativea iz Misisipija. Upravo je njegova firma uskočila drugom distributeru u pomoć kako bi mogao da se spoji data centar xAI - rezervne transformatore su kamionima prevezli 100 kilometara južno.

Transformatori menjaju napon i čine električnu energiju sigurnom za korišćenje. Veličinom variraju od kante za smeće do kontejnera, a nalaze se gotovo svuda, pa i u delovima sveta gde pristup struji nije dovoljno razvijen. Većina ljudi ih ni ne primećuje, ali kada je reč o funkcionisanju elektroenergetske mreže, ovi neugledni metalni sanduci sa keramičkim izbočinama važni su koliko i električne instalacije.

Usko grlo u snabdevanju transformatorima predstavlja ozbiljnu pretnju - ne samo za održavanje postojeće infrastrukture, od aerodroma do domova, nego i za razvoj tehnologija koje tek dolaze, poput veštačke inteligencije, u onome što Međunarodna agencija za energiju naziva "dobom električne energije". Ipak, najveći je problem što to usporava prekopotrebnu tranziciju prema čistim izvorima energije - najboljem rešenju za rastuće globalne temperature.

Lani je prosečna globalna temperatura prvi put premašila 1,5 °C u odnosu na predindustrijski period - ključni prag iz Pariskog sporazuma iz 2015. godine. Elektrifikacija je jedno od najefikasnijih oružja u borbi protiv klimatskih promena i ključna za sprečavanje zagrevanja planete iznad 2 °C, što je gornja granica dogovorena Pariskim sporazumom. Električni uređaji su efikasniji od onih koji troše fosilna goriva, a većina novih elektrana koje se danas grade u svetu ne emituje ugljenik.

U Severnoj Americi i Evropi, gde je potrošnja električne energije decenijama stagnirala ili padala, sada iznova raste. Razlog je sve veća potražnja za AI-jem, kao i rast prodaje električnih automobila, toplotnih pumpi i klima uređaja. Međutim, lanci snabdevanja u tim regijama godinama su bili usmereni na stabilno poslovanje i rutinsku zamenu opreme. Prvi put nakon dugo vremena, lanci snabdevanja se moraju prilagoditi razvoju, a elektroprivrede se moraju pripremiti za rast, što otvara nova ograničenja koja se ne mogu brzo rešiti. Globalna potražnja za električnom energijom raste tolikom brzinom da su čak i u Indiji, gde je proizvodnja struje u ovom veku rasla za 10 odsto godišnje, rokovi isporuke transformatora u poslednjih godinu dana udvostručeni.

 

Potražnja za velikim transformatorima u SAD

SAD će i dalje u velikoj meri zavisiti od uvoza, čak i dok se domaći kapaciteti proizvodnje povećavaju. Transformatori nisu poput solarnih panela ili pametnih telefona. Često ih treba dizajnirati prema vrlo uskim specifikacijama, tačno prema mestu na mreži gde će biti postavljeni. Jedno istraživanje pokazalo je da samo u SAD postoji čak 80.000 različitih vrsta manjih transformatora - verovatno više nego što je ikad proizvedeno različitih modela automobila.

Dodatne probleme donose carine koje je uveo američki predsednik Donald Trump. SAD godišnje uvozi više od 80 odsto velikih energetskih transformatora, uglavnom iz Kanade i Meksika. Carine na određene metale i pretnje novim - stvaraju nesigurnost baš u trenutku kada proizvođačima treba stabilan lanac snabdevanja, kako bi ulagali u proizvodnju.

Popis problema u ovom sektoru je dug, a jednostavnih rešenja nema - zbog čega jaz između ponude i potražnje neće uskoro nestati. "Ovo će biti dugotrajna borba", kaže Benjamin Boucher, viši analitičar u konsultantskoj kući Wood Mackenzie. "To nije nešto što ćemo rešiti u narednih pet godina".

Kako smo onda došli do toga da jedan jedini uređaj može da blokira industrije vredne bilione dolara. Odgovor se krije u istorijskom trenutku koji je zapečatio zavisnost sveta od transformatora.

Krajem 19. veka, kada je električna energija tek počela komercijalno da se koristi, dvojica preduzetnika su vodila žestoku bitku za kontrolu nad njenom budućnošću - u onome što je ostalo poznato kao "rat struja". Thomas Edison zagovarao je jednosmernu struju, dok je George Westinghouse, izumitelj i industrijalac, bio uveren da će se naizmenična struja pokazati praktičnijom.

Zahvaljujući kombinaciji karaktera, finansija i tehničkih prednosti, Westinghouse je na kraju pobedio - i svet je većinom prešao na sistem proizvodnje naizmenične struje i prenosa električne energije. A da bi taj sistem funkcionisao, nužni su transformatori.

Transformatori deluju poput regulatora za elektrone - menjaju napon naizmenične struje, kako bi omogućili prenos električne energije na velike udaljenosti i osigurali stabilnost sistema.

Ako ste ikad pogledali sitna slova na punjaču za mobilni telefon, tamo su obično navedene dve vrednosti: napon (voltage) i struja (current). Napon možete zamisliti kao visinu vodopada - što je viši, to voda (odnosno elektroni) jače udara. Struja je poput količine vode koja teče - što je veći protok, to je veći prenos energije. Transformator se nalazi između dve naizmenične instalacije i zavisno od potreba mreže - povećava ili smanjuje napon. Ako napon nije dobro podešen, lako može doći do preopterećenja uređaja ili čak do nestanka struje.

Bez transformatora nema struje, a njihova nestašica sve češće blokira projekte | Bloomberg

Međutim, upravljanje naponom važno je i za efikasni prenos energije. Sa današnjom tehnologijom, više od 10 odsto električne energije se izgubi, dok putuje od elektrane do potrošača. Bez transformatora koji regulišu napon, taj gubitak bi već nakon nekoliko desetina kilometara mogao dosegnuti i 100 odsto, što bi električnu energiju učinilo neupotrebljivom za širu upotrebu.

Solarne i plinske elektrane obično proizvode električnu energiju pri naponu od nekoliko stotina ili hiljada volti. Taj se napon pomoću transformatora za povišenje (step-up) povećava na stotine hiljada volti, što omogućuje prenos struje na desetine ili stotine kilometara uz minimalne gubitke. Međutim, pre nego što ta električna energija može da puni vaš mobilni, mora proći kroz niz transformatora za snižavanje napona (step-down), koji dovode struju do vašeg doma na oko 100 do 200 volti.

Transformatori su potrebni na svakoj tački elektroenergetske mreže. Američko ministarstvo energetike procenjuje da u SAD postoji oko 80 miliona manjih transformatora - otprilike jedan na svake četiri osobe. Ako su toliko važni i rasprostranjeni, zašto ih onda nedostaje. Odgovor se krije u posebnim materijalima koji su potrebni za njihovu izradu, zatim u složenosti proizvodnog procesa i činjenici da su industrije koje ih kupuju i prodaju vrlo oprezne kad je reč o riziku.

Fabrika GE Vernova u Staffordshireu u Engleskoj jedna je od retkih u svetu koja širi proizvodnju transformatora. Do kraja 2026. broj zaposlenih će se povećati za 50 odsto, a proizvodnja će se udvostručiti. To je ujedno i poslednja fabrika u Ujedinjenom Kraljevstvu koja proizvodi velike energetske transformatore.

"Zadnjih decenija su talentovani studenti radije birali karijere u tehnologiji", kaže Neil Beardsmore, globalni menadžer prodaje u GE Vernova Grid Integration Solutionsu. "Ali sada se trend okreće prema energetskoj tranziciji", dodaje, i prvi put vidi ozbiljan rast u ovom sektoru. "Zato pokušavamo da ponovno učinimo našu industriju atraktivnom."

U fabrici u Stafordu proizvode se veoma veliki energetski transformatori koje koriste operatori prenosnih sistema - na primer, za dovođenje struje sa morskih vetroelektrana ili povezivanje podmorskih visokovoltažnih kablova između regija. Takvi transformatori mogu podneti velike količine energije i teže oko 300 tona.

Zbog svoje mase i kompaktnosti, transformator se mora prevoziti vozilima za vanredne terete - velikim platformama sa više od 100 točkova i kamionima s obe strane koji ga guraju i vuku istovremeno.

"Kada šaljemo jedan takav transformator, policijska pratnja nas vodi sve do luke", kaže Michael Graham, rukovodilac proizvodnje u GE Vernova. Najbliža luka, Elesmere, udaljena je oko 60 kilometara od fabrike.

Unutrašnjost transformatora (bez obzira na veličinu) uvek se sastoji od istih ključnih elemenata. Dva jezgra sa gusto namotanim bakarnim navojima montiraju se na čeličnu konstrukciju. "Tehnologija kojom danas gradimo transformatore stara je više od 100 godina", kaže Stefan Tenbohlen, profesor elektrotehnike na Univerzitetu u Štutgartu. "To nije nuklearna fizika."

Bez retkih materijala nema ni transformatora | Bloomberg

Način na koji transformatori menjaju napon temelji se na jednom od najosnovnijih zakona elektromagnetizma: promena električne struje u vodiču stvara magnetsko polje. I obrnuto - promena magnetskog polja može stvoriti električnu struju u vodiču. Transformator objedinjuje tu dvosmernost u jednom uređaju. Čelična konstrukcija pomaže u zadržavanju magnetskog polja, a u tome je još efikasnija kada se koristi takozvani orijentisani električni čelik (GOES – grain-oriented electrical steel). Međutim, njegova proizvodnja zahteva precizan i osetljiv proces, pa ga malo ko proizvodi.

Oko trećine mase transformatora čine tanke izolovane ploče GOES-a, koje se koriste za izradu jezgra. U Velikoj Britaniji ne postoji nijedna fabrika koja ga proizvodi, pa GE Vernova mora da uvozi GOES iz kontinentalne Evrope ili Japana. SAD se oslanjaju na poslednju aktivnu fabriku GOES-a u Severnoj Americi, smeštenu u Pensilvaniji i u vlasništvu firme Cleveland-Cliffs. Ali čak ni ta fabrika ne proizvodi najkvalitetniji GOES koji se danas koristi u većini velikih transformatora.

Izrada transformatora je posebno složena. "Transformator sadrži hiljade delova", kaže Eduardo Villar, rukovodilac proizvodnje u GE Vernovi. Svaki od njih mora biti proizveden prema visokim standardima i s izuzetnom pouzdanošću, jer operatorima mreže nije isplativo da drže rezervne delove za velike transformatore koje mogu jednostavno zameniti ako se pokvare.

Nakon završetka širenja kapaciteta, fabrika u Stafordu će proizvoditi 36 velikih transformatora godišnje, počevši od 2026. i snabdevati britanski National Grid i druge velike operatore mreža širom sveta. Možda se ne čini mnogo, ali razlog je što se veliki transformatori izrađuju po narudžbini. "To nije serijska proizvodnja", kaže Villar. "Ne proizvodimo boce".

Transformator se ne može uvek popraviti, a ipak, toliko je ključan za funkcionisanje mreže - poput guma na automobilu - da njegova zamena mora biti odmah dostupna. U vremenu sve učestalijih ekstremnih vremenskih pojava, to znači da operatori i energetske firme zavise od ograničenog lanca snabdevanja ako uragan uništi transformatore.

U istočnom Tenesiju, firma Erwin Utilities je uspela da zameni transformatore oštećene tokom uragana Helene. Međutim, to im je pošlo za rukom samo zato što su na vreme napravili plan. Prateći stanje na tržištu poslednjih godina, postupno su udvostručili zalihe manjih transformatora u skladištu, što im je omogućilo da brzo iznova uspostave snabdevanje, nakon nevremena. "Naravno, to veže značajna finansijska sredstva", kaže Lee Brown, direktor Erwina.

U teoriji, sve ove izazove je moguće savladati i povećati proizvodnju transformatora, s obzirom na toliku potražnju. Ali zbog ranijih ciklusa rasta i pada, mnogi se u industriji s pravom pitaju da li se isplati ponovo ulagati, odnosno hoće li povećana potražnja trajati dovoljno dugo da opravda velika ulaganja potrebna za izgradnju novih fabrika.

Vreme isporuke transformatora u SAD

Nedostatak ovog ključnog električnog uređaja usporava elektrifikaciju i povećava troškove projekata, što se posebno oseti u SAD.

Eva Gonzalez Isla, analitičarka za mreže i energetske sisteme u BloombergNEFu, objašnjava da su proizvođači transformatora početkom dvehiljaditih ulagali u širenje proizvodnih kapaciteta u očekivanju rasta potrošnje električne energije. Ali zatim je došla finansijska kriza 2008. godine, nakon koje se potražnja za strujom nije tako brzo oporavila i mnoge firme su ostale bez povrata svojih ulaganja.

Danas ti isti proizvođači ponovo beleže rast potražnje, podstaknut i gradnjom AI data centara. Ipak, i dalje nisu sigurni hoće li se taj trend zadržati, kaže Gonzalez Isla. "Niko neće otvoriti novu fabriku samo da bi je zatvorio za deset godina."

Ograničene zalihe GOES-a - specijalnog čelika koji se koristi u transformatorima - takođe predstavljaju veliku prepreku pre nego što proizvođači uopšte mogu razmisliti o gradnji nove fabrike, posebno u SAD. Moguće je koristiti i druge vrste čelika, ali zbog otpora prema promenama retko se prelazi na nove materijale.

Američko Ministarstvo energetike pokušalo je da zakonski podstakne industriju da pređe na amorfni čelik, koji bi transformatore učinio energetski efikasnijim. Ali taj predlog je naišao na snažan otpor industrije, jer bi zamena tako ključnog materijala zahtevala velika početna ulaganja u promene dizajna, proizvodnih procesa i lanaca snabdevanja. Kad su prošle godine nove regulative, ipak, donesene - tokom mandata bivšeg predsednika Joea Bidena - dozvoljeno je da se i dalje većinom koristi GOES.

Transformatori su stari više od veka, ali bez njih ni budućnost ne funkcioniše | Pixsell

Uprkos svemu, još uvek postoji dosta prostora za tehnološki napredak. Neke firme su iskoristile svoje skromne istraživačke budžete i državne potpore kako bi razvile nova rešenja. GE Vernova je, na primer, pokazala da je moguće proizvoditi fleksibilne velike transformatore, što bi moglo smanjiti broj različitih modela koji se moraju proizvoditi. Siemens Energy AG razvio je transformatore za hitne intervencije, koji mogu privremeno zameniti velike uređaje dok se ne osposobi stalna zamena. Avangrid je osmislio mobilne transformatore koji se mogu kamionima prevesti do solarnih ili vetroelektrana u roku od nekoliko meseci.

Postoje i tehnologije koje potpuno preispituju samu srž uređaja koji se u svojoj osnovi nije menjao više od stotinu godina. Tu ideju slede takozvani solid-state transformatori, koji koriste najnovije elektroničke komponente. Takav pristup omogućuje znatno manju veličinu uređaja i uklanja potrebu za posebnim dizajnom u svakoj primeni. Štaviše, solid-state transformatori mogu komunicirati s operatorima mreže, što klasični transformatori ne mogu. To bi moglo pomoći u sprečavanju kvarova poput onoga na Heathrowu. Ipak, ova tehnologija još je daleko od komercijalne upotrebe.

Upravo je snajperski napad 2013. godine upozorio američke zvaničnike na krhkost elektroenergetske mreže i ključnu ulogu transformatora. Dana 16. aprila, napadači su iz vatrenog oružja pucali na trafostanicu Metcalf kraj San Hosea u Kaliforniji. Ispaljeni meci probili su spoljašnju zaštitu i uzrokovali izlivanje ulja za hlađenje. U roku od nekoliko minuta, transformatori su počeli da se pregrejavaju - i njih 17 automatski se isključilo. Da operator nije hitno pronašao način za preusmeravanje struje, cela Silicijumska dolina bi mogla ostati bez napajanja.

Napad je izazvao pravi šok u energetskoj industriji. Tadašnji predsednik Savezne regulatorne komisije za energiju (FERC) izjavio je da se radi o "najznačajnijem slučaju domaćeg terorizma, ikada zabeleženog, a povezanog s elektroenergetskom mrežom". Počinioci nikada nisu uhvaćeni, ali su energetske firme nakon toga počele da pojačavaju sigurnost na trafostanicama, a neke su krenule i sa gomilanjem zaliha najvažnijih transformatora.

Jasno je da se još mnogo toga mora učiniti. U petak na Heathrowu, prema podacima londonske vatrogasne službe, gorelo je oko 25.000 litara ulja za hlađenje iz transformatora. Vatrogasci su više od sedam sati gasili požar, dok je aerodrom istovremeno preusmeravao sistem, kako bi iznova uspostavio napajanje iz drugih trafostanica i nastavio s radom.

Pritom, nije reč samo o sigurnosnim pretnjama - klimatske promene i ekstremne vremenske pojave donose novi nivo rizika. Pre nekoliko godina snažan tornado uništio je 400 kuća i 137 poslovnih objekata u jednom gradu u Kentakiju. Obnova se odugovlačila zbog nestašice transformatora. Bez pomoći države i bez čuda tehnologije, Marty Ivy, glavni nadzornik lokalne elektrodistribucije Mayfield Electric & Water Systems, morao je improvizovati. "Molili smo, pozajmljivali i nagovarali druge distributere iz doline Tenesija da nam ustupe transformatore", kaže.

Zbog opreznog i sporog karaktera industrije, nije pametno oslanjati se isključivo na tehnološka rešenja za rešavanje trenutnih uskih grla. Tu bi država mogla da uskoči, a priče o dvema fabrikama pokazuju kako.

Godine 2017. proizvođač električne opreme ABB zatvorio je fabriku transformatora u Sent Luisu (Mizuri), jer, kako kaže Travis Edmonds, šef lanca snabdevanja za Severnu Ameriku u Hitachi Energyju (danas vlasnik ABB-ovog transformatorskog biznisa), potražnja nije bila dovoljno stabilna. Fabrika je i dalje zatvorena.

Pixsell

Suprotna je situacija sa Hitachijevom fabrikom u Kvebeku (Kanada). Ona širi kapacitete, a Edmonds objašnjava da je razlog tome podrška kanadske vlade lokalnim elektrodistributerima. Ideja je jednostavna - država garantuje otkup transformatora, što proizvođačima daje sigurnost da se isplati ulagati u gradnju novih postrojenja. Nemačka je, nakon energetske krize izazvane ruskom invazijom na Ukrajinu, uvela slične mere.

"U nestabilnom svetu i složenom okruženju za ulaganja, mnogi jednostavno kažu: 'Narudžbina imamo dovoljno, zašto bismo pravili više'", komentariše Kristian Ruby, glavni sekretar Eurelectrica, organizacije koja okuplja firme u sektoru električne mreže.

Sa druge strane, Kina godinama sistemski gradi kapacitete za proizvodnju transformatora, kako bi zadovoljila rastuću domaću potražnju za električnom energijom, ali i potrebe izvoza. Na Zapadu su Kanada i Nemačka izuzeci. Mnoge zemlje bi htele da povećaju domaću proizvodnju transformatora, ali većina nije spremna da koristi novac poreskih obveznika za takva ulaganja. Ni analitičar Wood Mackenzieja, Benjamin Boucher, ne očekuje da će se SAD odlučiti na taj korak.

Umesto toga, Trumpove carine na čelik već su podigle cene transformatora za oko 20 odsto, kaže Boucher. Budući da se većina ugovora za nabavku transformatora veže uz cene sirovina, carine trenutno direktno utiču na kupce.

U poslednjih 20 godina nije bilo ozbiljnih ulaganja u lance snabdevanja za proizvodnju transformatora - i nestašice će verovatno postati još izraženije. "Sad nam se sve to vraća", zaključuje Boucher.