Del recerca al desplegament: El salto innovador en el desenvolupament del transformador d'estat sòlid al Regne Unit

I. Visió general dels transformadors d'estat sòlid (SST)

Un transformador d'estat sòlid (SST) és un dispositiu avançat de conversió d'energia que integra semiconductors de potència, transformadors d'alta freqüència i circuits de control.

En comparació amb els transformadors tradicionals, el SST suporta conversions AC/AC, AC/DC i DC/DC, i té avantatges com el flux de potència bidireccional, el control intel·ligent i un disseny compacte. Les seves topologies principals inclouen estructures d'una etapa, de dues etapes (amb enllaços LVDC o HVDC) i de tres etapes, cadascuna adequada per a escenaris d'aplicació específics.

II. Avantatges del SST

• Mida reduïda i lleugertesa: La operació d'alta freqüència redueix el volum fins a un 80%.

• Alta eficiència: Menys estades de conversió i suport per la connexió directa de CC.

• Compatibilitat amb xarxes intel·ligents: Permet la monitorització en temps real, la regulació de tensió, la compensació de potència reactiva i l'aïllament de fallades.

• Integració amb energies renovables i emmagatzematge d'energia: Connexió directa a sistemes solars, eòlics i de bateries.

• Adequat per a mercats d'alt creixement: Com ara la càrrega ràpida de vehicles elèctrics, centres de dades i transport ferroviari.

III. Camps d'aplicació

• Xarxa Elèctrica: Millora la flexibilitat de la xarxa, suporta el flux de potència bidireccional i integra recursos d'energia distribuïda.

• Càrrega de Vehicles Elèctrics (VE): Habilita la càrrega ultra-ràpida (350kW+), la funcionalitat Vehicle-to-Grid (V2G) i la integració directa d'energies renovables.

• Transport Ferroviari: Substitueix els transformadors de tracció tradicionals, reduint el pes i millorant l'eficiència.

• Centres de Dades: Millora l'eficiència energètica, redueix les necessitats de refrigeració i suporta la integració d'energies renovables.

• Marítim i Aeronàutic: Impulsa la transformació electrificadora i redueix les emissions de carboni.

IV. Desafiaments Tècnics

• Alt Cost: El cost del SST és 5–10 vegades superior al dels transformadors tradicionals.

• Problemes de Fiabilitat: Capacitat de resistència a curts circuits feble, i els dispositius semiconductors són sensibles a l'estress de tensió.

• Interferència EMI: El commutació d'alta freqüència provoca interferència electromagnètica, requereix un disseny de filtre complex.

• Aïllament i Gestió Tèrmica: El rendiment dels materials aïllants a freqüències altes encara no s'ha dominat completament.

• Conducció de Portes i Protecció: El disseny és complex, requereix aïllament i control de precisió elevada.

V. Oportunitats de Mercat al Regne Unit

• Modernització de la Xarxa: El Regne Unit té aproximadament 585.000 subestacions, de les quals 230.000 subestacions de distribució podrien beneficiar-se del SST.

• Objectius d'Energia Renovable: Els objectius per al 2030 inclouen 50GW d'energia eòlica marina i 47GW d'energia solar.

• Infraestructura de Càrrega de VE: Es preveu que es necessitaran 300.000 punts de càrrega públics per al 2030, i el mercat de càrrega ultra-ràpida té un gran potencial.

• Electrificació Ferroviària: S'han de substituir aproximadament 2.880 locomotores a diesel, i el potencial de mercat del SST supera els 30 milions de lliures esterlines.

• Crecement dels Centres de Dades: La demanda d'energia continua augmentant, i el SST pot millorar l'eficiència energètica i la flexibilitat.

VII. El paper de CSA Catapult

• Proporciona suport tècnic de tota la cadena per al SST, incloent el disseny, la simulació i la verificació de prototips.

• Lidera projectes com ASSIST per promoure el desenvolupament de la cadena d'abastament domèstica de dispositius de Si d'alta tensió del Regne Unit.

• Possou capacitats bàsiques com l'optimització multiobjectiu, l'emballatge avançat i la gestió tèrmica.