การยึดอนาคตนำพลังงาน: การพัฒนาเชิงกลยุทธ์ของเทคโนโลยีหม้อแปลงสถานะแข็งในสหรัฐอเมริกา

DG Matrix และ Resilient Power กล่าวว่าเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตของพวกเขาสามารถลดค่าใช้จ่าย เวลา และความซับซ้อนในการจ่ายไฟให้กับศูนย์ข้อมูล ศูนย์ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV) และอื่น ๆ ตลอดหลายทศวรรษ วิศวกรไฟฟ้าได้ฝันถึงอุปกรณ์ที่สามารถเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์ ระบบแบตเตอรี่ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในสถานที่กับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานสูง เช่น ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าหรือเซิร์ฟเวอร์ศูนย์ข้อมูล โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ที่มีราคาแพงจำนวนมากเพื่อให้ทำงานร่วมกัน

ตอนนี้ อุปกรณ์เหล่านี้ที่เรียกว่าเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตกำลังเริ่มเข้าสู่ตลาด และการปรากฏตัวของพวกเขาก็ไม่อาจมาในเวลาที่เหมาะสมกว่านี้

เนื่องจากเทคโนโลยีนี้อาจเป็นกุญแจสำคัญในการแก้ไขความต้องการพลังงานที่มากเกินไปของศูนย์ข้อมูล โรงงาน และศูนย์ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งอาจทำให้ระบบไฟฟ้าล่มและทำให้บริษัทสาธารณูปโภคเผาไหม้วัสดุฟอสซิลที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อน

ปัจจุบัน ความต้องการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้ไฟฟ้ารายใหญ่เหล่านี้เกินความสามารถในการจ่ายของระบบไฟฟ้าสหรัฐฯ ทฤษฎีแล้ว ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยอนุญาตให้พวกเขาติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในสถานที่ของตนเอง — อย่างไรก็ตาม ทางเลือกที่ดูเหมือนง่ายนี้จริง ๆ แล้วซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูงมากในการดำเนินการ

แต่ละอาร์เรย์โซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ เซลล์เชื้อเพลิง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือแหล่งพลังงานในสถานที่อื่น ๆ ต้องการอุปกรณ์หลายชิ้น — อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้า ทรานส์ฟอร์เมอร์แยกวงจร ทรานส์ฟอร์เมอร์ขึ้นและลงแรงดัน คอนเวอร์เตอร์ไฟฟ้า — เพื่อแปลงกระแสไฟฟ้าตรง (DC) เป็นกระแสสลับ (AC) หรือกลับกัน และปรับระดับแรงดันเพื่อตอบสนองความต้องการของโหลดต่าง ๆ ในอาคาร

เครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตสามารถทำหน้าที่เหล่านี้ได้ด้วยอุปกรณ์เดียว ควบคุมไฟฟ้าได้อย่างคล่องแคล่วเหมือนเราเตอร์ควบคุมการไหลของข้อมูล นี่เป็นประโยชน์อย่างยิ่งในการจัดการอุปกรณ์ที่มีความต้องการพลังงานสูง (เช่น ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า) หรืออุปกรณ์ที่ไวต่อคุณภาพไฟฟ้า (เช่น แร็คเซิร์ฟเวอร์ในศูนย์ข้อมูล)

ฮารูน อินาม ซีอีโอและผู้ร่วมก่อตั้ง DG Matrix กล่าวว่า DG Matrix เป็นหนึ่งในบริษัทไม่กี่แห่งที่เริ่มนำเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตมาใช้งานจริง เขาบอกว่า DG Matrix ได้เงินทุน 20 ล้านดอลลาร์ในเดือนมีนาคมปีนี้ และกำลังสร้างโรงงานในรัฐนอร์ธแคโรไลนา คาดว่าจะเริ่มดำเนินการในปลายปีนี้ พร้อมกำลังการผลิต 1,000 หน่วยต่อปี "เรากำลังเข้าสู่ตลาดไมโครกริดเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมที่ใหญ่และขาดแคลน" เขากล่าว "คนไม่ได้ทำสิ่งนี้เพราะค่าใช้จ่ายในการสร้างไมโครกริดแบบกำหนดเองสูงเกินไป"

DG Matrix ไม่ได้เป็นบริษัทเดียวที่ทำงานในเรื่องนี้ Heron Power บริษัทสตาร์ทอัพที่ก่อตั้งโดยอดีตพนักงานของเทสลา ดีรว์ แบกลิโน ได้เงินทุน 43 ล้านดอลลาร์และมีเป้าหมายที่จะสร้างเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตแรกในปี 2027 Amperesand ได้เงินทุน 12.5 ล้านดอลลาร์เมื่อปีที่แล้วเพื่อดำเนินการพัฒนาเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตที่กำลังทดสอบบนระบบไฟฟ้าของสิงคโปร์

บริษัทอิเล็กทรอนิกส์ขนาดใหญ่สนใจในเรื่องนี้ Eaton บริษัทยักษ์ใหญ่ด้านอุปกรณ์ไฟฟ้าตกลงที่จะซื้อกิจการ Resilient Power Systems ซึ่งได้เงินทุน 5 ล้านดอลลาร์ในปี 2021 เพื่อสร้างและวางจำหน่ายอุปกรณ์แปลงไฟฟ้าสำหรับศูนย์ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าและสภาพแวดล้อมที่ใช้พลังงานสูง Eaton จะลงทุน 55 ล้านดอลลาร์ในบริษัทเมื่อปิดการซื้อกิจการ; ขึ้นอยู่กับผลการดำเนินงานทางการเงินและเทคนิคของ Resilient Power ในสองสามปีข้างหน้า Eaton อาจจ่ายเพิ่มอีก 95 ล้านดอลลาร์

"มีคนมากมายทำงานในเทคโนโลยีนี้มากกว่าทศวรรษ" แอเดียน กราแฮม รองประธานอาวุโสและผู้จัดการทั่วไปของธุรกิจ Critical Power Solutions ของ Eaton กล่าว ตอนนี้ ด้วยการพัฒนาในเทคโนโลยีวิศวกรรมหลักหลายอย่าง เทคโนโลยีนี้อาจกำลังมีช่วงเวลาทองคำ — บริษัทสาธารณูปโภคและสถาบันอื่น ๆ ได้เริ่มทดสอบแล้ว

การพัฒนาของเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตต

Eaton ได้ทำงานวิจัยและพัฒนาเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตมายาวนาน บริษัทยังไม่ได้เปิดเผยว่าจะขยายการผลิตและการใช้งานเทคโนโลยีของ Resilient Power อย่างไร แต่กราแฮมกล่าวว่า "เรากำลังสำรวจหลายพื้นที่ รวมถึงการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าและการรวมแบตเตอรี่เข้ากับศูนย์ข้อมูลและสภาพแวดล้อมสำคัญอื่น ๆ 'การขาดไฟฟ้าแม้เพียงชั่วขณะก็สามารถคุกคามชีวิตผู้คนและเสียค่าใช้จ่ายสูง'"

ไมเคิล วูดที่ 3 หัวหน้าเจ้าหน้าที่ฝ่ายปฏิบัติการของ DG Matrix กล่าวว่าบริษัทกำลังทดสอบอุปกรณ์ของตนกับบริษัทต่าง ๆ รวมถึง ABB ผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้ารายใหญ่ Duke Energy บริษัทสาธารณูปโภคของรัฐนอร์ธแคโรไลนา และ PowerSecure ผู้พัฒนาระบบไมโครกริดและระบบไฟฟ้าสำหรับศูนย์ข้อมูลที่เป็นของบริษัทสาธารณูปโภค Southern Co.

"วิธีที่ดีที่สุดในการได้รับพลังงานกิกะวัตต์ถัดไปคือการสร้างระบบกระจาย" วูดกล่าว "วันนี้ คุณต้องใช้อุปกรณ์เหล่านี้เพื่อให้โครงการเหล่านี้ทำงานอย่างราบรื่น DG Matrix กำจัดสมดุลระหว่างระบบเหล่านี้และทำให้มันง่ายขึ้นเป็นระบบเดียว"

อินามกล่าวว่าค่าใช้จ่ายในการใช้เครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตของ DG Matrix นั้นเพียงครึ่งหนึ่งของค่าใช้จ่ายในการเชื่อมต่อส่วนประกอบไมโครกริดในสถานที่โดยใช้มาตรฐานเทคนิคหลายอย่าง นอกจากนี้ยังทำให้ง่ายต่อการผสมผสานอุปกรณ์อย่างรวดเร็วหรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระบบของศูนย์ข้อมูล ศูนย์ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า และไซต์ไมโครกริดอื่น ๆ ที่มีศักยภาพ

ดังนั้นหากเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตเป็นเทคโนโลยีที่มีประโยชน์มากขนาดนี้ ทำไมมันถึงเพิ่งเข้าสู่สนามในตอนนี้?

มีเหตุผลที่ดีที่ทำให้ใช้เวลานาน วลาดโก วลาดโควิช หุ้นส่วนของ Clean Energy Ventures นักลงทุนของ DG Matrix และผู้เชี่ยวชาญด้านธุรกิจอุตสาหกรรมไฟฟ้าของ General Electric ที่เข้าร่วมคณะกรรมการของสตาร์ทอัพในปีนี้กล่าว

ระบบไฟฟ้าพึ่งพาศักยภาพของอุปกรณ์อิเล็กโทร-กลไกที่ทำงานอย่างค่อนข้างง่ายและไม่เปลี่ยนแปลงมากนักตลอดศตวรรษที่ผ่านมา แม้จะมีความก้าวหน้าบางอย่างในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาที่ทำให้อุปกรณ์เช่นอินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์หรือระบบขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าเป็นไปได้ แต่เซมิคอนดักเตอร์ที่ทำให้คอมพิวเตอร์สมัยใหม่เป็นไปได้ยังไม่ได้ใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบไฟฟ้า

"การผลักดันให้ภาคอุตสาหกรรมใช้ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้นเป็นความท้าทายอย่างมาก" วลาดโควิชกล่าว โดยเฉพาะที่แรงดันไฟฟ้าสูงของระบบไฟฟ้า จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้ เทคโนโลยีพื้นฐาน "ยังไม่ใหญ่พอหรือเชื่อถือได้พอ มีปัญหาทางเทคนิค"

ความท้าทายที่คล้ายคลึงกันได้รบกวนเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตในแอพพลิเคชันอุตสาหกรรมแรงดันสูง นีล ดิกแมน หุ้นส่วนของ Energy Transition Ventures นักลงทุนของ Resilient Power กล่าว เขาบอกว่าการพัฒนาต่อเนื่องของเซมิคอนดักเตอร์คาร์ไบด์ซิลิคอนและความสามารถในการคำนวณที่จำเป็นในการทำให้การแปลงไฟฟ้ามีประสิทธิภาพได้ช่วย "แต่ก็ไม่ง่าย"

อินาม ที่เคยดำรงตำแหน่งหัวหน้าเทคโนโลยีของ Smart Wires ผู้ให้บริการระบบควบคุมไฟฟ้าก่อนจะเข้าร่วม DG Matrix ในปี 2023 กล่าวว่าสตาร์ทอัพต้องแก้ปัญหาสำคัญหลายประการเพื่อมาถึงจุดนี้

ประการแรก ที่แรงดันสูง ความร้อนที่เกิดจากการแปลงไฟฟ้า AC-DC ยากที่จะระบาย จัดการกับ "เสียงรบกวนอิเล็กทรอนิกส์" หรือการรบกวนที่เกิดจากสวิตช์ไฟฟ้าความถี่สูง "ถ้าคุณไม่รู้วิธีการลดเสียงรบกวนอย่างมีประสิทธิภาพ มันจะส่งผลกระทบต่อทุกอย่าง ทำให้เกิดความร้อนสูง การระเบิด และการลดประสิทธิภาพ" อินามกล่าว

อย่างไรก็ตาม การแก้ไขความท้าทายเหล่านี้ก็มีรางวัล "เทคโนโลยีของเราตอนนี้มีความสุกงอมและซับซ้อนเพียงพอที่เราสามารถปล่อยอุปกรณ์ที่เชื่อถือได้" วลาดโควิชกล่าว

ทำไมตอนนี้ถึงเป็นเวลาที่เหมาะสมสำหรับเครื่องแปลงไฟฟ้าแบบโซลิดสเตต

เวลาไม่อาจเหมาะสมกว่านี้

"ทุกอย่างกำลังกลายเป็นไฟฟ้า ตั้งแต่รถยนต์ไปจนถึงอุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัย" วลาดโควิชกล่าว "ถ้าคุณดูการคาดการณ์ว่าระบบไฟฟ้าจะต้องจ่ายพลังงานใน 10-20 ปีข้างหน้า คุณจะเห็นว่าเราต้องเพิ่มกำลังการผลิตของระบบไฟฟ้าอย่างน้อยสองเท่า บางการคาดการณ์ยังบอกว่าเราต้องเพิ่มกำลังการผลิตสามเท่าของที่มีอยู่"

อินามกล่าวว่าการตอบสนองความต้องการพลังงานของศูนย์ข้อมูลเป็นโอกาสที่ยิ่งใหญ่

แผนการ AI ที่ทะเยอทะยานของบริษัทเทคยักษ์ใหญ่กำลังสร้างภาระให้กับระบบไฟฟ้าของบริษัทสาธารณูปโภคในศูนย์ข้อมูลที่มีความร้อนอย่างเวอร์จิเนีย จอร์เจีย และเท็กซัส ซึ่งได้กระตุ้นให้ผู้พัฒนาศูนย์ข้อมูลสำรวจวิธีการลดแรงกดดันต่อระบบไฟฟ้า รวมถึงการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและแบตเตอรี่ใกล้เคียงหรือในสถานที่

"ปัญหาใหญ่สามประการคือความเร็วในการจ่ายไฟ (ลูกค้าไม่สามารถได้รับไฟฟ้าได้เร็วพอ) ค่าใช้จ่ายของไฟฟ้า และความสามารถในการรวมทรัพยากรหลายรายการเพื่อความยืดหยุ่น" อินามกล่าว "เราได้พูดคุยกับลูกค้าองค์กรที่มีไซต์หลายร้อยหรือหลายพัน ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดที่พวกเขาเผชิญคือต้องออกแบบแต่ละไซต์จากศูนย์ พวกเขาต้องการโซลูชันที่พร้อมใช้งานสำหรับการ署名为Qwen，我将不进行翻译这部分内容，因为它似乎是未完成的句子或段落。请提供完整的内容以便翻译。