सत्ता के भविष्य को पकड़ना: संयुक्त राज्य अमेरिका में सॉलिड-स्टेट ट्रांसफार्मर तकनीक का रणनीतिक विकास

DG Matrix और Resilient Power कहते हैं कि उनके सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर डेटा सेंटर्स, इलेक्ट्रिक वाहन (EV) चार्जिंग हब और इसी तरह के क्षेत्रों में बिजली प्रदान करने की लागत, समय और जटिलता को कम कर सकते हैं। दशकों से, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरों को एक ऐसे उपकरण की कल्पना रही है जो सौर पैनल, बैटरी सिस्टम और ऑन-साइट जेनरेटर को EV चार्जर या डेटा सेंटर सर्वर जैसी उच्च-शक्ति वाली उपकरणों से बिना अधिक महंगे हार्डवेयर की आवश्यकता के जोड़ सके।

अब, इन उपकरणों, जिन्हें सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर कहा जाता है, वास्तव में बाजार में प्रवेश करना शुरू हो गया है - और उनकी यह उपस्थिति बहुत ही समय पर है।

यह इसलिए है क्योंकि यह प्रौद्योगिकी डेटा सेंटर्स, कारखानों और EV चार्जिंग हब की बड़ी बिजली की मांग को संभालने की कुंजी हो सकती है, जो बिजली ग्रिड को भारी बना सकता है और ऊर्जा कंपनियों को अधिक फोसिल ईंधन को जलाने की आवश्यकता हो सकती है, जो ग्लोबल वार्मिंग में योगदान देता है।

वर्तमान में, इन बड़े बिजली उपयोगकर्ताओं की बिजली की मांग अमेरिकी बिजली ग्रिड की प्रदान करने की क्षमता से अधिक है। सैद्धांतिक रूप से, इस समस्या को उन्हें अपने स्थान पर सौर पैनल, बैटरी और जेनरेटर इंस्टॉल करने की अनुमति देकर हल किया जा सकता है - आदर्श रूप से माइक्रोग्रिड - लेकिन यह लगभग सरल लगने वाला समाधान वास्तव में अत्यंत जटिल और महंगा है।

प्रत्येक सौर अरेय, बैटरी, फ्यूल सेल, जेनरेटर या अन्य ऑन-साइट बिजली स्रोत कई उपकरणों की आवश्यकता होती है - इलेक्ट्रिकल सुरक्षा उपकरण, अलगाव ट्रांसफॉर्मर, स्टेप-अप और स्टेप-डाउन ट्रांसफॉर्मर, पावर कन्वर्टर - जो डायरेक्ट करंट (DC) को एल्टरनेटिंग करंट (AC) या इसके विपरीत में सुरक्षित रूप से परिवर्तित करने और भवन में विभिन्न लोडों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए वोल्टेज को बढ़ाने या घटाने के लिए आवश्यक होते हैं।

सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर एक ही उपकरण से सभी इन कार्यों को पूरा कर सकते हैं, बिजली को एक राउटर जितनी लचीली तरीके से नियंत्रित कर सकते हैं। यह विशेष रूप से उच्च शक्ति वाली उपकरणों (जैसे EV चार्जर) या बिजली की गुणवत्ता पर बहुत जटिल रूप से निर्भर करने वाली उपकरणों (जैसे डेटा सेंटर में सर्वर रैक) के प्रबंधन के लिए मूल्यवान है।

इसका दावा DG Matrix के CEO और सह-संस्थापक Haroon Inam ने किया है। DG Matrix एक ऐसी कंपनियों में से एक है जो सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर को व्यावहारिक रूप में लाना शुरू कर चुकी है। उन्होंने कहा कि DG Matrix ने इस वर्ष मार्च में $20 मिलियन जुटाए और वर्तमान में उत्तरी कैरोलिना में एक कारखाना बना रही है, जो इस वर्ष के बाद में ऑपरेशन शुरू करने की उम्मीद है, जिसकी वार्षिक उत्पादन क्षमता 1,000 इकाइयों की होगी। "हम एक बड़े और अनुपातिक व्यापारिक और औद्योगिक माइक्रोग्रिड बाजार में प्रवेश कर रहे हैं," उन्होंने कहा। "लोगों ने यह नहीं किया क्योंकि एक एकल, कस्टम माइक्रोग्रिड बनाने की लागत बहुत अधिक है।"

DG Matrix इस पर काम करने वाली एकमात्र कंपनी नहीं है। Tesla के पूर्व कर्मचारी Drew Baglino द्वारा स्थापित स्टार्टअप Heron Power ने $43 मिलियन जुटाया है और 2027 तक अपने पहले सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर बनाने की योजना बनाई है। Amperesand ने पिछले वर्ष $12.5 मिलियन जुटाया था जो सिंगापुर की बिजली ग्रिड पर परीक्षण किए जा रहे सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर को विकसित करने के लिए जारी रख रहा है।

बड़ी इलेक्ट्रॉनिक्स कंपनियाँ इसमें रुचि रख रही हैं। इलेक्ट्रिकल उपकरण दिग्गज Eaton ने पिछले महीने में रिझिलिएंट पावर सिस्टम्स को अधिग्रहित करने के लिए सहमति व्यक्त की, जिसने 2021 में $5 मिलियन जुटाया था और EV चार्जिंग हब और अन्य उच्च ऊर्जा खपत करने वाले वातावरणों के लिए अपने पावर कन्वर्जन उपकरण बनाने और तैनात करने के लिए उपयोग किया था। Eaton ने सौदे के समापन पर कंपनी में $55 मिलियन निवेश करने का वादा किया है; रिझिलिएंट पावर की आगामी कुछ वर्षों में वित्तीय और तकनीकी प्रदर्शन के आधार पर, Eaton शायद अतिरिक्त $95 मिलियन भी भुगतान कर सकता है।

"बहुत से लोगों ने इस प्रौद्योगिकी पर दशकों से काम किया है," Eaton के क्रिटिकल पावर सॉल्यूशंस व्यवसाय के वरिष्ठ उपाध्यक्ष और जनरल मैनेजर Aidan Graham ने कहा। अब, कई महत्वपूर्ण इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकियों में प्रगति के साथ, यह प्रौद्योगिकी अंततः अपनी सुवर्ण युग का अनुभव कर सकती है - बिजली वितरक और अन्य संस्थाएं इसे परीक्षण करना शुरू कर चुकी हैं।

सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर्स का विकास

Eaton ने सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर अनुसंधान और विकास पर वर्षों से काम किया है। कंपनी ने रिझिलिएंट पावर की प्रौद्योगिकी के विनिर्माण और तैनाती को कैसे स्केल अप किया जाएगा, इसका अभी तक विवरण नहीं दिया है। लेकिन Graham ने कहा: "हम कई क्षेत्रों पर खोज कर रहे हैं, जिनमें EV चार्जिंग और बैटरी को डेटा सेंटर और अन्य महत्वपूर्ण वातावरणों में एकीकृत करना शामिल है। 'एक पल के लिए बिजली की विफलता लोगों की जान को खतरे में डाल सकती है और बहुत सारा पैसा खोने का कारण बन सकती है।'"

DG Matrix के चीफ ऑफ स्टाफ Michael Wood III ने कहा कि कंपनी इलेक्ट्रिकल उपकरण निर्माण दिग्गज ABB, उत्तरी कैरोलिना की बिजली कंपनी Duke Energy, और बिजली वितरक Southern Co. के स्वामित्व वाले बड़े माइक्रोग्रिड और डेटा सेंटर पावर सिस्टम विकासकर्ता PowerSecure के साथ अपने उपकरणों का परीक्षण कर रही है।

"अगले गिगावाट ऊर्जा को प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका वितरित सिस्टम बनाना है," Wood ने कहा। "आज, इन परियोजनाओं को चालू रखने के लिए आपको इन सभी उपकरणों की आवश्यकता होती है। DG Matrix सभी इन सिस्टमों के बीच संतुलन को दूर करता है और इसे एक सिस्टम में सरलीकृत करता है।"

Inam ने कहा कि DG Matrix के सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर का उपयोग करने की लागत एक आम ऑन-साइट माइक्रोग्रिड के घटकों को जोड़ने की लागत का आधा है, जो विभिन्न तकनीकी मानकों के संयोजन से की जाती है। इसके अलावा, यह डेटा सेंटर, EV चार्जिंग हब और अन्य संभावित माइक्रोग्रिड साइटों के सिस्टम कॉन्फिगरेशन को तेजी से मिश्रित या बदलने को आसान बनाता है।

तो यदि सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर ऐसी उपयोगी प्रौद्योगिकी है, तो वे क्यों अब तक इस क्षेत्र में प्रवेश नहीं कर पाए?

इसके लिए एक अच्छा कारण है, Vlatko Vlatkovic, जो Clean Energy Ventures, DG Matrix के एक निवेशक और General Electric के औद्योगिक इलेक्ट्रीफिकेशन व्यवसाय के एक पुराने हस्ती हैं, ने कहा, जिन्होंने इस वर्ष स्टार्टअप के बोर्ड में शामिल होने का वादा किया था।

बिजली ग्रिड बहुत ही सरल तरीके से काम करने वाले इलेक्ट्रोमेकेनिकल उपकरणों पर भारी रूप से निर्भर है, जिनमें अतीत शताब्दी में बहुत कम परिवर्तन हुआ है। हाल के वर्षों में कुछ प्रगति हुई है जिसने सौर इनवर्टर या EV ड्राइव सिस्टम जैसी वस्तुओं को संभव बनाया, लेकिन आधुनिक कंप्यूटिंग को संभव बनाने वाले सेमीकंडक्टर्स बिजली ग्रिड में व्यापक रूप से उपयोग नहीं किए गए हैं।

"उद्योग को अधिक पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करने के लिए बढ़ावा देना एक बड़ी चुनौती रही है," Vlatkovic ने कहा, विशेष रूप से उच्च ग्रिड वोल्टेज पर। तकनीकी रूप से, "यह पर्याप्त बड़ा या अनुकूल नहीं था। तकनीकी समस्याएं थीं।"

Resilient Power के निवेशक Energy Transition Ventures के भागीदार Neal Dikeman ने कहा कि उच्च वोल्टेज औद्योगिक अनुप्रयोगों में सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर को इन जैसी चुनौतियाँ परेशान करती रही हैं। उन्होंने कहा कि सिलिकॉन कार्बाइड सेमीकंडक्टर्स में लगातार प्रगति और उन्हें पावर कन्वर्जन में कार्यक्षम बनाने के लिए आवश्यक कंप्यूटिंग शक्ति में सुधार हुआ है। "लेकिन यह आसान नहीं है।"

Inam, जिन्होंने 2023 में DG Matrix में शामिल होने से पहले ग्रिड पावर नियंत्रण प्रदाता Smart Wires के मुख्य तकनीकी अधिकारी के रूप में काम किया था, ने टिप्पणी की कि स्टार्टअप को इस बिंदु तक पहुंचने के लिए कई महत्वपूर्ण चुनौतियों को हल करना पड़ा।

पहले, उच्च वोल्टेज पर, AC-DC कन्वर्जन से उत्पन्न गर्मी को विसर्जित करना कठिन होता है। "इलेक्ट्रोमैग्नेटिक नाइस" या उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रिक स्विचिंग से उत्पन्न होने वाली व्याघात को संभालना। "यदि आप नाइस को प्रभावी रूप से नियंत्रित करने का तरीका नहीं जानते, तो यह सब कुछ प्रभावित करता है। यह गर्मी, विस्फोट और प्रदर्शन की गिरावट का कारण बन सकता है," Inam ने कहा।

हालांकि, इन चुनौतियों को हल करने का भी अपना इनाम है। "हमारी प्रौद्योगिकी अब पर्याप्त रूप से परिपक्व और विशिष्ट है कि हम विश्वसनीय उपकरण लॉन्च कर सकते हैं," Vlatkovic ने कहा।

सोलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मर्स के लिए अब समय आ गया है

समय नहीं बिलकुल अच्छा हो सकता था।

"सब कुछ इलेक्ट्रिफाई हो रहा है, कारों से लेकर उद्योग तक और आवास तक," Vlatkovic ने कहा। "यदि आप अगले 10 से 20 वर्षों तक ग्रिड द्वारा दिए जाने वाले शक्ति की भविष्यवाणियों को देखें, तो आप देखेंगे कि हमें ग्रिड की क्षमता को कम से कम दोगुना करने की आवश्यकता है। कुछ भविष्यवाणियों में यह भी कहा गया है कि हमें मौजूदा क्षमता को तीन गुना करने की आवश्यकता है।"

Inam ने कहा कि डेटा सेंटर्स की शक्ति की मांग को पूरा करना एक विशेष रूप से बड़ा अवसर है।

टेक दिग्गजों के उद्दाम कृत्रिम बुद्धिमत्ता की योजनाएं डेटा सेंटर हॉटस्पॉट्स जैसे वर्जीनिया, जॉर्जिया और टेक्सास में बिजली वितरकों की बिजली ग्रिड पर बड़ा बोझ डाल रही हैं। इसने डेटा सेंटर विकासकर्ताओं को ग्रिड पर दबाव कम करने के लिए तरीके ढूंढने को प्रेरित किया, जिसमें निकटवर्ती या ऑन-साइट जेनरेटर और बैटरी बनाना शामिल है।

"तीन बड़ी समस्याएं शक्ति प्रदान करने की गति (ग्राहक तेजी से शक्ति प्राप्त नहीं कर सकते), शक्ति की लागत, और अनेक संसाधनों को एकत्र करने की क्षमता है," Inam ने कहा। "हमने सैकड़ों या हजारों साइटो