Fra Forskning til Implementering: Den Innovationsleap i Storbritanniens Udvikling af Fasttilstands-transformatorer

I. Oversigt over fasttilstandstransformatorer (SST)

En fasttilstandstransformator (SST) er et avanceret strømtransformeringsenhed, der integrerer strømsemikonduktorer, højfrekvente transformatorer og styrekanter.

I forhold til traditionelle transformatorer understøtter SST AC/AC, AC/DC og DC/DC konverteringer, og har fordele som tovejs strømflade, intelligent kontrol og kompakt design. Dens hovedtopologier inkluderer enkelttrin, totrin (med LVDC eller HVDC forbindelser) og tretrinsstrukturer, hver især egnet til specifikke anvendelsesscenarier.

II. Fordele ved SST

• Kompakt størrelse og letvægt: Højfrekvent drift reducerer volumen med op til 80%.

• Høj effektivitet: Færre konverteringstrin og understøttelse af direkte DC-forbindelse.

• Kompatibilitet med smart grid: Gør realtidsovervågning, spændingsregulering, reaktiv effektkompensation og fejlisolering mulig.

• Integration med vedvarende energi og energilagring: Direkte forbindelse til sol-, vind- og batterisystemer.

• Egnede til højtvekslende markeder: Som hurtigoplading af elbiler, datacentre og jernbane.

III. Anvendelsesområder

• Strømnet: Forbedrer netfleksibilitet, understøtter tovejs strømflade og integrerer distribuerede energiresourcer.

• Opladning af elbiler (EV): Gør ultra-hurtig opladning (350kW+) mulig, funktionen Vehicle-to-Grid (V2G) og direkte integration af vedvarende energi.

• Jernbanetransport: Erstatter traditionelle traktionstransformatorer, reducerer vægt og forbedrer effektivitet.

• Datacentre: Forbedrer energieffektivitet, reducerer kølebehov og understøtter integration af vedvarende energi.

• Søfart og luftfart: Driver elektrificeringstransformation og reducerer kulstofudledninger.

IV. Tekniske udfordringer

• Høj pris: Prisen på SST er 5–10 gange så høj som traditionelle transformatorer.

• Tillidsproblemer: Svag kortsircuitstabilitet, og semikonduktorelementer er følsomme overfor spændingsstress.

• EMI-støj: Højfrekvent skift forårsager elektromagnetisk støj, hvilket kræver kompleks filterdesign.

• Isolation og termisk ledelse: Ydelsen af isolerende materialer under høje frekvenser er ikke fuldt ud behersket.

• Gate-drivning og beskyttelse: Designet er komplekst, kræver isolation og højpræcis kontrol.

V. Markedschancer i Storbritannien

• Modernisering af strømnet: Storbritannien har ca. 585.000 understationer, hvoraf 230.000 distributionsunderstationer kan drage fordel af SST.

• Mål for vedvarende energi: Målene for 2030 inkluderer 50 GW offshore vindkraft og 47 GW solenergi.

• Infrastruktur til opladning af elbiler: Det estimeres, at 300.000 offentlige opladningspile vil være nødvendige i 2030, og markedet for ultra-hurtig opladning har enorm potentiel.

• Elektrificering af jernbane: Ca. 2.880 diesel-lokomotiver skal erstattes, og det potentielle marked for SST overstiger £30 millioner.

• Vækst i datacentre: Energiforbrug fortsætter med at stige, og SST kan forbedre energieffektivitet og fleksibilitet.

VII. CSA Catapults rolle

• Leverer fuld-kæde teknisk support for SST, herunder design, simulation og prototypebevis.

• Ledet projekter som ASSIST for at fremme udviklingen af Storbritanniens indenlandske højspændings Si-enheds leverandørkæde.

• Har kernekompetencer, herunder flerobjekt optimering, avanceret emballage og termisk ledelse.