Энергиялық болашақты ұстау: Америка Құрама Штаттарындағы солид-стейт трансформатор технологиясының стратегиялық өсуі

DG Matrix және Resilient Power солидтік трансформаторларының электр энергиясын дата центрлеріне, электр автомобильдерін (EV) толтыру хабтарына және сондай-ақ ұсыну мүмкіндігін азайта алғанын, уақытын, күрделілікті азайтуға болады. Жылдар бойы, электр инженерлері солнушылық панелдерін, батареялық жүйелерін, және орындағы жүргізгіштерді EV зарядқыштарына немесе дата центр серверлері сияқты жоғары деңгейдегі түйінділерге сейлестендірудің үшін көптеген қымбат аппараттарды қажет етпейтін құрылғы туралы өлшенген.

Енді, солидтік трансформатор деп аталатын бұл құрылғылар нақтылықпен базарға кіріп бастады — және олардың пайда болуы жаман кезде болған.

Бұл технология дата центрлерінің, өнеркәсістердің, EV зарядқыш хабтарының артықшылық энергия талаптарын шешудің негізгі маңызы бар, өйткені бұл энергия қосымша жүздік жұмысшылардың қажетін пысқарып, глобалдық жылуынуға ықпал етуге әкелуге мүмкіндік береді.

Азықтай, бұл үлкен энергия қолданушыларының электр энергиясы талаптары АҚШ энергия желісінің ұсыну қабілетінен астам. Теориялық түрде, бұл есеп олардың өздерінің солнушылық панелдерін, батареяларын, жүргізгіштерін орнату арқылы шешілуге болады — ідеалды түрде микроэнергия желілері — бірақ бұл қарағанда қарапайым шешім нақтылықпен өте күрделі және қымбат қолданылатын.

Әрбір солнушылық массив, батарея, жүзек құбыр, жүргізгіш немесе басқа өзіндік энергия ресурсы үшін өзара қорғау құрылғылары, изоляциялық трансформаторлар, деңгейлендіру және деңгейді төмендету трансформаторлар, энергия конверторлары сияқты бірнеше құрылғылар қажет — түйінді үшін түрлендіру (DC) және өзара үшін (AC) немесе керісінше, және құрылыс ішіндегі әртүрлі жүктерге қолайлы болу үшін напряжение деңгейін жою немесе жою үшін.

Солидтік трансформаторлар барлық бұл функцияларды бір құрылғы арқылы орындауға болады, роутердің деректер ақысын басқару сияқты гибкі түрде электр энергиясын басқаруға болады. Бұл әсіресе жоғары энергия талаптарын (EV зарядқыштары сияқты) немесе энергия сапасына өте жауапкершілік (дата центрлеріндегі сервер стендтері сияқты) құрылғыларды басқару үшін өте пайдалы.

Демек, DG Matrix CEO және со-немесінің негізін қалаған Харун Инам деп айтады. DG Matrix - бұл солидтік трансформаторларды практикалық қолданысқа енгізген немересі компаниялардың бірі. Ол айтқанынча, DG Matrix қазіргі жылдың мартында $20 миллион жинады және Шығыс Каролина аймағында өндірістік құрылыс ағынды жасауда, ол құрылыс жылынан кейін 1000 құрылғы жыл сайын өндіріп, ишке қосылуы күтіледі. "Біз үлкен және қолданылған коммерциялық және промышлендік микроэнергия желілерінің басқаруына кіріп жатырмыз," деп айтады. "Адамдар бұлға қол қоюға болмады, себебі әр түрлі микроэнергия желісін құру қымбат."

DG Matrix - бұл жұмысты жасайтын ең бір компания емес. Tesla құрылғысы Дрю Баглино тағы бір компания Heron Power құрылған, $43 миллион жинаған және 2027 жылға қарай өзінің бірінші солидтік трансформаторларын құруға ұмтылған. Amperesand өткен жылы $12.5 миллион жинаған және Сингапур энергия желісінде тесттен өтудегі солидтік трансформаторларды қалпына келтіру үшін жалғасып жатыр.

Үлкен электроникалық компаниялар бұл қызығушылыққа қызығушы. Электр техникалық аралық Етон минул айда Resilient Power Systems құрылғысын сатып алуға келісімді түзген, 2021 жылы $5 миллион жинаған және EV зарядқыш хабтары сияқты жоғары энергия қолданушылық ауылшарлары үшін энергия конверторларын құру мен қолдану үшін. Етон компанияға қызмет көрсету кезінде $55 миллион инвестицияланады; Resilient Power құрылғысының финансалық және техникалық өнімділігіне қарай Етон қосымша $95 миллион төлеуге даяр.

"Көптеген адамдар бұл технологияға үш жылдан астам уақыт бойы жұмыс істейді," деп айтады Етонның Critical Power Solutions бизнесінің бас директоры Айдан Грехам. Енді, бірнеше маңызды инженерлердің өнімділіктерінің өсуімен, бұл технология содан кейін золоттық доңғалағына қол жеткізуге болады — жүздік жұмысшылар және басқа ұстанымдар оны тесттен өтуге бастады.

Солидтік трансформаторлардың өсуі

Етон солидтік трансформаторлардың зерттеу-развитиясын жылдар бойы жүргізуде. Компания әлі Resilient Power технологиясын өндірістік қолдану және қолдану үшін қалай масштабтауға қатысты ашық емес. Бірақ Грехам айтқанынча: "Біз EV зарядқыштары мен батареяларды дата центрлері және басқа маңызды ауылшарларға интеграциялау сияқты бірнеше аймақтарды зерттеп жатырмыз. 'Энергияның қысымы да өмірлерді қауіпсіздікке қоя алады, өте қымбат табысқа әкеледі.'"

DG Matrix компаниясының главный советник Майкл Вуд III деп айтады, компания электр құрылғыларының өндірісінің үлкен құрылғысы ABB, Солтүстік Каролина энергия қызметкері Duke Energy және энергия қызметкері Southern Co. құрылғысы PowerSecure сияқты компаниялармен өздерінің құрылғыларын тесттен өтуге қатысады.

"Келесі гигаватт энергиясын алу үшін үлкен құрылғыларды қолдану үшін ең жақсы тәсіл," деп айтады Вуд. "Өнімді қолдану үшін қазір сізге барлық бұл құрылғылар қажет. DG Matrix барлық бұл системалардың арасында теңсіздікті жою және бір системада қысқартуға болады."

Инам айтқанынша, DG Matrix солидтік трансформаторын қолдану үшін өзіндік микроэнергия желілерінің бірнеше техникалық стандарттарын қолдану үшін жартысынан аз қымбат. Сондай-ақ, ол дата центрлері, EV зарядқыш хабтары және басқа потенциалды микроэнергия желілерінің система конфигурациясын қуатты қысқартуға және өзгертуге қолайлы болады.

Демек, егер солидтік трансформаторлар өте пайдалы технология болса, неліктен олар қазір ге ғана кіріп келеді?

Оның ұзақ уақытты қолданылуына қатысты жақсы себеп бар, деп айтады Влатко Влаткович, Clean Energy Ventures партнері, DG Matrix инвесторы және General Electric индустриялық электрификация бизнесінің ветераны, ол құрылғысына қатысты жыл сайын тұрады.

Энергия желісі өте қарапайым және өткен жылдар бойы өзгеріспеңіз электромеханикалық құрылғыларға терең түседі. Несие жылдарының артықшылығы, солнушылық инверторлар сияқты немесе EV қозғалыс құрылғылары мүмкін болды, бірақ совремалық эсептеулерді мүмкін болатын полупроводники энергия желісінде өте аз қолданылады.

"Промышлендік құрылғыларды қолдану үшін өте қиын," деп айтады Влаткович, әсіресе жоғары энергия желілерінде. Алғашқы заманда технология "өте үлкен немесе өте қуатты болмады. Техникалық есептер болды."

Resilient Power инвесторы, Energy Transition Ventures партнері Нил Дикман деп айтады, солидтік трансформаторларды жоғары напряжение промышлендік қолдану үшін өзінің сияқты қиындықтар болды. Ол айтқанынша, карбид силиций полупроводниктердің өзара қалыптасуы және оларды өзара қалыптасу үшін қажетті эсептеу қуатының жақсартуы көмектесті. "Бірақ бұл өте оңай емес."

Инам, 2023 жылы DG Matrix-ке қосылу өзінің Smart Wires құрылғысының chief technology officerы болған, құрылғысының бірнеше маңызды есептерін шешу үшін қолданылған деп айтады.

Бірінші, жоғары напряжение деңгейінде DC-AC түрлендіру арқылы пайда болған жылуын жою қиын. "Электромагниттік шуы" же үлкен частоттағы электр энергиясының қозғалысынан пайда болған қызметтермен басқару. "Егер сіз шуын қалай қолдануға білбесеңіз, бұл барлығына ықпал етеді. Ол ысыну, пырақ, және өнімділікті төмендету үшін ықпал етеді," деп айтады Инам.

Бірақ бұл есептерді шешу үшін сапалы өнімдерді шығару үшін да қолайлы болды. "Біздің технологияларымыз қазір өте сапалы және өнімді болып, біз қуатты құрылғыларды шығаруға болады," деп айтады Влаткович.

Солидтік трансформаторлардың уақыты

Уақыты өте қызық.

"Барлығы электрификацияланып, машиналардан промышлендік құрылғыларға дейін," деп айтады Влаткович. "Егер сіз энергия желісінің өткен 10-20 жыл ішінде қолданылуы керек болатын энергияны бақылап, біз өзіміздің энергия желісін ең кемінде екі есе өсіруіміз керек. Біреуінің бағдарламасына қарай, біз өзіміздің энергия желісін үш есе өсіруіміз керек."

Инам айтқанынша, дата центрлерінің энергия талаптарын қанағаттандыру өте маңызды мүмкіндік.

Технологиялық ұлттықтың артықшылық жасанды интеллект планы дата центрлерінің энергия желілеріне өте үлкен тауықтарын қол жеткізеді, мисалы, Вирджиния, Джорджия және Техас. Бұл дата центрлерінің өнімдері энергия желілерінің қысымдарын азайту үшін жақында немесе өзінде жүргізгіштер мен батареяларды құруға тырысады.

"Үш маңызды есептер: энергия қысымы (қолданушылар өте ыңғайлы), энергия қымбатты, және өзара қолдану үшін көптеген ресурстарды біріктіру," деп айтады Инам. "Біз соттары мен мыңдары бар қолданушылармен сөйлескен. Олардың әрбір сайтты жаңадан құруға тура келеді. Олар 1000 сайт қолдану үшін бір затты қолдануға қарайды."

Солидтік трансформаторлар бұл талаптарды қанағаттандыруға көмектеседі, деп айтады Влаткович. "Түрлі құрылғылар мен компаниялардан бір компания әртүрлі қызметтерді қолдануға қарайды."

Жоғары өнімділікті қызметтерді қысқарту

Етонның Грехамы деп айтады, "жоғары энергия өнімділігі" құрылғылары дата центрлері және EV зарядқыш станциялары сияқты қысқартылған ауылшарларда өте маңызды орын сактайды. Солидтік трансформаторлар заводта массалық өндірілетін, олардың жасалуы строй қызметтерінің қызметтерін азайтуға және уақытын қысқартуға ықпал етеді. "Сіз оны қолдануға қарайсыз, ол контролді өндірістік ауылшарға қайта қайта қолдануға қарайды," деп айтады Грехам.

Дикман айтқанынша, бір құрылғының бірнеше қызметтерді орындау үшін инженерлердің талаптарын қысқартады.

"Егер сіз түрлі құрылғыларды қолданып, түрлі құрылғылардың өзара қалыптасуы системаның талаптарын толық қанағаттандыруға болмады. Бұл қызметтерді қымбатты және өнімділікті төмендетеді," деп айтады. "Сіз бұл есептерді шешу үшін өзара қолдануға болады — бірақ бұл өте қымбат және ризикто. Кез келген уақытта солнушылық энергия, энергия сакталу, дата центрлері және өзара қолдану үшін өте қызметтер қажет."

Жоакин Агурре, компанияның стратегиялық портфельдік өнімдердің директоры деп айтады, барлық бұл мүмкіндіктер PowerSecure микроэнергия желілерінің өнімдерін солидтік трансформаторлардың ең аз екі технологиясын тесттен өтуге ықпал етеді, сондай-ақ DG Matrix қолдануымен тесттен өту. "Біз бұл технологияның басында болуға тырысқаныңызды қалыптасуға қараймыз."

PowerSecure үлкен сатып алушылар, ауылшарлар, энергия қызметкерлері және дата центрлері сияқты клиенттер үшін 2.4 гигаватттан астам микроэнергия желілерін құру және орнату. Компания "солнушылық, энергия сакталу, природалық газ жүргізгіштері, жүзек құбыр, EV зарядқыштары — не ғана ойлап табуға болады," деп айтады Агурре.

"Нақты талаптар басып келді," деп айтады. Сондай-ақ, "бұл компаниялардың көпшілігі әлі басқа қадамдарда... Келесі логикалық қадам - өзара қолдану үшін қызметтерді өзара қолдану үшін тесттен өту және технологиялардың өзара қолдануын тесттен өту," деп айтады Агурре.

Сонымен қатар, барлық традиционды трансформаторлардың өзара қолдануына қатысты әртүрлі әсерлерге қарағанда, "олар өте сейімді," деп айтады Агурре. "Барлық адамдар солидтік трансформаторларды өзара қолдану үшін сейімділікті өзара қолдануға қарайды."