Die vier kritischen Engpässe in der Versorgungskette für Transformatoren

Vor zwei Wochen habe ich das zentrale Problem unserer Energiewende umrissen: einen noch nie dagewesenen, sich verschärfenden Mangel an Transformatoren. Dabei handelt es sich nicht um ein einfaches Problem von Angebot und Nachfrage, sondern um eine strukturelle Krise, die ihre Wurzeln in vier hoch konzentrierten Engpässen hat, die die weltweite Produktion - mit Ausnahme von China - drosseln. Um das Ausmaß des Drucks zu verdeutlichen, haben die Versorgungsunternehmen seit 2021 eine Verdoppelung der Vorlaufzeiten, eine Streckung und einen Preisanstieg um das Zweifache erlebt.

1) Kornorientiertes Elektroband (GOES): Das Single-Supplier-Syndrom

Warum das wichtig ist. GOES ist das technische Herz der meisten Verteilungs- und vieler Leistungstransformatoren; seine magnetischen Eigenschaften bestimmen die Kernverluste und die Effizienz. Ohne sie kommt die Produktion zum Erliegen. Die endgültige Norm des DOE vom April 2024 wurde gegenüber dem Vorschlag von 2023 überarbeitet und erlaubt es ~75 % der Verteiltransformatoren, weiterhin GOES zu verwenden (wobei ~25 % amorphes Metall verwenden), was dazu beiträgt, einen akuten kurzfristigen Schock abzuwenden.

Das Problem. Die USA bleiben ungewöhnlich exponiert: Cleveland-Cliffs/AK Steel ist der einzige einheimische GOES-Hersteller, so dass jede Störung die OEMs zwingt, auf ausländische Werke oder halbfertige Kerne zurückzugreifen.

Die Aussichten. Stahlanlagen brauchen Zeit, um in Betrieb genommen und qualifiziert zu werden; selbst mit Investitionen in einheimische Werke und nachgelagerte Anlagen wird der nordamerikanische GOES-Engpass wahrscheinlich bis 2026-2027 bestehen bleiben, bevor er sich entspannt. (Die endgültige Regelung des DOE hat die Einhaltung der Vorschriften auf fünf Jahre ausgedehnt (ein weiteres Druckventil).

2) Dämmstoffe: Der stille, konzentrierte Engpass

Warum das wichtig ist. Das Isoliersystem aus Zellulose-Pressspan/Papier und Aramiden bildet das dielektrische Gerüst, das Ausfälle verhindert und letztlich die Lebensdauer von Transformatoren bestimmt. Verankerung stat: Die Qualifizierung nach UL 1446 für die thermische Alterung dauert in der Regel 12 bis 18 Monate, bevor eine vollständige Zulassung durch die Versorgungsunternehmen/OEM erfolgt, was die Aufnahme neuer Lieferanten verzögert, selbst wenn Kapazitäten vorhanden sind.

Das Problem. Einige wenige Global Player beherrschen wichtige Nischen, z. B. Weidmann (Zellulosekomponenten/Pressspan) und DuPont Nomex® (Aramidpapiere), und die Produktion ist kapital- und qualitätsintensiv. Die Qualifizierung nach UL 1446 und IEC 61857 ist der eigentliche Geschwindigkeitsbegrenzer.

Die Aussichten. Neue Anlagen werden in Betrieb genommen (z. B. die Pressspan-Erweiterung von Hitachi Energy in Mysuru), aber da die Qualifizierungs- und Kundengenehmigungszyklen langsam und risikoscheu sind, bleibt die Isolierung für ~18-24 Monate ein nicht trivialer Engpass.

3) Kupfer: The Macro Constraint Underneath It All

Warum das wichtig ist. Kupfer ist das Standard-Metall für die Wicklung und wird in den Stücklisten für den Netzaufbau verwendet. Ankerstatistik: China produzierte 2019 ~50 % der weltweiten Kupferhüttenproduktion, was die Konzentration in der Mitte des Stroms unterstreicht, die auch heute noch anhält.

Das Problem. Die IEA warnt vor einem potenziellen Kupferversorgungsdefizit von ~30 % bis 2035, wenn keine größeren Investitionen in neue Minen, Hütten und Recyclinganlagen getätigt werden, und zwar genau zu dem Zeitpunkt, zu dem neue Verbraucher (z. B. KI-Rechenzentren) entstehen. Jüngste BNEF-Analysen deuten darauf hin, dass allein Rechenzentren in diesem Jahrzehnt einen durchschnittlichen Kupferbedarf von ~400 kt/Jahr haben könnten, der im Jahr 2028 einen Spitzenwert von ~572 kt erreichen könnte, was für die Märkte für Transformatoren, Drähte und Kabel von Bedeutung ist.

Die Politik wird das Problem nicht von selbst lösen. Die US-Zölle nach Section 232 in Höhe von 50 % auf halbfertige und kupferintensive Derivateimporte (wirksam ab 1. August 2025) haben die Preis-/Stromdynamik verändert, sind jedoch von Erzen, Konzentraten und Kathoden/Anoden ausgenommen, so dass sie allein keine westlichen Verhüttungskapazitäten schaffen werden.

Die Aussichten. Erwarten Sie eine strukturelle Verknappung in den späten 2020er und bis in die 2030er Jahre, wenn der Bau von Minen und Hütten nicht beschleunigt wird und der Recycling-Durchsatz nicht steigt, was lange Projektvorlaufzeiten mit sich bringt.

4) Stufenschalter: Ein Oligopol in einer kritischen Komponente

Warum das wichtig ist. OLTCs regulieren die Spannung unter Last, was für die Netzstabilität angesichts der Zunahme von variablen erneuerbaren Energien und Rechenzentrumslasten von entscheidender Bedeutung ist. Ein wichtiger Hinweis: Felddaten weisen darauf hin, dass ~27 % der Transformatorausfälle auf OLTC-Ausfälle zurückzuführen sind, was ihre Kritikalität und die Bedeutung für die Qualität/Verfügbarkeit verdeutlicht.

Strom vs. Verteilung, wo werden OLTCs tatsächlich eingesetzt?

• Transformatoren der Leistungsklasse (Übertragung/Unterübertragung): OLTCs sind Standard und oft unverzichtbar, um die Sollwerte unter dynamischen Bedingungen aufrechtzuerhalten.
• Transformatoren der Verteilerklasse: Die meisten sind mit DETCs (stromlosen Stufenschaltern) gebaut, typischerweise mit einem Bereich von ±2 × 2,5 % (±5 %), die bei der Installation eingestellt und selten bewegt werden. OLTCs kommen nur in bestimmten steuerbaren MV-Verteilerkonstruktionen (z.B. Gießharzeinheiten) oder in Spannungsreglern vor, nicht als Standard.

Das Problem. Der OLTC-Markt ist stark konzentriert, vor allem auf die Maschinenfabrik Reinhausen (MR) und Hitachi Energy, wobei auch Huaming eine wichtige Rolle spielt, so dass Versorgungsunternehmen/OEMs auf kurze Listen qualifizierter Anbieter mit strengen Zuverlässigkeits-/QC-Anforderungen angewiesen sind. (Die Normen IEC/IEEE 60214 und IEEE C57.131-2024 verschärfen die anspruchsvollen Leistungs- und Testanforderungen.)

Die Aussichten. Die Kapazitätserweiterungen sind im Gange, aber die Hochläufe sind gestaffelt, so dass sich die Vorlaufzeit bis ~2027 eher allmählich als abrupt verkürzen wird.

Das Fazit

Die Transformatorenkrise spiegelt ein breiteres Energiesystem wider, das aus seiner grundlegenden Hardware herauswächst. Eine Handvoll Anbieter und Länder haben an vier Engpässen das Sagen: GOES, Isolierung, Kupferraffination/-schmelze und OLTCs, die zusammen die Leistung drosseln. Das Lösungspaket ist vielschichtig: gezielte Investitionen (Stahl, Komponenten, Schmelzen), schnellere Genehmigungen und Standards/Qualifizierung, standardisierte Designs, die das Lieferrisiko verringern, und eine intelligentere Nutzung von Überholungen/Re-Ratings und Zustandsüberwachung, um die installierten Anlagen zu strecken.

Was zu beachten ist (2026-2028), mit der Quant-Linse

• GOES: Einhaltung der DOE-Vorschriften (5 Jahre) und Abbau von Engpässen in der NA/EU; Beibehaltung der Wachsamkeit gegenüber dem Risiko eines einzelnen Herstellers in den USA
• Dämmung: Nachweise, dass neue UL/IEC-qualifizierte Pressspan/Aramid-Anlagen in großem Umfang ausgeliefert werden (z.B. Erweiterung in Mysuru).
• Kupfer: Umsetzungsdetails und Ausnahmeregelungen im Rahmen des 50 %-Zolls nach Abschnitt 232; Beobachtung von Raffinerie-/Hütten-FIDs in Nord- und Südamerika; Benchmarking anhand des IEA-Knappheitspfads 2035.
• OLTCs: Kapazitätserweiterungen der Anbieter im Vergleich zu den Rückständen; Einführung von Zustandsüberwachung, um den Anteil der Ausfälle von ~27 % zu reduzieren.