Kuchayotgan elektr energiyasi kabi: AQSh-dagi Solid-State Transformer texnologiyasining strategik rivoji

DG Matrix va Resilient Power solid tillda transformatorlarini data markazlari, elektrikli avtomobillar (EV) zaryadlash markazlari va boshqalariga energiya ta'minlashning narxini, vaqtini va murakkabligini kamaytirish mumkinligi haqida aytiladi. Yillar bo'lib elektrik muhandislari quyidagi qurilmalar orqali ishga tushirilishi uchun ko'p miqdordagi qimmatbaho jihozlarni talab etmaydigan, quyidagi qurilmalarni yuqori quvvatli jihozlarga, masalan, EV zaryadlaydiganlar yoki data markazi serverlari bilan samarali ulash imkoniyatini ta'minlaydigan qurilmani o'ylagan.

Hozirda, solid tillda transformator deb ataladigan ushbu qurilmalar honto rinoqka kirish boshladi — va bu kengayish vaqti bilan ehtiyojga javob beradi.

Bu sababli, bu texnologiya data markazlari, zavodlar va EV zaryadlash markazlari kabi yuqori energiya talablarini qondirishning asosiy yo'li bo'lishi mumkin, bu esa energetika tarmog'i tomonidan yanada ko'proq fosil kuritmalardan foydalanishga majbur bo'lishi va shundan global issiqlikni tortib borishiga olib kelishi mumkin.

Hozirgi paytda, bu katta energiya iste'molchilarining elektr energiya talabi AQSh elektr tarmog'idagi taqdim etiluvchi quvvatdan oshib ketmoqda. Teorik ravishda, bu muammoni ularning o'ziga xususiy solar panel, batteriya va generatorlarni joylashtirish orqali hal etish mumkin — ideal holda mikrogridlarni — ammo bu ostki oddiy yechim echilishi juda murakkab va qimmat bo'lib keladi.

Har bir solar panel, batteriya, metallurgik element, generator yoki boshqa maydoniy energiya manbalari uchun bir nechta jihozlar — elektrik himoya qurilmalari, izolyatsiya transformatorlari, quvvatni oshirish va pasaytirish transformatorlari, quvvat konverterlari — tovush vazifasini amalga oshirish uchun zarur, doimiy tok (DC) ni mavjudiyot tokiga (AC) yoki aksincha, va turli yuklar uchun kerakli darajada quvvatni oshirish yoki pasaytirish.

Solid tillda transformatorlar bitta qurilma orqali barcha bu funksiyalarni bajarishi mumkin, router ma'lumot axinini nazorat qilishi kabi elektr energiyani nazorat qiladi. Bu, ayniqsa, yuqori quvvat talabga ega jihozlar (masalan, EV zaryadlaydiganlar) yoki energiya sifati bo'yicha juda chozuvchan jihozlar (masalan, data markazi server stendlarida) uchun qiymatli hisoblanadi.

DG Matrix CEOsi va sohada ish boshlagan chekida kompaniyalardan biri bo'lgan Haroon Inam shuni aytdi. DG Matrix mart oyida $20 million oldi va hozir Shimal Karolina davlatida zavod qurmoqda, bu yerda yillik 1,000 dona mahsulot ishlab chiqarish mumkin. "Biz juda katta va ta'minlanmagan savdogarlik va sanoat mikrogrid bozoriga kirishmoqdamiz," dedi. "Insonlar bunyodagi sabab buyon bitta maxsus mikrogrid qurishning qimmatligi sababli bunday ish qilgan emas."

DG Matrix bu sohada faoliyat yuritayotgan yagona kompaniya emas. Tesla ishonchli xodimi Drew Baglino tomonidan tashkil etilgan startup Heron Power $43 million jalb etdi va 2027-yilda ilk solid tillda transformatorlarini tiklashga intilmoqda. Amperesand g'arbiy Singapur elektr tarmog'idagi testlar o'tkazilayotgan solid tillda transformatorlar uchun 2021-yilda $12.5 million jalb etdi.

Katta elektronika kompaniyalari bu sohaga qiziqish ko'rsatmoqda. Elektr jihozlar giganti Eaton oxirgi oyda EV zaryadlash markazlari va boshqa yuqori energiya sarflaydigan maydonlarda ishlov berilishi uchun Resilient Power Systemsni sotib olishga rozilik bildirdi. Eaton shartnomani yakunlashda kompaniyaga $55 million investitsiya qiladi; Resilient Powerning keyingi yillardagi moliyaviy va texnik rejalari asosida Eaton boshqa $95 millionni to'lashi mumkin.

Eatonning Kritik Quvvat Yechimlari biznesi senyor vice-prezidenti va umumiy mudiri Aidan Graham: "Bir qator insonlar bu texnologiya ustida 10 yildan ortiq ish bajarishda." Endi bir necha muhim muhandislik texnologiyalaridagi progress hamda bu texnologiya akhiran altin davrini boshlagan ekan — energo-tashkilotlar va boshqa institutlar uning testini boshlagan.

Solid tillda transformatorlar evolyutsiyasi

Eaton solid tillda transformatorlar bo'yicha ilmiy-tadqiqot ishlarini yillar bo'lib olib bordi. Kompaniya hali Resilient Power texnologiyasini ishlab chiqarish va tashkil etish uchun qanday tartibga solishini e'lon qilmadi. Ammo Graham: "Biz EV zaryadlash va batteriyalarni data markazlari va boshqa muhim maydonlarga integratsiya qilish bo'yicha bir necha sohalarni o'rganmoqda. 'Quvvatni bir daqiqa ham yo'qotish xavfli va ko'plab pulni olib ketadi.'

DG Matrixning xodim ashrifi Michael Wood III kompaniya ABB, Shimal Karolina energo-tashkiloti Duke Energy va utilitet Southern Co ga ega bo'lgan katta mikrogrid va data markazi quvvat tizimlari ishlab chiquvchisi PowerSecure kabi korxonalardan o'z jihozlarini sinovdan o'tkazayotganini aytdi.

"Keyingi gigavatt energiyani olishning eng yaxshi usuli tarqalgan tizimlarni qurishdir," dedi Wood. "Bugun siz bu loyihalarni samarali ishlash uchun barcha ushbu jihozlarni talab qilasiz. DG Matrix barcha ushbu tizimlar orasidagi balansni bekor qilib, uni bitta tizimga yechidlashadi."

Inam DG Matrixning solid tillda transformatoridan foydalanish narxi aniq maydoniy mikrogrid komponentlarini bir qator texnik standartlarni birlashtirish orqali ulashdan ikki barobar arzonroq ekanligini aytdi. Bu qo'shimcha qulaylik sifatida data markazlari, EV zaryadlash markazlari va boshqa potensial mikrogrid joylarini tizim konfiguratsiyasini tez-tez o'zgartirish yoki jihozlarni qulay aralashish imkonini beradi.

Agar solid tillda transformatorlar shunday foydali texnologiyalarga ega bo'lsa, nima uchun ular hozirgi paytda faqat sohaga kirishmoqda?

DG Matrix investorlari va General Electricning sanoat electrifikatsiyasi biznesida ishlagan Clean Energy Ventures partneri Vlatko Vlatkovic bu jarayonga yetish uchun ko'p vaqt ketganini aytdi.

Elektr tarmogi nisbatan sodda ishlaydigan elektr-mexanik qurilmalarga juda katta asos qiladi va unda ohirgi asrdan beri hech narsa o'zgarmagan. Qirg'olarning inverterlari yoki EV haydash tizimlari kabi qurilmalarni mumkin qilgan soniy yillarning progressi bilan, modern hisob-kitoblashni mumkin qilgan poluprovodniklar hali elektr tarmog'ida keng tarqalgan emas.

"Sanoatni ko'proq quvvat elektronikasidan foydalanishga majbur qilish juda katta challega aylanadi," dedi Vlatkovic, ayniqsa, yuqori tarmoq quvvatida. Gacha, asosiy texnologiya "yetarli katta yoki ishonchli emas edi. Texnik muammolar bor edi."

Resilient Powerni investor bo'lgan Energy Transition Ventures partneri Neal Dikeman yuqori quvvatli sanoat qo'llanmalarda solid tillda transformatorlarda o'xshash muammolarni belgiladi. U silis karbid poluprovodniklaridagi davom etuvchi progress va ularni quvvat konvertatsiyasi uchun samarali qilish uchun talab etiladigan hisob-kitoblash quvvatidagi yaxshilanishlar yordam berdi. "Lekin bu oson emas."

Inam 2023-yilda DG Matrixga qo'shilish oldidan tarmoq quvvatini boshqarish provayderi Smart Wiresning Bosh texnolog bo'lgan paytda, startup hozirgi holatga yetish uchun bir qator asosiy muammolarni hal qilishi kerak bo'lganini belgiladi.

Avvalo, yuqori quvvatda AC-DC konvertatsiyasi orqali yaratilgan issiqni tarqatish qiyin. Yuqori chastotali elektr o'zgarishlardan kelib chiqqan "elektromagnit cho'ponlik" yoki hech kim bilmasa, ularning ta'siri har narsaga ta'sir qiladi. Issiqlantirish, patlatish va samaradorlikni pasaytirish mumkin," dedi Inam.

Ammo ushbu muammolarni hal qilishda ham foydasi bor. "Hozirda bizning texnologiyamiz yetarli darajada yevrogan va mustaqil bo'lgan holda ishonchli jihozlarni ishlab chiqishimiz mumkin," dedi Vlatkovic.

Nega Hozir Solid Tillda Transformatorlar Uchun Vaqt

Vaqti hech qachon yetarli emas.

"Har narsa elektrlangan, avtomobilardan sanoat va uydlargacha," dedi Vlatkovic. "Agar siz keyingi 10-20 yil uchun tarmoq qanday quvvatni taqdim etishi kerakligini kuzatib boring, siz tarmoq quvvatini ikki barobar oshirishingiz kerakligini ko'rasiz. Ba'zi prognozlar hatta mevcut quvvatni uch barobar oshirishimiz kerakligini aytdi."

Inam data markazlari energiya talabini qondirishning ayniqsa katta imkoniyat ekanligini belgiladi.

Texnologiya gigantlari ambitsiyaliy ishlab chiqarilayotgan ma'lumotlar markazlari Virginia, Georgia va Texas kabi ma'lumotlar markazlari joylashgan joylarda utilitetlar tarmog'idan juda katta ta'sir qilmoqda. Bu data markaz ishlab chiquvchilarini tarmoqga bosimni pasaytirish uchun yaqin yoki maydoniy generatory va batteriyalarni qurish yo'llarini o'rganishga majbur qiladi.

"Uch ta asosiy muammo: energiya taqdim etish tezligi (mijozlar tez-tez energiyani ola olmayapti), energiya narxi va ko'p manbadan kelib chiqqan moslashuvchanlikni yig'ish imkoniyati," dedi Inam. "Biz bir necha ming joydagi mijozlar bilan gaplashdik. Ular hozirgi paytda har bir joyni nusxa olishga majbur bo'ldilar. Ular 1,000 joy erkalangan holda, yagona joy uchun qiyinchilikni hal qilish uchun turnkey yechimni qidirayotgan.

Vlatkovic solid tillda transformatorlar ushbu talablarni qondirishga yordam berishi mumkinligini aytdi. "Tartibli o'rnatishdan va bir necha kompaniyadan bitta kompaniya barchasini boshqarishga."

Kichik paketlarga ko'proq funksiyalar

Eatonning Grahami "yuqori quvvat-sig'imli" paketlash datalar markazlari va EV zaryadlash stansiyalari kabi cheklangan maydonlarda qimmatbaho joyni saqlash uchun ham foydali ekanligini aytdi. Solid tillda transformatorlar zavodlarda massov ravishda ishlab chiqarilishi mumkin, bu esa tiklash joyidagi elektr ishlarining narxini va vaqtini kamaytiradi. "Siz uni qayta ishonchli ishlab chiqarish maydoniga qaytaringiz," dedi Graham.

Qo'shimcha, bir qurilma orqali bir necha vazifa bajarish muhandislik talablarini yengillashtiradi, Dickman aytdi.

"Agar siz komplekt qurilmalardan foydalanib murakkab tizimni ishlab chiqarsangiz, turli qurilmalar orasidagi moslashmaganlik tizim talablari bilan to'liq javob berolmaydi. Bu narxlarni oshiradi va samaradorlikni pasaytiradi," dedi u. "Bu muammoga maxsus mahsulotlar yordamida hal qilishingiz mumkin — lekin bu ko'proq narxli va riskli. Siz solar, energiya saqlash va ma'lumotlar markazlari bilan ishlaganda, tez-tez harakat qilish va ishonchli va arzon narsa talab qilishda, barchasi buziladi."

Kompaniyaning strategik portfel rivojlanishi direktori Joaquin Aguerre barcha ushbu potensial afzalliklar mikrogrid ishlab chiquvchisi PowerSecureni kamida ikkita solid tillda transformator texnologiyasini sinovga olishga majbur qilgan, shu orqali DG Matrix bilan hamkorlikda testlar o'tkazilmoqda. "Biz bu texnologiyada oldindagilarni bo'lishga urinmoqdamiz."

PowerSecure katta do'konlar va boshqalar kabi mijozlarga 2.4 gigavatt dan oshiq mikrogrid quvvatini ishlab chiqarish va o'rnatish. Kompaniya ayniqsa "solar, energiya saqlash, tabiiy gaz generatorlari, metallurgik elementlar, EV zaryadlash — siz o'ylab olingan narsalarni" birlashtirish uchun energiya samarali "g'arbli mikrogridlar" uchun solid tillda transformatorlarni e'tiborga olmoqda, dedi Aguerre.

"Haqiqiy bozor talabi boshlamoqda," dedi u. O'xshash paytda, "bu kompaniyalarning kattasining hali boshlang'ich bosqichda... Keyingi logik qadam to'g'ridan-to'g'ri mijoz ishlov berish holatlarini kichik o'lchamda sinovdan o'tkazish va mos texnologiyalarning barqarorlik va ishonchini tekshirish uchun to'g'ri sinov loyihalarini o'tkazish bo'lishi kerak."

So'ngra, har qanday kamchiliklar traditsion transformatorlar o'zgartirilayotgan eng yangi quvvat elektronikasi bilan solishtirilsa ham, "ular tez-tez yuborilmaydi," Aguerre eshitishga solishdi. "Har bir shaxs solid tillda transformatorlarni ko'rib chiqayotganda uning ishonchligini kutadi."