Od výzkumu k nasazení: Inovační skok ve vývoji pevného transformátoru v UK
I. Přehled pevných transformátorů (SST)
Pevný transformátor (SST) je pokročilé zařízení pro převod energie, které integruje silně vedené polovodiče, vysokofrekvenční transformátory a ovládací obvody.
V porovnání s tradičními transformátory podporuje SST převody AC/AC, AC/DC a DC/DC a má výhody jako bidirekční tok energie, inteligentní řízení a kompaktní návrh. Jeho hlavní topologie zahrnují jednostupňovou, dvoustupňovou (s LVDC nebo HVDC spoji) a třístupňovou strukturu, každá vhodná pro specifické aplikace.
II. Výhody SST
Kompaktní rozměry a lehkost: Vysokofrekvenční provoz snižuje objem až o 80 %.
Vysoká efektivita: Menší počet stupňů převodu a podpora přímého připojení DC.
Kompatibilita s chytrým rozvodným systémem: Umožňuje reálně časové monitorování, regulaci napětí, kompenzaci reaktivní moci a izolaci poruch.
Integrace s obnovitelnými zdroji energie a úložišti energie: Přímé připojení k solárním, větrným a bateriovým systémům.
Odhodlaný pro rychle rostoucí trhy: Jako je rychlé nabíjení elektrických vozidel, data centra a železniční doprava.
III. Oblasti použití
Elektrický rozvodný systém: Zvyšuje flexibilitu sítě, podporuje bidirekční tok energie a integruje distribuované zdroje energie.
Nabíjení elektrických vozidel (EV): Umožňuje ultra-rychlé nabíjení (350 kW+), funkci vozidlo-síť (V2G) a přímou integraci obnovitelných zdrojů energie.
Železniční doprava: Nahrazuje tradiční tažné transformátory, snižuje hmotnost a zvyšuje efektivitu.
Data centra: Zlepšuje energetickou efektivitu, snižuje potřebu chlazení a podporuje integraci obnovitelných zdrojů energie.
Námořní a letecká doprava: Podporuje transformaci elektrifikace a snižuje emise uhlíku.
IV. Technické výzvy
Vysoké náklady: Náklady na SST jsou 5–10krát vyšší než u tradičních transformátorů.
Problémy s spolehlivostí: Slabá odolnost proti krátkozámkovému proudovi a polovodičové součástky jsou citlivé na napěťové stresy.
EMI rušení: Vysokofrekvenční přepínání způsobuje elektromagnetické rušení, což vyžaduje složité filtrační návrhy.
Izolace a tepelné řízení: Výkon izolačních materiálů při vysokých frekvencích není plně ovládnut.
Řízení brány a ochrana: Návrh je složitý, vyžaduje izolaci a vysokou přesnost řízení.
V. Tržní příležitosti ve Spojeném království
Modernizace sítě: Ve Spojeném království existuje přibližně 585 000 rozvodoven, z toho 230 000 distribučních rozvodoven může využít SST.
Cíle v oblasti obnovitelných zdrojů energie: Cíle do roku 2030 zahrnují 50 GW větrné energie na moři a 47 GW solární energie.
Infrastruktura pro nabíjení elektrických vozidel: Odhaduje se, že do roku 2030 bude potřeba 300 000 veřejných nabíjecích stanic, a trh s ultra-rychlým nabíjením má obrovský potenciál.
Elektrifikace železnice: Mělo by být nahrazeno přibližně 2 880 dieslových lokomotiv, a potenciál trhu SST přesahuje 30 milionů liber.
Růst datových center: Požadavek na energii stále roste, a SST mohou zlepšit energetickou efektivitu a flexibilitu.
VII. Role CSA Catapult
Poskytuje kompletní technickou podporu pro SST, včetně návrhu, simulace a ověření prototypu.
Vede projekty, jako je ASSIST, aby podpořila vývoj domácího dodavatelského řetězce vysokonapěťových Si zařízení ve Spojeném království.
Má klíčové schopnosti, včetně vícekriteriální optimalizace, pokročilého balení a tepelného řízení.
