बिजलीको भविष्य को ग्रहण: संयुक्त राज्य अमेरिकामा सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मर प्रौद्योगिकीको रणनीतिक विकास

DG Matrix र Resilient Power ले बताउँछन् कि उनीहरूको सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मरहरूले डेटा केन्द्रहरू, इलेक्ट्रिक वाहन (EV) चार्जिङ हबहरू आदिको शक्ति पुर्याउने लागि लागत, समय र जटिलता कम गर्न सक्छ। दशकहरूदेखि, इलेक्ट्रिकल इंजिनियरहरूले एउटा उपकरणको सपना देखिएका थिए जसले सोलार पनल, बैट्री सिस्टम र ठाउँमा अवस्थित जनरेटरहरूलाई EV चार्जर वा डेटा केन्द्र सर्भर जस्ता उच्च शक्ति वाला उपकरणहरूसँग बिना धेरै महँगो हार्डवेयरको आवश्यकतामा अनुकूल रुपमा जोड्न सक्छ।

अहिले, यी सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मर भनिने उपकरणहरू वास्तवमा बाजारमा प्रवेश गर्दै छन् - र उनीहरूको आविर्भाव अत्यन्त समयपटु छ।

यो त्योको कारण यी प्रविधि डेटा केन्द्र, फैक्टरी र EV चार्जिङ हबहरू जस्ता ठूलो शक्ति आवश्यकताहरूको समाधान गर्न सक्षम हुन सक्छ, जसले शक्ति ग्रिडलाई अतिप्रभावित गर्न सक्छ र उपयोगिता विकासको लागि अधिक फोसिल ईन्जिन जलाउन सक्छ जसले ग्लोबल वार्मिङमा योगदान गर्छ।

हाल, यी ठूलो शक्ति उपभोक्ताहरूको बिजुलीको माग यूएसको शक्ति ग्रिडको प्रदान गर्ने क्षमताभन्दा बढी छ। थ्योरिटिकल रूपमा, यो समस्या उनीहरूले आफ्नो ठाउँमा सोलार पनल, बैट्री र जनरेटरहरू स्थापना गर्ने दिइने द्वारा समाधान गर्न सकिन्छ - आदर्श रूपमा माइक्रोग्रिड - तर यी देखिने सजिलो समाधान वास्तवमा अत्यन्त जटिल र महँगो छ।

प्रत्येक सोलार अर्रे, बैट्री, फ्युल सेल, जनरेटर वा अन्य ठाउँमा अवस्थित शक्ति स्रोतहरूलाई अनेक उपकरणहरू - इलेक्ट्रिकल सुरक्षा उपकरण, अइसोलेशन ट्रान्सफार्मर, स्टेप-अप र स्टेप-डाउन ट्रान्सफार्मर, शक्ति कन्वर्टर - चाहिन्छ यसले निर्यात धारा (DC) र विकल्प धारा (AC) वा उल्टै अनुरूप रूपमा र सुरक्षित रूपमा रिक्तिको लागि विभिन्न लोडहरूको आवश्यकतामा बदल गर्न।

सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मरहरू एउटा उपकरण द्वारा सबै यी कार्यहरू पूरा गर्न सक्छ, जसले राउटरले डाटा प्रवाहलाई नियन्त्रण गर्ने जस्तै विद्युतलाई नियन्त्रण गर्छ। यो विशेष रूपमा उच्च शक्ति आवश्यकता वाला उपकरणहरू (जस्तै EV चार्जर) वा शक्ति गुणवत्ताको प्रति अत्यधिक संवेदनशील उपकरणहरू (जस्तै डेटा केन्द्रमा सर्भर रैक) नियन्त्रण गर्न अत्यन्त मूल्यवान छ।

यसलाई DG Matrix को CEO र सह-स्थापक Haroon Inam ले भन्छन्। DG Matrix एक थो आइटिहरू मध्ये एक छ जसले सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मरहरूलाई व्यावहारिक रूपमा प्रयोग गर्न सुरु गरेको छ। उनले भनेको, DG Matrix ले यस वर्ष मार्चमा $20 मिलियन उठाएको थियो र अहिले नॉर्थ कैरोलिनामा एक फेक्टरी निर्माण गर्दै छ, जसले इस वर्षको अन्तिम चरणमा ऑपरेशन गर्न सुरु गर्ने आशा छ र वर्षमा 1,000 युनिट उत्पादन गर्न सक्छ। "हामी एक ठूलो र अनुपयुक्त व्यावसायिक र औद्योगिक माइक्रोग्रिड बाजारमा प्रवेश गर्दै छौं," उनले भने, "लोगहरूले यसलाई गरेका थिएन एक एकल, अनुकूल माइक्रोग्रिड निर्माण गर्ने लागत धेरै थियो।"

DG Matrix यी काम गर्दै एकमात्र कम्पनी छैन। Heron Power, एक टेस्लाको पूर्व व्यवसायी Drew Baglino द्वारा स्थापित एक नवाउने कम्पनी, ले 2027 मा आफ्नो पहिलो सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मर निर्माण गर्नको लक्ष्य राखिएको छ र $43 मिलियन उठाएको छ। Amperesand ले गत वर्ष $12.5 मिलियन उठाएको छ र यी ठूलो शक्ति उपभोक्ताहरूको लागि टेस्ट गरिरहेका सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मरहरूको विकास जारी गर्दै छ।

ठूलो इलेक्ट्रोनिक्स कम्पनीहरू यीमा रुचान्त हुनुहुन्छन्। इलेक्ट्रिकल उपकरण विशाल Eaton ले गत महिनामा Resilient Power Systems लाई खरिद गर्ने सहमति गरेको छ, जसले 2021 मा $5 मिलियन उठाएको थियो र EV चार्जिङ हबहरू र अन्य उच्च शक्ति उपभोक्ता वातावरणको लागि शक्ति कन्वर्शन उपकरण निर्माण र तयारी गर्ने थियो। Eaton ले लेनदेनको बन्द गर्दा कम्पनीमा $55 मिलियन लगानी गर्नेछ; Resilient Power को आर्थिक र तकनीकी प्रदर्शन अनुसार अर्को फेला वर्षहरूमा Eaton ले अतिरिक्त $95 मिलियन भएको भन्न सक्छ।

"धेरै लोगहरूले यी प्रविधिमा दहा वर्षदेखि काम गरिरहेका छन्," भन्ने Eaton को Critical Power Solutions व्यवसायको सीनियर उपाध्यक्ष र जनरल मैनेजर Aidan Graham ले भन्छन्। अहिले, केही महत्वपूर्ण इंजिनियरिङ प्रविधिमा प्रगति भएपछि, यी प्रविधिको सुवर्ण काल आउँदै छ - उपयोगिता र अन्य संस्थाहरूले यसलाई परीक्षण गर्न सुरु गरेका छन्।

सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मरको विकास

Eaton ले बहुकालदेखि सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मर अनुसन्धान र विकास गर्दै आएको छ। कम्पनीले अहिले Resilient Power को प्रविधि उत्पादन र तयारी गर्नको बारेमा विवरण उपलब्ध गराउँदैन। तर Graham ले भनेको, "हामी एकाधिक क्षेत्रहरूमा अन्वेषण गर्दै छ, जसमा EV चार्जिङ र बैट्रीहरूलाई डेटा केन्द्र र अन्य महत्वपूर्ण वातावरणमा एकीकृत गर्ने समावेश हुन्छ। 'केही पलको लागि शक्ति निकालिएको भए पनि यसले मानव जीवनलाई खतरा पार्छ र धेरै पैसा खर्च गर्छ।'"

DG Matrix को चीफ ऑफ स्टाफ Michael Wood III ले भनेको, कम्पनीले इलेक्ट्रिकल उपकरण निर्माण विशाल ABB, नॉर्थ कैरोलिनाको उपयोगिता Duke Energy, र उपयोगिता Southern Co. द्वारा स्वामित्व र डेटा केन्द्र शक्ति सिस्टम विकासको लागि ठूलो माइक्रोग्रिड डेवलपर PowerSecure सहित कम्पनिहरूसँग आफ्नो उपकरणहरू परीक्षण गर्दै छ।

"अर्को गिगावाट शक्ति पाउनको सर्वोत्तम तरिका वितरित प्रणाली बनाउनुहोस्," भन्ने Wood ले भने, "आज, यी परियोजनाहरूलाई लागि यी सबै उपकरणहरू चाहिन्छ। DG Matrix ले सबै यी प्रणालीहरूको तुलनात्मक तुलना गर्दै र एक एकल प्रणालीमा सरल बनाउँदै छ।"

Inam ले भनेको, DG Matrix को सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मर प्रयोग गर्ने लागत टिपिकल ठाउँमा अवस्थित माइक्रोग्रिड घटकहरूलाई जोड्ने लागतको आधा मात्र छ। अतिरिक्त, यसले डेटा केन्द्र, EV चार्जिङ हबहरू र अन्य सम्भावित माइक्रोग्रिड स्थानहरूको लागि उपकरणहरूलाई झन्झल र बदल्न वा प्रणालीको विन्यास बदल्न सरल बनाउँदछ।

त्यसैले यदि सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मरहरू यी उपयोगी प्रविधि छ भने, त्यसले अहिले मात्र यी क्षेत्रमा प्रवेश गर्दै छ किन?

यसलाई यति लामो समय लिने थियो भन्ने एक उचित कारण छ, भन्ने Clean Energy Ventures, DG Matrix को निवेशक र General Electric को औद्योगिक इलेक्ट्रिफिकेशन व्यवसायको एक पुराना व्यक्ति Vlatko Vlatkovic ले भन्छन्, जसले यस वर्ष शुरुवातमा शुरुआती कम्पनीको बोर्डमा सहभागी बनेको थियो।

शक्ति ग्रिड अत्यन्त सरल र गत शताब्दीभरमा थोरै बदलिएका इलेक्ट्रोमेकानिक उपकरणहरूपर अत्यधिक निर्भर छ। हाल केही वर्षहरूमा यी उपकरणहरू जस्तै सोलार इनवर्टर वा EV ड्राइव सिस्टमहरू सम्भव बनाउने प्रगति भएपछि, आधुनिक कम्प्युटिङ बनाउने सेमीकंडक्टरहरू शक्ति ग्रिडमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएका छैनन्।

"औद्योगिक इलेक्ट्रोनिक्सको उपयोग बढाउने लागि यो एक ठूलो चुनौती थियो," भन्ने Vlatkovic ले भने, विशेष रूपमा उच्च ग्रिड वोल्टेजमा। अहिले सम्म, यो तथ्यिक प्रविधि "पर्याप्त ठूलो वा विश्वसनीय छैन। त्यहाँ तकनीकी समस्याहरू थिए।"

Resilient Power को निवेशक Energy Transition Ventures को पार्टनर Neal Dikeman ले भनेको, उच्च वोल्टेज औद्योगिक अनुप्रयोगहरूमा सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मरहरूमा समान चुनौतिहरू छ। उनले भनेको, सिलिकन कार्बाइड सेमीकंडक्टरहरूमा लगातार प्रगति र उनीहरूलाई शक्ति कन्वर्शनमा अनुकूल बनाउने आवश्यक कम्प्युटिङ शक्तिमा सुधार गरिएको छ। "तर यो सजिलो छैन।"

Inam, जसले 2023 मा DG Matrix मा योगदान दिनुभयो पहिले ग्रिड शक्ति नियन्त्रण प्रदाता Smart Wires को मुख्य तकनीकी अधिकारी थिए, उनले भनेको, शुरुआती कम्पनीले यी बिन्दामा पुग्न गर्न धेरै महत्वपूर्ण चुनौतिहरूलाई समाधान गर्नुपर्नेछ।

पहिलो, उच्च वोल्टेजमा AC-DC कन्वर्जन द्वारा उत्पन्न भएको उष्मा छोड्न सान्दर्भिक छ। "इलेक्ट्रोमैग्नेटिक नोइज," वा उही उच्च फ्रिक्वेन्सी इलेक्ट्रिक स्विचिङ द्वारा उत्पन्न बाधा नियन्त्रण गर्न। "यदि तपाईं नोइज नियन्त्रण गर्ने तरिका जान्नुहुन्छ भने यसले सबैलाई प्रभाव पार्छ। यसले अतिरिक्त उष्मा, विस्फोट र प्रदर्शन घटाउन सक्छ," भन्छन् Inam।

तर, यी चुनौतिहरूलाई समाधान गर्ने ती यो फाइदा छ। "हाम्रो प्रविधि अहिले परिपक्व र अनुकूल छ जसले हामी विश्वसनीय उपकरणहरू लाउन सक्छौं," भन्छन् Vlatkovic।

किन अहिले सोलिड-स्टेट ट्रान्सफार्मरको समय हो

समय अत्यन्त समयपटु हुनुहुन्छ।

"सबै चीजहरू इलेक्ट्रिफाय हुन्छन्, वाहनहरूबाट औद्योगिक व्यवसाय देखि गृहस्थालीपर्यन्त," भन्छन् Vlatkovic। "यदि तपाईं अर्को 10-20 वर्षमा ग्रिडले दिन पर्ने शक्तिको अनुमान देख्नुहुन्छ भने, तपाईं देख्नुहुन्छ यसले अन्ततः ग्रिड क्षमतालाई दुई गुना गर्नुपर्छ। केही अनुमानहरू यसलाई तिन गुना गर्न भन्छन्।"

Inam ले भनेको, डेटा केन्द्रहरूको शक्ति आवश्यकता पूरा गर्न विशेष रूपमा ठूलो अवसर छ।

टेक विशालहरूको आकांक्षामय आर्टिफिशियल इन्टेलिजेन्स योजनाहरूले व्यापक डेटा केन्द्र गर्म स्थानहरू जस्तै वर्जिनिया, जॉर्जिया, र टेक्सासमा उपयोगिता ग्रिडलाई बढी भार दिन्छ। यसले डेटा केन्द्र विकासकारहरूलाई ग्रिड दबाव घटाउने तरिका खोज्न लागेका छ, जसमा नजिक वा ठाउँमा जनरेटर र बैट्रीहरू निर्माण गर्ने समावेश हुन्छ।

"तीन ठूलो समस्याहरू हुन्: शक्ति उपलब्धीको गति (ग्राहकहरूले शक्ति द्रुत उपलब्ध नहुन्छ), शक्ति लागत, र अनेक स्रोतहरूलाई एकत्र गर्ने क्षमता," भन्छन् Inam। "हामी सैकडहरू वा हजारहरू ठाउँहरू भएका उद्यमिता ग्राहकहरूसँग बात गरेका छौं। उनीहरूको सबैभन्दा ठूलो चुनौती यो हो कि उनीहरूले प्रत्येक ठाउँलाई निर्माण गर्नुपर्छ। उनीहरू एक एकल ठाउँको चुनौतीको लागि एक टर्नकी समाधान खोज्दै छन्।"