Cadenas de suministro. Problemas con los transformadores eléctricos.
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El otro día comentaba que la ruptura de las cadenas de suministro no solo se debe a la pandemia. El sistema ha alcanzado un pico en la complejidad y cuesta mantener los sistemas sin un buen mantenimiento, que requiere cadenas de suministro engrasadas, para hacer frente a la demanda en tiempo y forma.
Un ejemplo de la dificultad alcanzada lo constituye el sector de los transformadores eléctricos. La infraestructura de redes eléctricas necesita de estos transformadores y estamos comprobando que el envejecimiento de la red, pasa por una sustitución, entre otras cosas, de estos viejos transformadores.
Este largo artículo nos pone al día en los problemas de la cadena de suministro de los transformadores.
Tiempos de transformación: Actualización sobre la cadena de suministro de transformadores de EE. UU.
Los grandes transformadores eléctricos son máquinas inconvenientes. Son grandes y pesados, lo que significa que normalmente deben enviarse por mar, no por aire, que sería más rápido. Deben ser diseñados por ingenieros especialmente capacitados y ensamblados por técnicos experimentados. Requieren materiales costosos y, a menudo, raros, como cobre, específicamente acero molido, papel con alto contenido de celulosa y otros componentes difíciles de conseguir. Tienen especificaciones técnicas extremadamente exigentes, lo que limita la producción y deja fuera del mercado a nuevos productores. Deben construirse según estándares exigentes de seguridad y confiabilidad, lo que requiere pruebas exhaustivas y, a menudo, fabricación personalizada.
A pesar de lo inconvenientes que son los grandes transformadores, la red eléctrica tal como la conocemos no podría funcionar sin ellos, o incluso sin suficientes. Según la Oficina de Electricidad del Departamento de Energía, más del 90 por ciento de la electricidad que se consume en los EE. UU. pasa por un gran transformador de potencia.
Antes de que una pandemia sacudiera las cadenas de suministro globales, EE. UU. dependía en un 82 % de las importaciones para satisfacer su necesidad de grandes transformadores, según un estudio de 2020 realizado por el Departamento de Comercio. El problema cada vez más comentado de la red eléctrica de EE. UU. con el envejecimiento de los equipos también se extiende a los transformadores. La edad promedio de los grandes transformadores instalados en los EE. UU. es de aproximadamente 40 años, que se encuentra al final de su vida útil esperada. Los transformadores más antiguos tienen más probabilidades de fallar y necesitar reemplazo, pero una mirada a estas estadísticas es suficiente para mostrar que EE. UU. ya se encontraba en un lugar riesgoso antes de que las cadenas de suministro se convirtieran en un tema común en la corriente principal.
Hoy en día, las personas en la industria informan tiempos de entrega más largos para obtener el equipo necesario, incluidos los transformadores. Jim Templeton, consultor externo de POWER Engineers con más de 40 años en la industria y su propia firma de consultoría, JB Templeton Consulting LLC, dijo que una red eléctrica envejecida y los problemas continuos de la cadena de suministro se están mezclando de manera disruptiva.
“Trato con una serie de clientes diferentes en el lado de la empresa de servicios públicos y hace aproximadamente un año comenzamos a ver cómo los plazos de entrega de los fabricantes de transformadores aumentan. Antes de la pandemia, se podía pedir un transformador grande en menos de un año. Hoy eso es raro. Un fabricante relativamente grande en los EE. UU. tenía alrededor de 38 meses. Eso solía ser 38 semanas si tuviera que comparar”, dijo Templeton.
Los plazos de entrega dramáticamente prolongados para las piezas necesarias están confundiendo los planes de contingencia de emergencia de las empresas de servicios públicos.
“El peligro que veo en esto es que no sabe si en ese período de 38 meses perderá otro transformador y qué necesitará para reparar ese punto en la red. Nuestra red es, creo, bastante antigua. Hay muchos transformadores viejos en la red. Al tratar con mis clientes, están tratando de pensar en cómo respondo a una situación de emergencia”, dijo Templeton.
Scott Marshall. ingeniero principal de POWER Engineers, dijo que los distribuidores de equipos solían tener espacios de reserva para situaciones de emergencia, pero ahora no pueden encontrar transformadores usados.
“Cuando estaba con una empresa de servicios públicos, podíamos acudir a un proveedor de transformadores en caso de emergencia y obtener lo que necesitábamos en unos seis meses. Ese reemplazo rápido que solíamos conseguir, podría estar esperando un año o más. No pueden encontrar esos espacios para usted”, dijo Marshall. “Pueden instalar una unidad arriesgada solo para que fluya la energía, sabiendo que es posible que tengan que reemplazarla en uno o dos años”.
En una entrevista en video con T&D World, Templeton dijo que muchas empresas de servicios públicos obtienen sus equipos, incluidos los transformadores, de una lista de proveedores aprobados. El ajuste de ciertos suministros llevó a que las empresas de servicios públicos salieran de sus listas habituales y hicieran concesiones solo para obtener el equipo necesario.
“[Las empresas de servicios públicos que tienen problemas para encontrar equipos] ahora tienen que abrir las puertas a un conjunto mucho más grande de proveedores potenciales, con los que nunca antes habían tenido una relación solo para obtener lo que necesitan. Puede que no suene horrible, pero estas relaciones tienen un efecto positivo en la diapositiva de adquisiciones”, dijo Templeton. “Ahora la gente tiene que comprar en empresas y países con los que nunca antes habían trabajado”.
Todavía es relativamente fácil obtener un transformador de 10 MVA de un proveedor que las empresas de servicios públicos conocen y con el que están acostumbrados a tratar, pero es posible que un transformador de 1000 MVA no esté disponible de una fuente confiable, dijo Templeton.
Causas fundamentales
El Departamento de Energía está investigando las causas de esta escasez, y son complicadas y globales. Según una evaluación de la cadena de suministro de "inmersión profunda" publicada por el DOE en febrero de 2022, producida como parte de una orden ejecutiva para investigar las interrupciones de la cadena de suministro, la escasez de materias primas es la culpable de las deficiencias en la fabricación de equipos críticos de la red eléctrica como transformadores. El informe se centra en el suministro de materias primas, como metales de tierras raras para baterías de almacenamiento de energía. Sin embargo, se dedica la misma cantidad de tiempo al acero eléctrico de grano orientado (GOES), que es un componente crítico en los núcleos y laminaciones de los transformadores.
El GOES que se necesita para construir un transformador puede representar una cuarta parte del costo de producción del bien terminado. En un gran transformador que pesa unas 400 toneladas, el GOES es gran parte de ese peso.
Según un informe del Departamento de Comercio del 15 de octubre de 2020, la base de fabricación de EE. UU. para GOES está en soporte vital, con solo una empresa, AK Steel, Inc., una unidad de Cleveland Cliffs Inc., fresando GOES en dos fábricas en Ohio y Pensilvania. Estas fábricas no son rentables y el CEO ha dicho que la empresa podría cerrar las últimas plantas GOES en EE. UU., lo que dejaría al país completamente dependiente de las importaciones, según el Departamento de Comercio. La mayoría de los GOES en el mundo provienen de China (incluido Hong Kong), Japón, Francia, Alemania, India, Polonia, República Checa, Rusia, Brasil y Corea del Sur.
Además, gran parte de este suministro se utiliza internamente y no se exporta, señala el Departamento de Comercio. Esto se debe a que países como China e India están en proceso de grandes construcciones de redes eléctricas.
“Por el contrario, el mercado estadounidense es maduro y la demanda de transformadores se basa en gran medida en las actualizaciones y reemplazos de la infraestructura obsoleta, incluidos los esfuerzos para instalar redes inteligentes para aumentar la eficiencia energética. El transformador promedio en los Estados Unidos tiene 38 años, y el 70 por ciento de los transformadores estadounidenses tienen más de 25 años”, según el informe del Departamento de Comercio, “Los efectos y las importaciones de componentes de transformadores en la seguridad nacional”.
El Departamento de Comercio dijo que esta situación es una amenaza tanto para la red eléctrica a granel como para la seguridad nacional. Quizás subrayando la gravedad de la situación, muchas partes del informe están redactadas. El informe continúa identificando 16 sectores críticos de la economía que no podrían operar sin grandes transformadores, incluidas plantas de energía, hospitales, sistemas de desechos, manufactura crítica, sistemas de transporte, grandes instalaciones comerciales e instalaciones gubernamentales, incluidas bases militares.
Impacto en los servicios públicos
Michael Ho, director de servicios de soporte de Hawaiian Electric, dijo que su empresa de servicios públicos ha visto cómo los plazos de entrega aumentan de 16 semanas a 142 semanas para los transformadores monofásicos tipo pedestal. Solo en los últimos meses, los plazos de entrega se han más que duplicado.
“Hemos podido confiar en nuestros niveles de inventario actuales para cubrir la demanda a corto plazo hasta el momento, y hasta el momento no hemos tenido impactos significativos ni retrasos en los proyectos.
Sin embargo, aunque tenemos un flujo constante de pedidos con los fabricantes de transformadores para reponer nuestro inventario, existe una preocupación creciente de que podamos agotar nuestro stock si la demanda es mayor que la pronosticada o si los plazos de entrega continúan aumentando”, dijo Ho. “Sin suficientes transformadores en el inventario, no podremos cubrir todos los transformadores que se necesitan para proyectos como instalaciones de nuevos clientes, actualizaciones, mantenimiento y reemplazos de emergencia”.
Ho dijo que Hawaiian Electric y otras empresas de servicios públicos están instando a los desarrolladores y contratistas a planificar cuidadosamente para minimizar el impacto en los usuarios finales, comunicando sus planes y necesidades de equipos a las empresas de servicios públicos con la mayor anticipación posible para permitir tiempos de pedido más prolongados.
“Los proyectos que requieren transformadores no estándar que no se usan con frecuencia tienen un mayor riesgo potencial ya que se mantiene un inventario limitado para este tipo de transformadores y habrá un retraso significativo en el pedido y la recepción de nuevos transformadores”, dijo Ho.
Los precios, junto con los plazos de entrega, se están disparando, así como los materiales y los costos de flete están aumentando.
“También hemos tenido que dedicar mucho más tiempo y dinero a gestionar la situación, incluida la comunicación y la planificación adicionales. También existe la posibilidad de retrasos en los ingresos de los nuevos servicios si los proyectos de los clientes se retrasan”, dijo Ho. “Estamos trabajando más de cerca y teniendo reuniones más frecuentes con nuestros distribuidores para obtener información actualizada sobre la producción y entrega de nuestros pedidos. También tuvimos que comunicarnos con fabricantes y distribuidores adicionales a medida que buscamos fuentes adicionales de suministro para nuestros materiales”.
Ho dijo que su empresa de servicios públicos está analizando la reparación o restauración de transformadores usados como una forma de aumentar los niveles de inventario y evitar los largos plazos de entrega.
“También tendremos que buscar todas las alternativas para utilizar otros transformadores sustitutos (por ejemplo, kva más altos) que puedan estar disponibles o rediseñar el sistema de manera temporal o permanente”, dijo Ho.
Reconstruir mejor
Scott Marshall dijo que esta podría no ser una opción deseable para muchas empresas de servicios públicos, ya que la reparación y la restauración pueden ser costosas.
“Hace tiempo que no tengo uno renovado y siempre me resisto a hacerlo”, dijo Marshall. “Si se trata de una unidad más antigua, digamos de 30 años, para restaurarla realmente, se gasta mucho dinero en ella. A veces hasta un 80% como nuevo”.
Los componentes del transformador, como los manómetros, los bujes y los cambiadores de tomas bajas, deben reemplazarse cuando una unidad envejece demasiado. Además de esto, es posible que muchas instalaciones de renovación no tengan las sólidas capacidades de prueba que alguna vez tuvieron, lo que puede conducir a más pérdidas de núcleo y menos eficiencia.
Jim Templeton dijo que durante el tiempo que estuvo a cargo de una gran planta de fabricación de transformadores en los EE. UU., la industria de reacondicionamiento estaba más desarrollada que en la actualidad.
“Scott dijo que enviar una unidad a un lugar como ese cuesta el 80 % de lo nuevo, y promediamos alrededor del 75 % del precio nuevo. Pero nuestra ventaja era el tiempo de entrega. Podríamos cambiarlo más rápido de lo que los chicos del OEM podrían hacerlo”, dijo Templeton.
2022 sería un mercado ideal para un reformador. Sin embargo, en la década de 2000, se volvió más barato comprar nuevos transformadores grandes y muchos remanufacturadores cerraron cuando los transformadores se convirtieron en "artículos desechables", dijo Templeton.
Esto toca otro impulsor de la escasez de transformadores en América del Norte. Además de la falta de materiales, hay una falta de capacidad de fabricación y de mano de obra de ingeniería capacitada para llevar la producción a donde debe estar.
“A menudo me preguntan dónde puedo ir para conseguir un ingeniero”, dijo Templeton. “Mi respuesta generalmente era Ucrania, a la que no es fácil entrar ahora. India también tiene universidades con esos programas porque tienen industrias de transformadores y querían tener trabajadores para ir a esas fábricas. La razón por la que las escuelas de EE. UU. no están enseñando estos programas es porque los trabajos de fabricación se fueron”.
Marshall dijo que los fabricantes le informaron sobre la escasez de mano de obra calificada.
“Están teniendo muchos problemas para encontrar técnicos. Cuando llegó el covid, el ambiente de la fábrica se volvió más peligroso, por lo que se fueron personas que no querían trabajar en ese ambiente riesgoso. Mientras intentaban que la gente volviera, puede tomar al menos un año entrenar a la gente”, dijo Marshall.
Las empresas a menudo ejecutan muchos programas de capacitación, pero a veces no pueden recuperar su inversión cuando las personas se mudan de empresa después de recibir su capacitación, dijo Marshall. También es un desafío lograr que los trabajadores más jóvenes se trasladen a donde se necesitan para hacer el trabajo.
“Es posible que la fuerza laboral más joven, dicen, no quiera pagar sus cuotas”, dijo Marshall. “En algunos lugares, el costo de vida es tan alto que también dificulta encontrar mano de obra calificada”.
Problemas de fabricación
La pandemia prolongada, la cadena de suministro y las preocupaciones logísticas interrumpieron la fabricación de transformadores en 2020 y 2021, dijo Bill Miller, vicepresidente sénior de marketing y ventas de Hitachi Energy's North American Transformer Business.
“Esta situación no ha mejorado en 2022: los plazos de entrega siguen siendo largos y los clientes continúan realizando pedidos anticipados para responder a estos plazos de entrega más largos. La situación en realidad ha empeorado desde el comienzo del año”, dijo Miller.
Miller dijo que la culpa es de una confluencia de problemas, incluidas las restricciones regionales sobre el acero del núcleo y los materiales conductores; crecientes gastos de transporte, así como retrasos en puertos y ferrocarriles; y los costos arancelarios adicionales que se aplican a los bienes importados de países extranjeros.
“La escasez de mano de obra y las dificultades del comercio mundial juegan un papel importante. El déficit principal es simplemente la falta de inversión general en los EE. UU. (por parte de la industria, en términos generales) para expandir las capacidades de fabricación de los materiales básicos (acero) necesarios para producir transformadores”, dijo Miller en un correo electrónico a T&D World.
Alrededor del 75% del costo de fabricar un transformador está vinculado directamente a un producto básico cuyo precio está sujeto a restricciones y cambios bruscos en el costo: acero especializado, cobre y petróleo. Todos estos han ido subiendo de precio.
Miller dijo que los grandes actores en el sector de los transformadores, como Hitachi, podrán mitigar algunos de los efectos a través de economías de escala y aprovechando la capacidad de las instalaciones de otras partes del mundo.
“En el lado del transformador de distribución, las empresas de servicios públicos deben colaborar para estandarizar sus requisitos y reducir la variación en los diseños. Diseños más consistentes permitirían cadenas de suministro simplificadas y más eficientes”, dijo Miller, sugiriendo una posible solución.
En abril de 2022, la administración Biden introdujo programas como parte de la Ley de Inversión en Infraestructura y Empleos de $1.2 billones para proporcionar $20 millones en reembolsos para reemplazar los viejos transformadores de distribución y actualizar los motores eléctricos. El programa de transformadores está abierto a las empresas de servicios públicos e incluye $10 millones que estarán disponibles hasta que se gasten. El DOE estima que las solicitudes se abrirán en el tercer trimestre de 2022.
Sin embargo, Miller dijo que los remanufacturadores de transformadores se encuentran bajo las mismas limitaciones que los OEM.
“Dadas las condiciones actuales del mercado, la renovación no ahorra mucho en términos de tiempo o dinero y no hace nada para aliviar las limitaciones generales de la cadena de suministro que estamos viendo actualmente”, dijo Miller.
Aun así, los proveedores de servicios de transformadores están trabajando en nuevas formas desconocidas para ayudar a abordar la escasez.
“Los fabricantes de reacondicionamiento están trabajando juntos para ayudarse mutuamente con las brechas de suministro. Dentro de la industria, los competidores compran y venden transformadores entre sí para apoyar a la base de clientes”, dijo Barbara Beaubien, vicepresidenta de ventas y marketing de Emerald Transformer, que brinda una variedad de servicios de transformadores, incluida la refabricación.
Emerald Transformer está construyendo una nueva planta en Waco, Texas, para apoyar mejor a su base de clientes y al estado de Texas. El crecimiento en la construcción residencial, además del envejecimiento de la red de EE. UU., son poderosos impulsores que afectan a la industria de transformadores, dijo Beaubien.
“Muchas más empresas de servicios públicos están reacondicionando transformadores ahora que no lo habían considerado antes de enfrentar la escasez de suministro de transformadores con los OEM”, dijo Beaubien.
Después de las pruebas iniciales, los transformadores se equipan con juntas, componentes y aceite nuevos con pruebas adicionales durante la reconstrucción antes de lijar, imprimar y pintar y una prueba final, dijo Beaubien. Los transformadores nuevos pueden demorar hasta dos años en entregarse, y la mayoría de los OEM cotizan 52 semanas o más para los transformadores tipo pedestal. Los transformadores reacondicionados pueden estar disponibles en un par de meses en la mayoría de los casos, dijo Beaubien.
Mientras tanto
Templeton dijo que este es un problema a largo plazo sin respuestas fáciles, y dijo que las empresas de servicios públicos deben actuar en consecuencia.
“Si yo fuera una empresa de servicios públicos en esta posición, haría todo lo posible para proteger los transformadores que tengo”, dijo Templeton.
Esto podría incluir el despliegue de relés de protección, auditorías de coordinación de aislamiento y asegurarse de que las unidades estén protegidas contra transitorios entrantes y otras posibles fuentes de daño físico.
“Me parece que a lo largo de los años, las empresas de servicios públicos han tenido más presiones internas para reducir los costos de mantenimiento. Las PUC están tratando de mantener bajos los costos de electricidad, y lo que veo es que las empresas de servicios públicos no necesariamente reciben una dotación completa de dólares para realizar el mantenimiento”, dijo Templeton.
Esto lleva a que las empresas de servicios públicos realicen un mantenimiento basado en la condición en lugar de un mantenimiento completo. Entonces, una empresa de servicios públicos puede posponer el manejo de la vegetación, luego los árboles caen en las líneas y los transformadores explotan, lo que contribuye a un problema que afecta a toda la industria.
La red eléctrica de EE. UU., dijo Templeton, se construyó de manera diferente desde el principio, utilizando una filosofía de ingeniería diferente.
“En Europa, pueden tener dos unidades del mismo tamaño compartiendo la carga. Entonces, dividieron la carga en dos haciéndolos funcionar en paralelo”, dijo Templeton. “Nuestra filosofía era que usamos el activo. Tiene una placa de identificación y la usamos hasta eso. En otros lugares del mundo, no hacen eso. Trabajaremos a pleno rendimiento de nuestras unidades existentes”.
Saludos.
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