Κατάληψη του Μέλλοντος της Ενέργειας: Η Στρατηγική Εξέλιξη της Τεχνολογίας Σταθερού Καταστροφέα στις ΗΠΑ
Η DG Matrix και η Resilient Power λένε ότι οι στερεού τύπου μετατροπείς τους μπορούν να μειώσουν το κόστος, το χρόνο και την πολυπλοκότητα της εφοδιασμού με ηλεκτρική ενέργεια δεδομένων κέντρων, σημείων φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων (EV) και παρόμοιων. Για δεκαετίες, οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί ονείρευαν για ένα συστηματικό στοιχείο που θα μπορούσε να συνδέσει αθόρυβα τα πανελια φωτοβολταϊκών, συστήματα μπαταριών και γεννήτριες σε υψηλότερη εξοπλισμό, όπως φορτιστές EV ή διακομιστές δεδομένων, χωρίς την ανάγκη για μεγάλο ποσοστό ακριβούς συσκευασίας για να τα κάνει να λειτουργήσουν μαζί.
Τώρα, αυτά τα συστήματα, που ονομάζονται στερεοί μετατροπείς, αρχίζουν πραγματικά να εισέρχονται στην αγορά — και η εμφάνισή τους δεν θα μπορούσε να είναι πιο επίκαιρη.
Αυτό συμβαίνει επειδή η τεχνολογία μπορεί να είναι η κλειδί για την αντιμετώπιση της μαζικής ζήτησης ενέργειας των δεδομένων κέντρων, εργοστασίων και σημείων φόρτισης EV, η οποία μπορεί να ξεπεράσει το δίκτυο ηλεκτρισμού και να οδηγήσει τις επιχειρήσεις να καίνε περισσότερα ορυκτά καύσιμα που συμβάλλουν στην υπερθέρμανση της οικουμένης.
Τώρα, η ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια από αυτούς τους μεγάλους χρήστες ξεπερνά την ικανότητα εφοδιασμού του δικτύου ηλεκτρισμού των ΗΠΑ. Θεωρητικά, αυτό το πρόβλημα θα μπορούσε να επιλυθεί επιτρέποντας σε αυτούς να εγκαταστήσουν τα δικά τους πανελια φωτοβολταϊκών, μπαταρίες και γεννήτριες στο χώρο τους — ιδεαλά μικρά δίκτυα — αλλά αυτή η φανερά απλή λύση είναι στην πραγματικότητα εξαιρετικά πολύπλοκη και δαπανηρή στην εφαρμογή.
Κάθε σύνολο φωτοβολταϊκών, μπαταρία, κυψελίδα καυσίμων, γεννήτρια ή άλλη πηγή ενέργειας στο χώρο απαιτεί πολλά είδη εξοπλισμού — προστατευτικά συστήματα, απομονωτικοί μετατροπείς, μετατροπείς αύξησης και μείωσης τάσης, μετατροπείς ενέργειας — για να μετατρέψει ασφαλώς την ένταση έως συνεχή ρεύμα (DC) σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) και αντίστροφα, και να αυξήσει ή μειώσει την τάση για να εξυπηρετήσει τις διάφορες φορτίες σε ένα κτίριο.
Οι στερεοί μετατροπείς μπορούν να επιτελέσουν όλες αυτές τις λειτουργίες με μόνο ένα συστηματικό στοιχείο, ελέγχοντας την ηλεκτρική ενέργεια με την ευελιξία με την οποία ένα router ελέγχει τη διακίνηση δεδομένων. Αυτό είναι ειδικά πολύτιμο για τη διαχείριση εξοπλισμού με υψηλή ζήτηση ενέργειας (όπως φορτιστές EV) ή εξοπλισμού που είναι εξαιρετικά ευαίσθητος στην ποιότητα της ενέργειας (όπως τα ράφια διακομιστών σε δεδομένα κέντρα).
Έτσι λέει ο Haroon Inam, CEO και συν-ιδρυτής της DG Matrix. Η DG Matrix είναι μία από τις λίγες εταιρείες που έχουν ξεκινήσει να βάζουν τους στερεούς μετατροπείς σε πρακτική χρήση. Είπε ότι η DG Matrix συγκέντρωσε 20 εκατομμύρια δολάρια τον Μάρτιο του τρέχοντος έτους και τώρα κατασκευάζει μια εργοστασιακή μονάδα στη Βόρεια Καρολίνα, η οποία αναμένεται να ξεκινήσει τις λειτουργίες της αργότερα φέτος με ετήσια παραγωγική δυναμικότητα 1.000 μονάδων. "Εισέρχομαστε στην τεράστια και ανεξάρτητη εμπορική και βιομηχανική αγορά μικρών δικτύων," είπε. "Οι άνθρωποι δεν έχουν κάνει αυτό, επειδή το κόστος κατασκευής μιας μοναδικής, προσαρμοσμένης μικρής δικτύωσης είναι πολύ υψηλό."
Η DG Matrix δεν είναι η μόνη εταιρεία που εργάζεται σε αυτό. Η Heron Power, μια νεοσύστατη εταιρεία που ιδρύθηκε από τον πρώην υπάλληλο Tesla Drew Baglino, συγκέντρωσε 43 εκατομμύρια δολάρια και στοχεύει να κατασκευάσει τους πρώτους της στερεούς μετατροπείς έως το 2027. Η Amperesand συγκέντρωσε 12,5 εκατομμύρια δολάρια πέρυσι για να συνεχίσει την ανάπτυξη στερεών μετατροπέων που δοκιμάζονται στο δίκτυο ηλεκτρισμού της Σιγκαπούρης.
Μεγάλες εταιρείες ηλεκτρονικών είναι ενδιαφερόμενες γι' αυτό. Τον περασμένο μήνα, η εταιρεία εξοπλισμού ηλεκτρικής ενέργειας Eaton συμφώνησε να αποκτήσει τη Resilient Power Systems, η οποία συγκέντρωσε 5 εκατομμύρια δολάρια το 2021 για να κατασκευάσει και να εφαρμόσει την εξοπλισμού της για τη μετατροπή ενέργειας σε σημεία φόρτισης EV και άλλα περιβάλλοντα με υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Η Eaton θα επενδύσει 55 εκατομμύρια δολάρια στην εταιρεία στην ολοκλήρωση της συναλλαγής· ανάλογα με την οικονομική και τεχνική απόδοση της Resilient Power στα επόμενα χρόνια, η Eaton μπορεί επίσης να πληρώσει ένα πρόσθετο ποσό 95 εκατομμυρίων δολαρίων.
"Πολλοί άνθρωποι έχουν εργαστεί σε αυτή την τεχνολογία για περισσότερο από μια δεκαετία," είπε ο Aidan Graham, ανώτερος αντιπρόεδρος και γενικός διευθυντής της επιχείρησης Critical Power Solutions της Eaton. Τώρα, με την πρόοδο σε μερικές κλειδί επιστημονικές τεχνολογίες, αυτή η τεχνολογία μπορεί τελικά να βιώνει τη χρυσή της εποχή - οι επιχειρήσεις και άλλα ιδρύματα έχουν ξεκινήσει να τη δοκιμάζουν.
Εξέλιξη των Στερεών Μετατροπέων
Η Eaton έχει εργαστεί στην έρευνα και ανάπτυξη στερεών μετατροπέων για πολλά χρόνια. Η εταιρεία δεν έχει ακόμα αποκαλύψει πώς θα κλιμακώσει την παραγωγή και την εφαρμογή της τεχνολογίας της Resilient Power. Ωστόσο, ο Graham είπε: "Εξετάζουμε αρκετούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της φόρτισης EV και της ολοκλήρωσης μπαταριών σε δεδομένα κέντρα και άλλα κρίσιμα περιβάλλοντα. 'Η απώλεια ενέργειας για μόνο μια στιγμή μπορεί να απειλήσει τη ζωή των ανθρώπων και να κοστίσει πολλά χρήματα.'"
Ο Michael Wood III, επικεφαλής του προσωπικού της DG Matrix, είπε ότι η εταιρεία δοκιμάζει την εξοπλισμό της με εταιρείες, συμπεριλαμβανομένης της εταιρείας εξοπλισμού ηλεκτρικής ενέργειας ABB, της North Carolina utility Duke Energy και της PowerSecure, μια μεγάλη επιχείρηση ανάπτυξης μικρών δικτύων και συστημάτων ενέργειας δεδομένων που ανήκει στην utility Southern Co.
"Η καλύτερη μέθοδος για να πάρετε το επόμενο gigawatt ενέργειας είναι να κατασκευάσετε διανεμημένα συστήματα," είπε ο Wood. "Σήμερα, χρειάζεστε όλες αυτές τις συσκευές για να κάνουν αυτά τα έργα να λειτουργήσουν ομαλά. Η DG Matrix εξαλείφει την ισορροπία μεταξύ όλων αυτών των συστημάτων και την απλοποιεί σε ένα μόνο σύστημα."
Ο Inam είπε ότι το κόστος χρήσης του στερεού μετατροπέα της DG Matrix είναι μόνο μισό του κόστους σύνδεσης τυπικών συστημάτων μικρών δικτύων με συνδυασμό πολλών τεχνικών προτύπων. Επιπλέον, κάνει ευκολότερη την ταχεία συνδυασμό και αλλαγή της εξοπλισμός ή την αλλαγή της διάταξης του συστήματος δεδομένων κέντρων, σημείων φόρτισης EV και άλλων δυνητικών τοποθεσιών μικρών δικτύων.
Άρα, αν οι στερεοί μετατροπείς είναι τόσο χρήσιμη τεχνολογία, γιατί εισέρχονται τώρα στο πεδίο;
Υπάρχει καλός λόγος για το γεγονός ότι χρειάστηκε τόσος χρόνος, είπε ο Vlatko Vlatkovic, σύμβουλος της Clean Energy Ventures, επενδυτής της DG Matrix και ένας παλαιός εργάτης της επιχείρησης βιομηχανικής ηλεκτροποίησης της General Electric, ο οποίος εντάχθηκε στο συμβούλιο διοίκησης της νεοσύστατης εταιρείας φέτος.
Το δίκτυο ηλεκτρισμού βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε ηλεκτρομηχανικά συστήματα που λειτουργούν σχετικά απλά και δεν έχουν αλλάξει πολύ τα τελευταία εκατό χρόνια. Παρά την κάποια πρόοδο τα τελευταία χρόνια που έκανε δυνατές συσκευές, όπως οι αντιστροφείς φωτοβολταϊκών ή τα συστήματα οδήγησης EV, οι πολυσύνδεσμοι που καθιστούν δυνατή τη σύγχρονη υπολογιστική δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στο δίκτυο ηλεκτρισμού.
"Να προωθήσεις τη βιομηχανία να χρησιμοποιήσει περισσότερη ηλεκτρονική ενέργεια ήταν μια τεράστια πρόκληση," είπε ο Vlatkovic, ειδικά σε υψηλότερες τάσεις δικτύου. Έως πρόσφατα, η υποκείμενη τεχνολογία "δεν ήταν αρκετά μεγάλη ή αξιόπιστη. Υπήρχαν τεχνικά προβλήματα."
Παρόμοιες προκλήσεις έχουν ταλαιπωρήσει τους στερεούς μετατροπείς σε βιομηχανικές εφαρμογές υψηλής τάσης, είπε ο Neal Dikeman, σύμβουλος της Energy Transition Ventures, επενδυτής της Resilient Power. Είπε ότι οι συνεχείς προόδους στους πολυσύνδεσμους καρβίνου και οι βελτιώσεις στην υπολογιστική ικανότητα που απαιτείται για να τους κάνει αποδοτικούς στη μετατροπή ενέργειας έχουν βοηθήσει. "Αλλά δεν είναι εύκολο."
Ο Inam, ο οποίος υπηρέτησε ως κύριος τεχνολόγος παροχής ενέργειας στο δίκτυο πριν ενταχθεί στη DG Matrix το 2023, σημείωσε ότι η νεοσύστατη εταιρεία έπρεπε να λύσει αρκετές κλειδί προκλήσεις για να φτάσει σε αυτό το σημείο.
Πρώτα, σε υψηλές τάσεις, η θερμότητα που παράγεται από τη μετατροπή AC-DC είναι δύσκολο να διασπαστεί. Η διαχείριση του "ηλεκτρομαγνητικού θορύβου", ή της διαταραχής που προκαλείται από την ίδια υψηλή συχνότητα ηλεκτρικής αλλαγής. "Αν δεν ξέρεις πώς να αποτρέψεις αποτελεσματικά το θόρυβο, επηρεάζει τα πάντα. Μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση, έκρηξη και πτώση απόδοσης," είπε ο Inam.
Ωστόσο, η λύση αυτών των προκλήσεων έχει και τα δικά του πλεονεκτήματα. "Η τεχνολογία μας είναι τώρα αρκετά ώριμη και εξελιγμένη ώστε να μπορούμε να κυκλοφορήσουμε αξιόπιστη εξοπλισμό," είπε ο Vlatkovic.
Γιατί Τώρα Είναι Ο Καιρός Για Στερεούς Μετατροπείς
Ο καιρός δεν θα μπορούσε να είναι καλύτερος.
"Όλα εξοπλίζονται, από αυτοκίνητα μέχρι βιομηχανίες και κατοικίες," είπε ο Vlatkovic. "Αν κοιτάξετε τις προβλέψεις της ενέργειας που θα χρειαστεί το δίκτυο να παράγει τα επόμενα 10-20 χρόνια, θα δείτε ότι πρέπει να διπλασιάσουμε τουλάχιστον την ικανότητα του δικτύου. Μερικές προβλέψεις λένε ακόμα και ότι πρέπει να τριπλασιάσουμε την υπάρχουσα ικανότητα."
Ο Inam είπε ότι η κάλυψη της ζήτησης ενέργειας των δεδομένων κέντρων είναι μια ει
