Menangkap Masa Depan Tenaga: Evolusi Strategik Teknologi Penjana Kuat di Amerika Syarikat

DG Matrix dan Resilient Power mengatakan bahwa transformer bermaterial padat mereka dapat mengurangi biaya, waktu, dan kompleksitas dalam menyediakan tenaga ke pusat data, stesen pengisian bateri kenderaan elektrik (EV), dan sebagainya. Selama beberapa dekad, jurutera elektrik telah bermimpi tentang peranti yang dapat menghubungkan panel suria, sistem bateri, dan janaan di tempat tanpa memerlukan banyak peralatan mahal untuk membuatnya bekerja bersama.

Sekarang, peranti ini yang disebut transformer bermaterial padat benar-benar mulai memasuki pasaran — dan penampilannya tidak bisa lebih tepat waktu.

Ini kerana teknologi tersebut mungkin menjadi kunci untuk menangani permintaan tenaga besar dari pusat data, kilang, dan stesen pengisian EV, yang boleh melampau grid tenaga dan menyebabkan utiliti membakar lebih banyak bahan api fosil yang menyumbang kepada pemanasan global.

Pada masa ini, permintaan tenaga oleh pengguna tenaga besar ini melebihi kapasitas bekalan grid tenaga AS. Secara teori, masalah ini dapat diselesaikan dengan membolehkan mereka memasang panel suria, bateri, dan janaan mereka sendiri di tempat — idealnya mikrogrid — tetapi solusi yang kelihatan mudah ini sebenarnya sangat rumit dan mahal untuk dilaksanakan.

Setiap susunan panel suria, bateri, sel bahan api, janaan, atau sumber tenaga lain di tempat memerlukan pelbagai peralatan — peranti perlindungan elektrik, transformer isolasi, transformer naik dan turun, pemukar tenaga — untuk mengubah arus terus (DC) menjadi arus ulang-alik (AC) atau sebaliknya, dan untuk meningkatkan atau menurunkan voltan untuk memenuhi keperluan beban yang berbeza dalam bangunan.

Transformer bermaterial padat dapat mencapai semua fungsi ini dengan hanya satu peranti, mengawal tenaga dengan fleksibel seperti router mengawal aliran data. Ini sangat bernilai untuk menguruskan peralatan permintaan tenaga tinggi (seperti pengisi bateri EV) atau peralatan yang sangat sensitif terhadap kualiti tenaga (seperti rak server di pusat data).

Demikian kata Haroon Inam, CEO dan co-founder DG Matrix. DG Matrix adalah salah satu daripada beberapa syarikat yang telah mula memasukkan transformer bermaterial padat ke dalam penggunaan praktikal. Beliau berkata bahawa DG Matrix telah mengumpul $20 juta pada Mac tahun ini dan sedang membina kilang di Carolina Utara, yang dijangka akan memulakan operasi akhir tahun ini dengan kapasiti pengeluaran tahunan 1,000 unit. "Kami memasuki pasaran komersial dan industri mikrogrid yang besar dan kurang dilayani," katanya. "Orang-orang belum melakukan ini kerana kos pembinaan mikrogrid tunggal, disesuaikan terlalu tinggi."

DG Matrix bukanlah syarikat satu-satunya yang bekerja pada ini. Heron Power, sebuah startup yang didirikan oleh bekas pekerja Tesla Drew Baglino, telah mengumpul $43 juta dan bertujuan untuk membina transformer bermaterial padat pertamanya pada 2027. Amperesand mengumpul $12.5 juta tahun lalu untuk meneruskan pengembangan transformer bermaterial padat yang sedang diuji pada grid tenaga Singapura.

Syarikat elektronik besar tertarik dengan ini. Raksasa peralatan elektrik Eaton setuju bulan lalu untuk membeli Resilient Power Systems, yang mengumpul $5 juta pada 2021 untuk membina dan mengerahkan peralatan penukaran tenaganya untuk stesen pengisian EV dan lingkungan pengguna tenaga tinggi lainnya. Eaton akan menanam modal $55 juta dalam syarikat tersebut pada penutupan transaksi; bergantung pada prestasi kewangan dan teknikal Resilient Power dalam beberapa tahun ke depan, Eaton mungkin juga membayar tambahan $95 juta.

"Banyak orang telah bekerja pada teknologi ini selama lebih dari satu dekad," kata Aidan Graham, wakil presiden senior dan pengurus umum bisnis Critical Power Solutions Eaton. Kini, dengan kemajuan dalam beberapa teknologi kejuruteraan utama, teknologi ini mungkin akhirnya memasuki era emasnya — utiliti dan institusi lain telah mulai mengujinya.

Evolusi Transformer Bermaterial Padat

Eaton telah bekerja pada penyelidikan dan pembangunan transformer bermaterial padat selama bertahun-tahun. Syarikat tersebut belum mengungkapkan bagaimana cara menskalakan pengeluaran dan pemasangan teknologi Resilient Power. Tetapi Graham berkata: "Kami sedang menjelajahi beberapa bidang, termasuk pengisian EV dan mengintegrasikan bateri ke dalam pusat data dan lingkungan penting lainnya. 'Kehilangan tenaga untuk sesaat pun dapat mengancam nyawa orang dan merugikan banyak wang.'"

Michael Wood III, ketua staf DG Matrix, berkata bahawa syarikat tersebut sedang menguji peralatan mereka dengan syarikat-syarikat seperti raksasa pembuatan peralatan elektrik ABB, utiliti Carolina Utara Duke Energy, dan PowerSecure, pengembang sistem mikrogrid dan tenaga pusat data besar yang dimiliki oleh utiliti Southern Co.

"Cara terbaik untuk mendapatkan gigawatt tenaga berikutnya adalah dengan membangun sistem tersebar," kata Wood. "Hari ini, anda memerlukan semua peranti ini untuk membuat projek-projek ini berfungsi dengan lancar. DG Matrix menghilangkan keseimbangan antara semua sistem ini dan menyederhanakannya menjadi satu sistem."

Inam berkata bahawa kos menggunakan transformer bermaterial padat DG Matrix hanya separuh dari kos menghubungkan komponen mikrogrid biasa di tempat menggunakan kombinasi beberapa piawaian teknikal. Selain itu, ia memudahkan pencampuran dan pencocokan peralatan dengan cepat atau mengubah konfigurasi sistem pusat data, stesen pengisian EV, dan tapak mikrogrid potensial lainnya.

Jadi jika transformer bermaterial padat adalah teknologi yang begitu berguna, mengapa mereka baru memasuki bidang ini sekarang?

Ada alasan yang baik mengapa butuh waktu lama, kata Vlatko Vlatkovic, mitra di Clean Energy Ventures, investor DG Matrix dan veteran bisnis elektrifikasi industri General Electric yang bergabung dengan dewan direksi startup tahun ini.

Grid tenaga sangat bergantung pada peranti elektromekanikal yang beroperasi secara relatif sederhana dan hampir tidak berubah selama abad terakhir. Meskipun ada beberapa kemajuan dalam beberapa tahun terakhir yang telah membuat peranti seperti inverter suria atau sistem pemandu EV mungkin, semikonduktor yang membuat komputasi moden mungkin belum digunakan secara luas dalam grid tenaga.

"Mendorong industri untuk menggunakan lebih banyak elektronik daya telah menjadi tantangan besar," kata Vlatkovic, terutama pada voltan grid yang lebih tinggi. Hingga baru-baru ini, teknologi dasar "tidak cukup besar atau andal. Ada masalah teknikal."

Tantangan serupa telah menghambat transformer bermaterial padat dalam aplikasi industri tegangan tinggi, kata Neal Dikeman, mitra di Energy Transition Ventures, investor dalam Resilient Power. Dia berkata bahawa kemajuan berkelanjutan dalam semikonduktor karbida silikon dan peningkatan daya komputasi yang diperlukan untuk membuatnya efisien dalam penukaran tenaga telah membantu. "Tetapi itu tidak mudah."

Inam, yang sebelumnya menjabat sebagai Ketua Teknologi penyedia kawalan tenaga grid Smart Wires sebelum bergabung dengan DG Matrix pada 2023, mencatat bahwa startup tersebut harus menyelesaikan beberapa tantangan kunci untuk sampai ke titik ini.

Pertama, pada tegangan tinggi, panas yang dihasilkan oleh penukaran AC-DC sulit untuk dibuang. Menangani "noise elektromagnetik," atau gangguan yang disebabkan oleh pemutusan elektrik frekuensi tinggi yang sama. "Jika Anda tidak tahu cara mengurangi noise secara efektif, itu mempengaruhi segalanya. Itu dapat menyebabkan overheating, ledakan, dan penurunan kinerja," kata Inam.

Namun, menyelesaikan tantangan-tantangan ini juga memiliki imbalannya. "Teknologi kami sekarang sudah cukup matang dan canggih sehingga kami dapat meluncurkan peralatan yang andal," kata Vlatkovic.

Mengapa Saat Ini Adalah Waktu yang Tepat untuk Transformer Bermaterial Padat

Waktunya tidak bisa lebih tepat.

"Semuanya sedang di-elektrifikasi, dari mobil hingga industri hingga perumahan," kata Vlatkovic. "Jika Anda melihat proyeksi tenaga yang akan dibutuhkan grid dalam 10 hingga 20 tahun ke depan, Anda akan melihat bahwa kita perlu setidaknya menggandakan kapasitas grid. Beberapa proyeksi bahkan mengatakan kita perlu menggandakan kapasitas yang ada tiga kali lipat."

Inam mengatakan bahwa memenuhi permintaan tenaga pusat data adalah peluang yang sangat besar.

Rencana kecerdasan buatan ambisius raksasa teknologi menempatkan beban besar pada grid tenaga utiliti di hotspot pusat data seperti Virginia, Georgia, dan Texas. Hal ini telah mendorong pengembang pusat data untuk mengeksplorasi cara mengurangi tekanan pada grid, termasuk membangun generator dan baterai di dekat atau di tempat.

"Tiga masalah besar adalah kecepatan pasokan tenaga (pelanggan tidak dapat mendapatkan tenaga dengan cepat), biaya tenaga, dan kemampuan untuk menggabungkan sumber daya ganda untuk fleksibilitas," kata Inam. "Kami telah berbicara dengan pelanggan korporat dengan ratusan atau ribuan situs. Tantangan terbesar yang mereka hadapi adalah harus merancang setiap situs dari awal. Mereka mencari solusi siap pakai untuk tantangan mengerahkan 1,000 situs daripada satu."

Transformer bermaterial padat dapat membantu memenuhi kebutuhan ini, kata Vlatkovic. "Dari instalasi yang rumit dan perusahaan-perusahaan yang berbeda menjadi satu perusahaan yang mengurus semuanya."

Memasukkan Lebih Banyak Fungsi ke dalam Paket yang Lebih Kecil

Graham dari Eaton mengatakan bahwa "pakaging densitas daya tinggi" juga dapat menghemat ruang berharga di lingkungan sempit seperti pusat data dan stesen pengisian EV. Transformer bermaterial padat dapat diproduksi massal di pabrik, mengurangi biaya dan waktu tenaga listrik di lokasi konstruksi. "Anda telah membawanya kembali ke lingkungan manufaktur yang terkontrol," kata Graham.

Selain itu, memiliki satu peranti yang dapat melakukan beberapa tugas menyederhanakan persyaratan kejuruteraan, kata Dickman.

"Jika Anda merancang sistem yang rumit menggunakan komponen siap pakai, ketidakcocokan peranti yang berbeda tidak dapat sepenuhnya memenuhi kebutuhan sistem. Ini meningkatkan biaya dan mengurangi efisiensi," katanya. "Anda dapat menyelesaikan masalah ini dengan produk kustom — tetapi itu lebih mahal dan berisiko. Ketika Anda berurusan dengan suria, penyimpanan energi, dan pusat data, dan orang-orang yang perlu bergerak cepat dan membutuhkan sesuatu yang andal dan murah, semuanya runtuh."

Joaquin Aguerre, direktur pengembangan portofolio strategis perusahaan, mengatakan bahwa semua keuntungan potensial ini telah mendorong pengembang mikrogrid PowerSecure untuk meluncurkan pilot setidaknya dua teknologi transformer bermaterial padat, termasuk uji coba bersama DG Matrix. "Kami mencoba berada di garis depan teknologi ini."

PowerSecure telah merancang dan menginstal lebih dari 2.4 gigawatt kapasitas mikrogrid untuk pelanggan yang bervariasi dari ritel besar dan rumah sakit hingga utiliti dan pusat data. Perusahaan ini sangat fokus pada transformer bermaterial padat untuk mengintegrasikan mikrogrid "hibrid" yang efisien energi yang menggabungkan "suria, penyimpanan energi, generator gas alam, sel bahan api, pengisian EV — apa pun yang dapat Anda bayangkan," kata Aguerre.

"Permintaan pasar sungguhan telah mulai muncul," katanya. Pada saat yang sama, "sebagian besar perusahaan-perusahaan ini masih dalam tahap awal.... Langkah logis berikutnya adalah melakukan proyek pilot yang sesuai untuk mengamati kasus penggunaan pelanggan skala kecil" dan menguji daya tahan dan keandalan teknologi terkait.

Setelah semua, tidak peduli kelemahan apa yang dimiliki transformer tradisional dibandingkan dengan elektronik daya terdepan, "mereka jarang gagal," kata Aguerre. "Semua orang mengharapkan keandalan yang sama dari transformer bermaterial padat apa pun yang mereka lihat."