Die Moraal van die Kragtoekoms: Die Strategiese Evolusie van Vaste-Staatstransformator-tegnologie in die Verenigde State

DG Matrix en Resilient Power sê hul vaste-toestand transformateurs kan die koste, tyd en kompleksiteit van kragverskaffing aan data sentrums, elektriese voertuie (EV) laaistasies, en so meer, verlaag. Vir deurlopende jare het elektriese ingenieurs gedroom van 'n toestel wat sonnepanele, batterisisteme en plaaslike opwekkers na hoë-krag toerusting soos EV laaiers of data sentrum bedieners kan verbind, sonder die behoefte aan 'n groot hoeveelheid duur harde sagteware om hulle saam te laat werk.

Nou begin hierdie toestelle, bekend as vaste-toestand transformateurs, eintlik die mark binnekom — en hul verskyning kon nie meer tydig wees nie.

Dit is omdat hierdie tegnologie die sleutel kan wees om die enorme kragvrae van data sentrums, fabrike en EV laaistasies te hanteer, wat die kragnetwerk kan oorheers en mense tot meer fossielbrandstofverbruik kan dwing, wat bydra tot globale verhitting.

Tans oorskry die vraag na krag deur hierdie groot kraggebruikers die aanbodkapasiteit van die VSA se kragnetwerk. Teoreties kan hierdie probleem opgelos word deur hulle toegelaat te laat om hul eie sonnepanele, batterye en opwekkers plaaslik te installeer — ideaal gesproke mikrogrids — maar hierdie blykbaar eenvoudige oplossing is in werklikheid uiterst kompleks en duur om uit te voer.

Elke sonnestelsel, batterij, brandstofsel, opwekker of ander plaaslike kragbron vereis meerdere stukke sagteware — elektriese beskermtoestelle, isolasietransformateurs, spanningsverhogings- en -verlaagings transformateurs, kragomskakelaars — om veilig direkte stroom (DC) na wisselstroom (AC) of omgekeerd te omskakel, en om die spanning te verhoog of verlaag om die behoeftes van verskillende lasse in 'n gebou te bevredig.

Vaste-toestand transformateurs kan al hierdie funksies met net een toestel bereik, en beheer krag so buigsam soos 'n router datastroom beheer. Dit is veral waardevol vir die bestuur van hoë-kragvrae toerusting (soos EV laaiers) of toerusting wat uiterst sensitief is vir kwaliteit van krag (soos serverrekke in data sentrums).

So sê Haroon Inam, CEO en mede-stigter van DG Matrix. DG Matrix is een van die min maatskappye wat begin het om vaste-toestand transformateurs in praktiese gebruik te bring. Hy sê dat DG Matrix in Maart van hierdie jaar $20 miljoen ingesamel het en tans 'n fabriek in Noord-Carolina bou, wat verwag word om later in die jaar met 'n jaarlikse produksiekapasiteit van 1 000 eenhede te begin operasioneel wees. "Ons gaan die groot en onbediende kommersiële en industriële mikrogrid mark binne," sê hy. "Mense het dit nie gedoen nie omdat die koste om 'n enkele, spesifieke mikrogrid te bou te hoog is."

DG Matrix is nie die enigste maatskappy wat aan hierdie werk. Heron Power, 'n start-up gestig deur voormalige Tesla werknemer Drew Baglino, het $43 miljoen ingesamel en het die doel om sy eerste vaste-toestand transformateurs in 2027 te bou. Amperesand het vorige jaar $12.5 miljoen ingesamel om die ontwikkeling van vaste-toestand transformateurs wat op Singapoors kragnetwerk getoets word, voort te sit.

Groot elektronika-maatskappye is geïnteresseerd daarin. Elektriese sagteware-gigant Eaton het vorige maand ooreengekom om Resilient Power Systems oor te neem, wat in 2021 $5 miljoen ingesamel het om sy kragomskakeling sagteware vir EV laaistasies en ander hoë-energie-verbruiksende omgewings te bou en te implimenteer. Eaton sal $55 miljoen in die maatskappy beleg wanneer die transaksie afgesluit word; afhangend van Resilient Power se finansiële en tegniese prestasie in die volgende paar jaar, kan Eaton ook nog $95 miljoen betaal.

"Baie mense het al meer as 'n dekade aan hierdie tegnologie gewerk," sê Aidan Graham, senior vicepresident en algemene bestuurder van Eaton's Critical Power Solutions besigheid. Nou, met vooruitsgang in verskeie sleutel-tegnologiese velde, kan hierdie tegnologie eindelik sy goue era beleef — nutsmaatskappye en ander instellings het begin dit toets.

Evolutie van Vaste-toestand Transformateurs

Eaton het al baie jare aan vaste-toestand transformateur navorsing en ontwikkeling gewerk. Die maatskappy het nog nie onthul hoe om die vervaardiging en implementering van Resilient Power se tegnologie op skaal te doen nie. Maar Graham sê: "Ons verken verskeie areas, insluitend EV laaiing en die integrasie van batterye in data sentrums en ander kritieke omgewings. 'Die verlies van krag vir selfs 'n oomblik kan lewens bedreig en baie geld kos.'"

Michael Wood III, hoof van DG Matrix, sê die maatskappy is sy sagteware met maatskappye soos elektriese sagteware vervaardiger ABB, Noord-Carolina nutsmaatskappy Duke Energy, en PowerSecure, 'n groot mikrogrid en data sentrum kragsagteware ontwikkelaar wat deur nutsmaatskappy Southern Co. besit word, aan die toets.

"Die beste manier om die volgende gigawatt energie te kry, is om verspreide sisteme te bou," sê Wood. "Vandag moet jy al hierdie toestelle hê om hierdie projekte gladjies te laat werk. DG Matrix elimineer die balans tussen al hierdie sisteme en vereenvoudig dit na 'n enkele stelsel."

Inam sê die koste om DG Matrix se vaste-toestand transformator te gebruik, is slegs half van dié om tipiese plaaslike mikrogrid komponente te verbind deur 'n kombinasie van verskeie tegniese standaarde. Daarbenewens maak dit dit makliker om vinnig sagteware te meng of die stelselkonfigurasie van data sentrums, EV laaistasies, en ander potensiële mikrogrid plekke te verander.

So as vaste-toestand transformateurs so 'n nuttige tegnologie is, waarom kom hulle net nou in die veld?

Daar is 'n goeie rede waarom dit so lank gedure het, sê Vlatko Vlatkovic, 'n partner by Clean Energy Ventures, 'n DG Matrix belegger en 'n veteraan van General Electric se industriële elektrifisering besigheid wat hierdie jaar by die start-up se raad aangesluit het.

Die kragnetwerk is swaar afhanklik van elektromeganiese toestelle wat relatief eenvoudig werk en oor die afgelope eeu min verander het. Ten spyte van sommige vooruitgang in onlangse jare wat toestelle soos sonnepanele omvertellers of EV aandryf sisteme moontlik gemaak het, is die halwegevoerders wat moderne rekenaarberekening moontlik maak, nie wyd in die kragnetwerk gebruik nie.

"Die industrie te dwing om meer krag-elektronika te gebruik, was 'n enorme uitdaging," sê Vlatkovic, veral by hoër kragnetwerkspannings. Tot onlangs was die onderliggende tegnologie "nie groot genoeg of betroubaar genoeg nie. Daar was tegniese probleme."

Soortgelyke uitdagings het vaste-toestand transformateurs in hoë-spanning industriële toepassings geplaag, sê Neal Dikeman, 'n partner by Energy Transition Ventures, 'n belegger in Resilient Power. Hy sê dat voortdurende vooruitsgang in silisiumkarbid halwegevoerders en verbeteringe in die rekenaarvermoë wat nodig is om hulle doeltreffend by kragomskakeling te maak, gehelp het. "Maar dit is nie maklik nie."

Inam, wat as hoof tegnolofoffisier van grid power beheerlewering Smart Wires gedien het voordat hy in 2023 by DG Matrix aangesluit het, het opgemerk dat die start-up moes 'n aantal sleutel-uitdagings oplos om hierdie punt te bereik.

Eerstens, by hoë spannings, is die warmte wat deur AC-DC omskakeling gegenereer word, moeilik om weg te skei. Die hanteer van "elektromagnetiese geraas," of interferensie veroorsaak deur dieselfde hoë-frekwensie elektriese skakeling. "As jy nie weet hoe om die geraas effektief te verminder nie, beïnvloed dit alles. Dit kan oorgloei, ontploffings, en prestasievermindering veroorsaak," sê Inam.

Maar om hierdie uitdagings op te los het ook sy belonings. "Ons tegnologie is nou volwasse en gevorderd genoeg dat ons betroubare sagteware kan vrygestel," sê Vlatkovic.

Waarom Nú die Tyd is vir Vaste-toestand Transformateurs

Die tydsindeling kon nie beter wees nie.

"Alles word elektriseer, van motors tot industrie tot woonhuise," sê Vlatkovic. "As jy kyk na voorspellings van die krag wat die netwerk oor die volgende 10 tot 20 jaar moet lewer, sien jy dat ons ten minste die netwerkkapasiteit moet verdubbel. Sommige voorspellings sê selfs dat ons die bestaande kapasiteit moet verdriedubbel."

Inam sê dat die bevrediging van die kragvrae van data sentrums 'n spesifieke groot geleentheid is.

Die ambitiese kunsmatige intelligensie planne van tegnologie-reusies plaas 'n groot last op die kragnetwerke van nutsmaatskappye in data sentrum hotspots soos Virginia, Georgia, en Texas. Dit het data sentrum ontwikkelaars aangebring om maniere te verken om die druk op die kragnetwerk te verminder, insluitend die bou van opwekkers en batterye naby of plaaslik.

"Die drie groot probleme is die spoed van kragverskaffing (kliente kan nie vinnig genoeg krag kry nie), die koste van krag, en die vermoë om verskeie hulpbronne te agregateer vir buigsamheid," sê Inam. "Ons het met ondernemingkliente met honderde of duisende plekke gepraat. Die grootste uitdaging wat hulle ervaar, is dat hulle elke plek van grondslag moet ontwerp. Hulle soek 'n turnkey-oplossing vir die uitdaging om 1 000 plekke in plaas van een te implementeer."

Vaste-toestand transformateurs kan help om hierdie behoeftes te bevredig, sê Vlatkovic. "Van komplekse installasies en verskeie maatskappye na een maatskappy wat alles regmaak."

Meer Funksies in Kleiner Pakkies

Graham van Eaton sê dat "hoë-krag-digtheid" pakkies ook waardevolle spasie in strakke omgewings soos data sentrums en EV laaistasies kan spaar. Vaste-toestand transformateurs kan in fabriekmassaal vervaardig word, wat die koste en tyd van elektriese arbeid op bouplekke verlaag. "Jy het dit teruggebring na 'n beheerde vervaardigingomgewing," sê Graham.

Daarbenewens, om 'n enkele toestel te hê wat verskeie take kan verrig, vereenvoudig ingenieursvereistes, sê Dickman.

"As jy 'n komplekse stelsel met van die rek-sagteware komponente ontwerp, kan die mispassing van verskillende toestelle nie die stelsel se vereistes volledig bevredig nie. Dit verhoog koste en verlaag doeltreffendheid," sê hy. "Jy kan hierdie probleem met spesiaal vervaardigde produkte oplos — maar dit is duurder en risikovoller. Wanneer jy met son, energieopslag, en data sentrums werk, en mense wat vinnig moet beweeg en iets betroubaars en goedkops nodig het, val dit allemaal uitmekaar."

Joaquin Aguerre, die maatskappy se direktour van strategiese portefeulje-ontwikkeling, sê dat al hierdie potensiële voordele mikrogrid-ontwikkelaar PowerSecure aangemoedig het om ten minste twee vaste-toestand transformateur tegnologieë te probeer, insluitend toetse in samehang met DG Matrix. "Ons probeer om aan die voorfront van hierdie tegnologie te wees."

PowerSecure het meer as 2.4 gigawatts mikrogrid kapasiteit vir klante vanaf groot handelaars en hospitale tot nutsmaatskappye en data sentrums ontwerp en geïnstalleer. Die maatskappy fokus veral op vaste-toestand transformateurs om energie-effektiewe "hybride mikrogrids" te integreer wat "son, energieopslag, aardgas opwekkers, brandstofsellules, EV laaiing — wat ook al jy kan bedink," sê Aguerre.

"Die werklike markvraag het begin ontstaan," sê hy. Tegelyk "is die meeste van hierdie maatskappye steeds in die vroeë stadium.... Die volgende logiese stap is om gepaste proefprojekte te doen om werklike klantgevallestudies op 'n kleiner skaal te toets en die hardheid en betroubaarheid van die relevante tegnologieë te toets."

Tenslotte, ongeag die nadelen van tradisionele transformateurs in vergelyking met die mees avanserde krag-elektronika, "faal hulle nie dikwels nie," wys Aguerre daarop. "Almal verwag dieselfde betroubaarheid van enige vaste-toestand transformateur wat hulle bekyk."