Að taka á móti raforkuframtíðinni: Störfleg þróun teknologies sólhlutsrafastofns í Bandaríkjunum

DG Matrix og Resilient Power segja að þeirra örugga straumskiptar geti lætt kostnað, tíma og flóknar til að veita orku til gagnagrunnastöðva, ákveðisbílakvika (EV) og svæða af sama gerð. Fyrir tækifæri hafa raforkuverkfræðingar hefur ótt um tæki sem getur sameinast sólarþeljar, battrasamstæður og staðbundin orkugjafi við háorkustýrt tæki eins og EV akstöðvar eða miðlara í gagnagrunnum án þess að þurfa stórar mælingar dýrlega húss til að fá þau að vinna saman.

Nú eru þessi tæki, sem kallað er öruggir straumskiptar, að byrja á að komast á markaðinn - og ekki væri tíminn meðal betra.

Þetta er vegna þess að teknologían getur verið lykill til að takast á móti massívi orkubeiðni gagnagrunnastöðva, verkstaða og EV kvikastaða, sem getur ofrbjargað orkunet og valdið að orkufyrirtækjum bræki fleiri fossila brennivörur sem halda aukin globala varmunn.

Nú er orkubeiðni þessara stórra orkunota yfir ofrum orkuverks netið í Bandaríkjunum. Þéttilega séð gæti þetta vandamál verið lausn með því að leyfa þeim að setja upp eigið sólarþeljar, battar og orkugjafi á staðnum - bestu mögulegu mikroorkunet - en þessi sýnisbara einfald líður er í raun mjög flókin og dýr að framkvæma.

Hver sólarþeljar, battar, brandgassgjafi, orkugjafi eða annar staðbundi orkugjafi nýtur margar tæki - skylduverk, skilgreindir straumskiptar, stigandi og lækkandi straumskiptar, orkubreytir - til að tryggja umbreytingu beins straums (DC) í sveifanda straum (AC) eða öfugt, og auka eða lækkka spenna til að uppfylla nauðsyn á mismunandi hlutum í byggingu.

Öruggir straumskiptar geta náð allar þessar aðgerðir með einu tæki, stýrir orku eins fljótlega og router stýrir gögngreiðslu. Þetta er sérstaklega gildlegt til að stjórna tækjum með háa orkubeiðni (eins og EV akstöðvar) eða tækjum sem eru mjög viðkvæm fyrir orkuhæð (eins og server rack í gagnagrunnum).

Svo segir Haroon Inam, forseti og stofnandi DG Matrix. DG Matrix er eitt af fáum fyrirtækjum sem hefur byrjað að setja örugga straumskipta í verk. Hann segir að DG Matrix hafi safnað $20 milljón í mars þess árs og sé nú að byggja virkjun í Norð-Carolina, sem er búið að byrja að vinna með árlega framleiðslu af 1.000 einingum. "Við erum að fara inn í stóra og óþjónaða viðskipta- og verkstæðismarkað mikroorkunets," sagði hann. "Fólk hefur ekki gert þetta vegna þess að kostnaðurinn við að byggja eina, sérstök mikroorkunet er of dýr."

DG Matrix er ekki eina fyrirtæki sem starfar á þessu. Heron Power, frumkvæmd sem stofnuð var af formari Tesla starfsmaður Drew Baglino, hefur safnað $43 milljón og ætlar að byggja fyrstu öruggu straumskipta sína árið 2027. Amperesand safnaði $12,5 milljón á síðasta ári til að halda áfram að útbúa örugga straumskipta sem er prófað á Singapores orkuneti.

Stórir elektrónverslumenn eru áhuga á þessu. Raforku tæki fjölmennta Eaton samþykktu seinast mánuði að kaupa Resilient Power Systems, sem safnaði $5 milljón árið 2021 til að byggja og setja upp orkubreytir sínir fyrir EV kvikastaða og aðra háorku notendur. Eaton mun leggja $55 milljón í fyrirtækið við lok handvirkingar; á eftir Resilient Powers fjármál og teiknileg aðstæður í næstu nokkrum árum, gæti Eaton lagt frekara $95 milljón.

"Margar menn hafa verið að vinna á þessari teknologi fyrir að minnsta kosti áratug," sagði Aidan Graham, forystumaður og stjórnandi Eaton's Critical Power Solutions viðskipta. Nú, með framfar í nokkrum aðalskilninga tækni, gæti þessi teknologi endanlega komið í sinnum gullaldur - orkufyrirtæki og aðrar aðila hafa byrjað að prófa það.

Uppkomst örugga straumskipta

Eaton hefur verið að vinna á rannsóknar og útgáfu örugga straumskipta fyrir mörg ár. Fyrirtækið hefur ekki ytrið hvernig það ætlar að stækka framleiðslu og útbúnað Resilient Powers teknologi. En Graham sagði: "Við erum að skoða nokkur svæði, þar á meðal EV kvika og að sameina battar í gagnagrunne og aðrar mikilvægar umhverfi. 'Að mista orku fyrir eina stund getur hætt mannlífi og kostið mikið peninga.'"

Michael Wood III, forsætisfulltrúi DG Matrix, sagði að fyrirtækið sé að prófa tæki sitt með fyrirtækjum eins og elektrónverslunar fjölmennta ABB, North Carolina orkufyrirtæki Duke Energy, og PowerSecure, mikil mikroorkunet og gagnagrunnar orkutæki útbúnaður sem er eign á orkufyrirtæki Southern Co.

"Besta leiðin til að fá næstu gigawatt orku er að byggja dreifð kerfi," sagði Wood. "Í dag þarf allar þessar tæki til að láta þessa verkefni vinna vel. DG Matrix tekur undan jafnvægi á allum þessum kerfum og einfaldar það í eitt kerfi."

Inam sagði að kostnaðurinn við að nota DG Matrix örugga straumskipta sé aðeins hálft af því að tengja vanaleg staðbundi mikroorkunet hluti með mengi af mörgum teknískum staðlinum. Í viðbót að því gerir það auðveldara að flýtta og misla tæki eða breyta kerfisstillingu gagnagrunna, EV kvikastaða og aðrar mögulegar mikroorkunet staðir fljótt.

Svo ef öruggir straumskiptar eru svo gildleg teknologi, af hverju eru þeir aðeins að koma í boð nú?

Það er góð ástæða fyrir að það hefur tekið svo langan tíma, sagði Vlatko Vlatkovic, félagi hjá Clean Energy Ventures, DG Matrix viðskiptavin og gamall mannskapa General Electric's industrial electrification viðskipta sem gekk á fyrirtækjas nefnd árið 2023.

Orkunetin byggja mest á raforku mekanískum tækjum sem vinna relatívan einfaldlega og hafa ekki breyst mikið síðan árlega öld. Ásamt sumum framfarum í nýlegum árum sem gerðu tæki eins og sólar inverter eða EV drive kerfi mögulegt, hafa semilegir sem hafa gerð moderna reiknirit möguleg verið ekki almennt notað í orkuneti.

"Að hreyfa viðskipta til að nota meira orkutækni hefur verið stórt áfanga," sagði Vlatkovic, sérstaklega við hærri orkunet spennu. Þar til nýlega var undirliggjandi tækni "ekki nógu stór eða örugg." Það voru teknískar vandamál."

Líkar vandamál hafa plagað örugga straumskipta í háspennu verkstæði, sagði Neal Dikeman, félagi hjá Energy Transition Ventures, viðskiptavin Resilient Power. Hann sagði að endurtekur í silícium karbid semilegum og bætti í reikniritum sem eru nauðsynleg til að gera þau kraftgild við orkubreytingu hafa hjálpað. "En það er ekki auðvelt."

Inam, sem var fyrir hæstar teknólogur hjá Smart Wires áður en hann gekk á DG Matrix árið 2023, merkti að upphafsverk hafði að leysa nokkur stök vandamál til að koma hingað.

Fyrst, við hærri spennu, er hitinn sem myndast við DC-AC breytingu erfitt að dreifa. Að vinna við "raforku myndræna hljóð", eða óru sem myndast af sama hárfrekari raforku skiptingu. "Ef þú veist ekki hvernig á að dreifa hljóðið viðmælis, þá hefur það áhrif á allt. Það getur valdið ofrhiti, sprungu og dreift meðferð," sagði Inam.

En að leysa þessi vandamál hefur einnig beloningar. "Tækni okkar er nú fullorðin og sofistísk nokkuð að við getum gefið út örugg tæki," sagði Vlatkovic.

Af hverju er nú rétt tími fyrir örugga straumskipta

Tíminn getur ekki verið betri.

"Allt er að verða elektrískt, frá bílum til verkstæða til húsa," sagði Vlatkovic. "Ef þú skoðar áætlanir um orku sem orkunetin verða að veita í næstu 10 til 20 árum, þá sjást að við þurfum að að minnsta kosti tvöfald orkunet spennu. Sumar áætlanir segja að við þurfum að þrefolda núverandi spennu."

Inam sagði að að uppfylla orkubeiðni gagnagrunnastöðva sé sérstaklega stór tækifæri.

Ambítiós aritmetíska snærisverk tech fjölmennta er að leggja mikil byrðu á orkunet orkufyrirtækja í gagnagrunnar höfnir eins og Virginia, Georgia og Texas. Þetta hefur valdið að gagnagrunnar útbúninga hafa skoðað leiðir til að lágmarka þrýsting á orkunet, þar á meðal að byggja gengjara og batta nálægt eða á staðnum.

"Þrjú stóru vandamál eru hraði orku veitingar (viðskiptavinir fá ekki orku fljótast), kostnaður orku, og að geta sameint mörg gildi fyrir rugleika," sagði Inam. "Við höfum talað við fyrirtæki viðskiptavinum með hundrað eða þúsundir staða. Stórt vandamál sem þeir standa fyrir er að þeir þurfa að hönnuða hverja stað frá grunni. Þeir eru að leita að turnkey lausn á úthlutun 1,000 staða í stað einnar."

Öruggir straumskiptar geta hjálpað að uppfylla þessa þarfir, sagði Vlatkovic. "Frá flóknar útbúninga og mörgum fyrirtækjum til einu fyrirtækis sem tekur á sig allt."

Setja meira aðgerð í minni pakka

Graham hjá Eaton sagði að "háorkuþétt" pakka geti einnig vistað gildan pláss í trangum umhverfi eins og gagnagrunnar og EV kvikastaða. Öruggir straumskiptar geta verið framleidd í virkjunum, lætta kostnað og tíma af elektrískum verki á byggingarsvæðum. "Þú hefur fært það aftur í stýrða framleiðslu umhverfi," sagði Graham.

Í viðbót að því að hafa eitt tæki sem getur gerð flóknar aðgerðir einfaldar verkfræði kröfur, sagði Dickman.

"Ef þú hönnuð flóknar kerfi með venjulegum tækjum, missmatch mismunandi tækja getur ekki fullt uppfyllt kerfi kröfur. Þetta hækka kostnað og lækkar kraftgildi," sagði hann. "Þú getur leyst þetta vandamál með sérstök tæki - en það er dýrara og riskerari. Þegar þú ert að vinna með sólu, orkuafla og gagnagrunne, og fólk sem þarf að hreyfa sig fljótlega og þarf eitthvað öruggt og billigt, allt falla saman."

Joaquin Aguerre, fyrirtækis stjórnandi strategiska viðskipta, sagði að allar þessar mögulegar kostir hafa valdið að mikroorkunet útbúninga PowerSecure hafi sett fram prufuverkefni af að minnsta kosti tveim örugga straumskipta teknólógíum, meðal annars í samstarfi við DG Matrix. "Við erum að reyna að vera í framan þessa teknológíu."

PowerSecure hefur hönnuð og sett upp yfir 2,4 gigawatt mikroorkunet spennu fyrir viðskiptavini frá stórum verslum og sjúkrahúsum til orkufyrirtækja og gagnagrunnar. Fyrirtækið er sérstaklega áhuga á örugga straumskipta til að sameina orkuefna "hybrid mikroorkunet" sem sameina "sólu, orkuafla, naturgass gengjara, brandgass, EV kvika - hvað sem er þú getur hugsað," sagði Aguerre.

"Raunveruleg markaðarbeiðni hefur byrjað að koma fram," sagði hann. Síðan, "mest þessa fyrirtækja eru enn í upphafsstigi.... Næsti logalega skref er að keyra viðeigandi prufuverkefni til að skoða raunverulegar viðskiptavinir notkun tilfelli í minni skali" og prófa orkuþol og öruggu teknología.

Eftir allt, hvort sem það er hvaða neikvæðar eiginleikar vanalegra straumskipta í samanburði við nýjustu orkutækni, "þeir mista ekki oft," merkti Aguerre. "Allir biðja sama öruggu frá hvaða öruggu straumskipta sem þeir horfa á."