Завладување на енергетското биднина: Стратегиска еволуција на технологијата за тврдостански трасформатори во Соединетите Американски Држави
DG Matrix и Resilient Power великаат дека нивните тврдотелни трансформатори можат да намалат цената, временото и комплексноста на доставување на електрична енергија до податочни центри, заредници за електромобили (EV) и слично. Електротехничарите веќе децении мечтаат за уред кој ќе може беспрекинато да поврзе соларни панели, батеријски системи и генератори на местото со опрема со висок напон како EV заредници или сервери во податочни центри без потреба од голем количник на скапа опрема за да работат заедно.
Сега, овие уреди наречени тврдотелни трансформатори започнуваат да влегуваат на пазарот — и нивното појавување не можеше да биде поточно во времето.
Ова е затоа што технологијата може да биде клучна за управување со масивните енергетски барања на податочни центри, фабрики и EV заредници, кои можат да прекомерат енергетската мрежа и да изгубат електропоставувачите да горат повеќе фосилни горива што допринашуваат на глобалното загревање.
Тренутно, барањето за електричество од овие големи корисници преминува капацитетот на енергетската мрежа на САД. Теоретски, овој проблем може да се реши дозволувајќи им да инсталираат своите соларни панели, батерии и генератори на местото — идеално микроградови — но оваа се чини проста решенија е всушност екстремно комплексна и скапа за реализирање.
Секој соларен низ, батерија, горивна клетка, генератор или друг извор на енергија на местото бара многу делови на опрема — електротехнички заштитни уреди, изолациони трансформатори, стап-уп и стап-даун трансформатори, преобразувачи на енергија — за да го конвертираат безбедно праволиниски (DC) во алтернативен (AC) или обратно, и да го зголемат или намалат напонот за да задоволат потребите на различни опфати во зграда.
Тврдотелните трансформатори можат да постигнат сите овие функции само со еден уред, контролирајќи електричеството толку флексибилно како рутерот контролира протокот на податоци. Ова е особено вредно за управување со опрема со високо енергетско барање (како EV заредници) или опрема екстремно осетлива на квалитетот на енергијата (како рацете со сервери во податочни центри).
Така вели Харун Инам, CEO и соосновач на DG Matrix. DG Matrix е една од малку компаниите кои почнале да ставаат тврдотелни трансформатори во практичко употреба. Тој вели дека DG Matrix собра $20 милиони во март оваа година и моментално гради фабрика во Јужна Каролина, која се очекува да почне со работа подоцна оваа година со годишна производна способност од 1.000 единици. "Влезуваме во огромниот и недостаточно обслужен пазар на комерцијални и индустријски микроградови," вели тој. "Луѓето не го правеле ова поради големата цена на изградба на единствен, специјализиран микроград."
DG Matrix не е единствената компанија која работи на ова. Heron Power, стартап основана од бившиот служител на Tesla Дреј Баглино, собра $43 милиони и се цели да изгради своите први тврдотелни трансформатори до 2027 година. Amperesand собра $12.5 милиони минатата година за продолжување на развојот на тврдотелни трансформатори кои се тестираат на енергетската мрежа на Сингапур.
Големите електронски компании се интересираат од ова. Електротехничкиот гигант Eaton се согласи месец по минало да придобие Resilient Power Systems, која собра $5 милиони во 2021 година за изградба и деплоймент на нивната опрема за конверзија на енергија за EV заредници и други околини со високо енергетско барање. Eaton ќе инвестира $55 милиони во компанијата на завршување на трансакцијата; според финансиската и техничката перформанца на Resilient Power во следните неколку години, Eaton можеби ќе плати дополнително $95 милиони.
"Многу луѓе работеле на оваа технологија повеќе од десетилетие," вели Ајдан Грахам, стар вице-президент и генерален директор на бизнисот Critical Power Solutions на Eaton. Сега, со напредокот на неколку клучни инженерски технологии, оваа технологија може да има својот златен век — електропоставувачите и други институции почнаа да ги тестираат.
Еволуција на Тврдотелните Трансформатори
Eaton работи на истражување и развој на тврдотелни трансформатори веќе многу години. Компанијата покажала како да го скалира производството и деплойментот на технологијата на Resilient Power. Но Грахам вели: "Изучуваме неколку области, вклучувајќи EV заредници и интеграција на батерии во податочни центри и други критични околини. 'Изгубата на енергија за една секунда може да застраши животите на луѓето и да кошта многу пари.'"
Мајкл Вуд III, главен одборник на DG Matrix, вели дека компанијата тестира нивната опрема со компанија вклучувајќи електротехничкиот производител ABB, електропоставувачот Duke Energy во Јужна Каролина и PowerSecure, голем разработувач на микроградови и енергетски системи за податочни центри во сопственост на Southern Co.
"Најдобриот начин да се добие следната гигаватска енергија е да се изградат дистрибуирани системи," вели Вуд. "Денес треба сите овие уреди за да функционираат овие проекти беспрекинато. DG Matrix го елиминира равновесието меѓу сите овие системи и го поедноставува во еден систем."
Инам вели дека цената на користење на тврдотелниот трансформатор на DG Matrix е само половина од цената на поврзување на типични компоненти на микроград со комбинација на многу технички стандарди. Покрај тоа, го олеснува брзо мешање и менување на опрема или промена на системскиот конфигурација на податочни центри, EV заредници и други потенцијални места за микроградови.
Значи, ако тврдотелните трансформатори се така корисна технологија, зошто влегуваат во полето само сега?
Постојат добри причини за тоа што отшло толку долго, вели Влатко Влатковиќ, партнер на Clean Energy Ventures, инвеститор во DG Matrix и ветеран на индустријата за електрифицирање на General Electric, кој се присоедини на управниот одбор на стартапот оваа година.
Енергетската мрежа се оснава на електромеханички уреди кои работат релативно просто и малку се промениле во последното столетие. Напредокот во последните неколку години направи можно уреди како соларни инвертори или EV возилни системи, но полупроводниците кои го прават модерното компјутирање може да не се широко користат во енергетската мрежа.
"Побарувањето на индустријата да користи повеќе електроника за енергија беше огромен предизвик," вели Влатковиќ, особено на повисоки напони во мрежата. До недавно, основната технологија "не беше доволно голема или надежна. Посочени биле технички проблеми."
Слични предизвикители плесали тврдотелните трансформатори во индустријски применувања со висок напон, вели Нејл Дикеман, партнер на Energy Transition Ventures, инвеститор во Resilient Power. Тој вели дека продолжуваат напредокот во полупроводниците од силациум карбида и подобрувањето на компјутирачката моќ потребна за да ги направи ефикасни при конверзија на енергија помогна. "Но не е лесно."
Инам, кој служеше како главен технички директор на Smart Wires пред да се приклучи на DG Matrix во 2023 година, напоменува дека стартапот мораеше да реши неколку клучни предизвикители за да стигне до оваа точка.
Прво, на висок напон, топлината генерирана од DC-AC конверзија е тешко да се дисипира. Обработка на "електромагнетски шум", или интерференција каузирана од истото високочестотно електрично сврчување. "Ако не знаеш како да го ефективно намалиш шумот, влијае на сѐ. Може да предизвика прекумуравање, експлозии и пониска перформанца," вели Инам.
Меѓутоа, решавањето на овие предизвикители имаше и своја награда. "Нашата технологија сега е доволно зрела и софистицирана така што можеме да започнеме со испуштање на надежна опрема," вели Влатковиќ.
Зошто Сега Е Времето За Тврдотелни Трансформатори
Не може да биде подобро време.
"Сѐ е електрифицирано, од автомобили до индустрија до станување," вели Влатковиќ. "Ако погледнете прогнозите за енергијата која ќе треба да достави мрежата во следните 10-20 години, ќе видите дека треба да ја подвоиме капацитетот на мрежата. Некои прогнози даже вели дека треба да го троиме постојната капацитет."
Инам вели дека задоволувањето на енергетските барања на податочните центри е особено голема можност.
Амбициозните планови за вештачка интелигенција на технологичните гиганти поставуваат огромен бремен на енергетските мрежи на електропоставувачите во податочни центри као што се Вирџинија, Џорџија и Тексас. Ова ги побара разработувачите на податочни центри да истражуваат начини за намалување на притисокот на мрежата, вклучувајќи генератори и батерии поблизу или на местото.
"Три големи проблеми се брзината на доставување на енергија (клиентите не можат да добијат енергија доволно брзо), цената на енергијата и можноста да се агрегираат повеќе ресурси за флексибилност," вели Инам. "Разговарувавме со корпоративни клиенти со стотици или хиљади локации. Најголемиот предизвик за нив е дека мора да дизајнираат секоја локација од нулата. Тие бараат готово решение за предизвикот на деплоймент на 1.000 локации наместо една."
Тврдотелните трансформатори можат да помогнат за задоволување на овие потреби, вели Влатковиќ. "Од комплексни инсталации и повеќе компанија до една компанија која се грижи за сѐ."
Ставање На Повеќе Функции Во Малки Пацети
Грахам од Eaton вели дека "високоплотна" упаќање може исто така да спести вредно пространство во тесни околини како што се податочни центри и EV заредници. Тврдотелните трансформатори можат да се масовски произведат во фабрики, намалувајќи ја цената и временото на електротехничката работа на стројни места. "Го вративте во контролирано производно окружение," вели Грахам.
Покрај тоа, имањето на еден уред кој може да изврши повеќе задачи поедноставува инженерските барања, вели Дикман.
"Ако дизајнирате комплексен систем со готови компоненти, несовместимоста на различните уреди не може да ги исполнат сè потреби на системот. Ова го зголемува цената и го намалува ефикасноста," вели тој. "Овој проблем може да се реши со специјализирани продукти — но тоа е повеќе скапо и ризично. Кога се занимавате со соларна енергија, чување на енергија и податочни центри, и луѓе кои мораат да се движеат брзо и имаат потреба од нешто надежно и евтино, сѐ се распада."
Хоакин Агерре, директор за стратегиско портфолио развитие на компанијата, вели дека сите овие потенцијални предности го побараа разработувачот на микроградови PowerSecure да започне пилотни проекти на барем две тврдотелни трансформаторски технологии, вклучувајќи тестирање во соработка со DG Matrix. "Се обидуваме да бидеме на фронтот на оваа технологија."
PowerSecure дизајнираше и инсталираше повеќе од 2.4 гигаватска капацитет на микроградови за клиенти од големи ретајлерски компании и болници до електропоставувачи и податочни центри. Компанијата е особено фокусирана на тврдотелни трансформатори за интеграција на енергетски ефикасни "хибридни микроградови" кои комбинираат "соларна енергија, чување на енергија, природен гас генератори, горивни клетки, EV заредници — што и да можете да си замислите," вели Агерре.
"Реалната маркетска потреба започнала да се јавува," вели тој. Исто така, "повеќето од овие компанија се все уште во раните фази.... Следниот логичен чекор е да се провежат соодветни пилотни проекти за да се набљудуваат реални случаи на користење на клиентите на помалка скала" и да се тестираат долготрајноста и надежноста на соодветните технологии.
Накрај, независно од недостатоците на традиционалните трансформатори споредено со супермодерната електроника за енергија, "не често се повредуваат," вели Агерре. "Сите очекуваат иста надежност од било кој тврдотелен трансформатор што го гледаат."
