Kuwa Mbele katika Uwezo wa Umeme: Maendeleo ya Mpango ya Teknolojia ya Transformer wa Kivuti katika Marekani

DG Matrix na Resilient Power wanasisitisha kuwa transformers zao za kiini zinaweza kupunguza gharama, muda, na umuhimu wa kutumia nguvu kwenye data centers, mashambani ya kunywa nishati ya magari ya viwanda (EV), na kama vile. Kwa miaka mingi, muhandisi wa umeme wamekufikiria kifaa kinachoweza kujenga mtandao kamili wa solar panels, mifumo ya batteya, na generators wa mitaa na vifaa vya nguvu kama vile EV chargers au servers za data center bila ya kutumia vifaa vigumu vya gharama.

Sasa, vifaa hivi vilivyokuitwa transformers za kiini vimeanza kuingia katika soko — na utaratibu wake unaweza kuwa sahihi sana.

Hii ni kwa sababu teknolojia inaweza kuwa suluhisho la kubadilisha matarajio mengi ya nguvu kwa data centers, viwanda, na mashambani ya kunywa nishati ya magari ya viwanda, ambayo yanaweza kutengeneza mizizi ya umeme na kusababisha umeme kukata nishati ya chane ambayo inasaidia kuchanganya joto la dunia.

Sasa, wahamiaji hawa wa nguvu wakuu wanahitaji umeme zaidi ya uwezo wa grid ya U.S. Teori, tatizo hili linaloweza kutatuliwa kwa kumruhusu wakurudia kuiweka solar panels, batteya, na generators yao — idealiter mikrogrid — lakini suluhisho hili linalolikuwa rahisi kinaonekana liko ngumu na gharama sana kutengeneza.

Kila mkato wa solar, batteya, fuel cell, generator, au chanzo kingine cha nguvu linahitaji vifaa vingine vingine — devices za usalama wa umeme, isolation transformers, step-up na step-down transformers, power converters — ili kubadilisha current moja (DC) kwa alternating current (AC) au upande mzuri, na kuboresha au kupunguza voltage kufanana na matarajio ya tofauti za maelezo katika building.

Transformers za kiini zinaweza kufanya vyote hivi kwa kifaa kimoja tu, kuzingatia umeme kama router huweka data flow. Hii ni ya thamani sana kwa kudhibiti vifaa vya ukubwa wa matarajio ya nguvu (kama vile EV chargers) au vifaa vilivyovipata kwa dharura ya ubora wa nguvu (kama vile server racks katika data centers).

Hivyo ndivyo Haroon Inam, CEO na co-founder wa DG Matrix anasema. DG Matrix ni moja ya mashirika machache ambayo imeanza kutumia transformers za kiini katika tajriba. Ameonesha kwamba DG Matrix amefunga $20 million mnamo Machi mwaka huu na sasa inajenga factory katika North Carolina, ambayo inatarajiwa kuanza kazi baada ya mwaka huu na uwezo wa kutengeneza 1,000 units kwa mwaka. "Tunazoea soko kubwa la biashara na kimikakati mikrogrid ambalo halijatumika," alisema. "Watu hawajafanyia hii kwa sababu gharama ya kutengeneza mikrogrid moja tu ni zaidi."

DG Matrix si shirika pekee linalofanya hii. Heron Power, startup iliyobuniwa na Drew Baglino, ex-employee wa Tesla, amefunga $43 million na anaotaka kujenga transformers zake za kiini za awali kwa 2027. Amperesand amefunga $12.5 million mwaka uliopita ili kudumu kusambaza transformers za kiini ambazo zinajaribwa kwenye grid ya Singapore.

Mashirika makubwa ya electronics yanapenda hii. Electrical equipment giant Eaton imaelekea kumiliki Resilient Power Systems mnamo mwezi uliopita, ambayo amefunga $5 million mnamo 2021 ili kujenga na kutumia equipment yake ya power conversion kwa mashambani ya kunywa nishati ya magari ya viwanda na mazingira mengine ya kubwa ya kuvuta nguvu. Eaton itafunga $55 million kwenye company kwa wakati wa kumiliki; ingawa kulingana na mazoezi ya Resilient Power ya fedha na tekniki katika miaka minne ijayo, Eaton inaweza pia kutumia gharama zaidi za $95 million.

"Wengi wamekuwa wanafanya teknolojia hii kwa miaka mingi," Aidan Graham, senior vice president na general manager wa Eaton's Critical Power Solutions business alisema. Sasa, na majulio mengi ya muhimu ya teknolojia, teknolojia hii inaweza kufika muda mzuri wake — utilities na mashirika mengine yameanza kutest ita.

Maendeleo ya Transformers za Kiini

Eaton imekuwa inafanya utafiti na kutengeneza transformers za kiini kwa miaka mingi. Shirika hakijaonyesha jinsi ya kutengeneza na kutumia teknolojia ya Resilient Power. Lakini Graham alisema: "Tunajifunza maeneo mingi, isipokuwa na kunywa nishati ya magari ya viwanda na kuiweka batteya katika data centers na mazingira mengine ya muhimu. 'Ukwenda wa nguvu kwa muda mfupi tu unaweza kusababisha hatari za maisha na gharama nyingi.'"

Michael Wood III, chief of staff wa DG Matrix, alisema shirika limeanza kutest equipment yake na mashirika kama electrical equipment manufacturing giant ABB, North Carolina utility Duke Energy, na PowerSecure, developer wa mikrogrid na power systems kwa data centers ambaye amezilikiwa na Southern Co.

"Njia bora ya kupata gigawatt ujao wa nishati ni kujenga mifumo madogo," Wood alisema. "Leo, unahitaji vifaa vyote haya kutengeneza mipango haya kwa urahisi. DG Matrix inapunguza uzinduzi wa vifaa vyote na kuhakikisha ni system moja tu."

Inam alisema gharama ya kutumia transformer za kiini za DG Matrix ni asilimia 50 tu ya kutumia microgrid components za mitaa kwa kutumia combination ya standards nyingi. Pia, hii huchukua urahisi sana kubadilisha vifaa au kubadilisha system configuration kwa data centers, mashambani ya kunywa nishati ya magari ya viwanda, na mazingira mengine ya mikrogrid.

Kwa hivyo ikiwa transformers za kiini ni teknolojia ya faida, kwa nini wanazoea sasa tu?

Kuna sababu nzuri ya kusema kuwa imechukua muda, Vlatko Vlatkovic, partner wa Clean Energy Ventures, investor wa DG Matrix na veteran wa General Electric's industrial electrification business, aliyejiunga na board ya startup hii mwaka huu.

Grid ya umeme inatumia kwa wingi vifaa vya electromechanical ambavyo vinatengeneza kwa urahisi na hayaja badilika sana kwa miaka mingi. Ingawa kuna majulio fulani katika miaka mingi ambayo yamefanya vifaa kama solar inverters au EV drive systems yanaweza, semiconductors ambazo zinaweza kufanya computing moderni yanahitaji hazijatumii kwa wingi kwenye grid ya umeme.

"Kuwaza industry kutumia zaidi electronics za umeme imekuwa changamoto kubwa," Vlatkovic alisema, hasa kwenye grid voltage ambayo ni juu. Hadia, teknolojia msingi "haikuwa kubwa au ya imani. Kulikuwa na maswala tekniki."

Matatizo sawa yamevuka transformers za kiini kwenye vitendo vya umeme vya kiini, Neal Dikeman, partner wa Energy Transition Ventures, investor wa Resilient Power. Alisema majulio yasiyofanikiwa kwenye silicon carbide semiconductors na kuboresha computing power yanayohitajika kwa kuboresha power conversion imefaidika. "Lakini si rahisi."

Inam, ambaye alikuwa CTO wa grid power control provider Smart Wires kabla ya kujitambua DG Matrix mnamo 2023, alionyesha shirika lilikuwa linahitaji kutatuliwa changamoto nyingi kutumia teknolojia hii.

Kwanza, kwenye voltage juu, joto linalochukua kutumia AC-DC conversion ni ngumu kufutwa. Kutumia electromagnetic noise, au interference linalotokana na switching ya umeme ya kiini. "Ikiwa hujaelewa jinsi ya kurekebisha noise, inaweza kutokana na mambo mengi. Inaweza kusababisha joto, explosions, na performance degradation," Inam alisema.

Ingawa, kutatuliwa changamoto hizi pia inaweza kuwa na faida. "Teknolojia yetu sasa imekuwa mature na sophisticated kuwa tunaweza kutumia vifaa reliable," Vlatkovic alisema.

Sababu za Muda Sasa kwa Transformers za Kiini

Muda unaweza kuwa sahihi sana.

"Vitu vyote vinaelektrika, kutoka magari hadi viwanda hadi nyumba," Vlatkovic alisema. "Ikiwa utazungumzia projections za umeme grid itahitaji kutumia kwa miaka 10-20 ijayo, utaona tunahitaji kurudianisha uwezo wa grid. Projections zingine zinatoa kuwa tunahitaji kurudianisha uwezo wa grid mara tatu."

Inam alisema kutumia matarajio ya data centers ni fursa kubwa sana.

Mipango ya artificial intelligence ya tech giants yanaongeza uzito mkubwa kwa grids za utilities katika eneo la data centers kama Virginia, Georgia, na Texas. Hii imeelezea developers wa data centers kutafuta njia za kupunguza uzito kwenye grid, isipokuwa kuiweka generators na batteya karibu au mitaa.

"Matatizo mawili makuu ni haraka ya kutumia umeme (wateja hawawezi kupata umeme kwa haraka), gharama za umeme, na uwezo wa kusambaza resources zaidi kwa urahisi," Inam alisema. "Tumeongea na wateja wa biashara wenye sites zaidi. Changamoto kubwa wanayo ni kufanya kila site kwa mapenzi. Wanapata solution moja kwa changamoto ya kuanza 1,000 sites zaidi ya moja."

Transformers za kiini zinaweza kusaidia kufanya hii, Vlatkovic alisema. "Kutoka kwa installations na companies mingi kwa company moja kusambaza kila kitu."

Kutumia Funguo Zaidi kwenye Packages Madogo

Graham wa Eaton alisema "high-power-density" packaging pia inaweza kupunguza space valuable kwenye mazingira zifuatazo kama data centers na mashambani ya kunywa nishati ya magari ya viwanda. Transformers za kiini zinaweza kutengenezwa kwa wingi kwenye factories, kumpunguza gharama na muda wa kazi ya electrical labor kwenye construction sites. "Umekuletea kwenye environment ya kuzingatia kwa kutosha," Graham alisema.

Pia, kuwa na kifaa kimoja kinachoweza kufanya kazi nyingi hutengeneza requirements za engineering, Dickman alisema.

"Ikiwa utatengeneza system complex kutumia off-the-shelf components, mismatch ya vifaa tofauti haikueleweka kwa busara. Hii inongeza gharama na kupunguza efficiency," alisema. "Unaweza kutatuliwa changamoto hizi na products za custom — lakini ni gharama zaidi na riskier. Ikiwa utaongea na solar, energy storage, na data centers, na watu wanahitaji kuteleza na wanahitaji kitu reliable na chepchepe, yote hiki kufunguka."

Joaquin Aguerre, director wa strategic portfolio development, alisema faida zote hizi zinazoweza kutokea zimeelezea developer wa mikrogrid PowerSecure kuanza pilots kwa sifa zaidi ya teknolojia za transformers za kiini, isipokuwa tests zinazofanya kwa pamoja na DG Matrix. "Tunajaribu kuwa mbele kwenye teknolojia hii."

PowerSecure imeundwa na ikuiweka zaidi ya 2.4 gigawatts ya mikrogrid capacity kwa wateja kutoka kwa retailers kubwa na hospitals hadi utilities na data centers. Shirika linalozingatia transformers za kiini kuiweka mikrogrid za hybrid efficient ambazo zinazungumzia "solar, energy storage, natural gas generators, fuel cells, EV charging — chochote unaweza kufikiria," Aguerre alisema.

"Market demand halisi imeanza kutoka," alisema. Pia, "shirika mengi yako kwenye awali.... Hatua inayofaa inaweza kuwa kufanya pilot projects sahihi kutazungumzia use cases wa wateja kwenye scale ndogo" na kutest durability na reliability ya teknolojia hizi.

Kwa mujibu, hata kwa maneno yoyote yanayosalia transformers za kienyeji kwa teknolojia za umeme za cutting-edge, "hawawezi kupoteza sana," Aguerre alisema. "Wengi wanaexpect imani sawa na transformer za kiini wanayotumia."