Tutkimuksesta käyttöön: Innovatiivinen loikka Yhdistyneen kuningaskunnan kiinteän aineen muuntimien kehityksessä

I. Jäykän tilan muuntajien (SST) yleiskatsaus

Jäykän tilan muuntaja (SST) on edistynyt sähkömuunnoslaite, joka integroi vahvistettuja tehojohdoksia, korkeataajuusmuuntajia ja ohjauskuitu.

Perinteisiin muuntajiin verrattuna SST tukee AC/AC-, AC/DC- ja DC/DC-muuntoja, ja sillä on etuja kuten kaksisuuntainen energiavirta, älykäs ohjaus ja kompakti suunnittelu. Sen päätävologiat ovat yhden vaiheen, kahden vaiheen (LVDC- tai HVDC-linkit) ja kolmen vaiheen rakenteet, jotka sopivat erityisille sovelluskohteille.

II. SST:n edut

• Kompakti koko ja kevyys: Korkea taajuus pienentää tilavuutta jopa 80%.

• Korkea tehokkuus: Vähemmän muuntovaiheita ja suora DC-yhteys.

• Älyverkon yhteensopivuus: Mahdollistaa reaaliaikaisen seurannan, jänniteohjaus, reaktiivisen voiman kompensoinnin ja virheeristyksen.

• Yhteensopivuus uusiutuvan energian ja energiasäilytysteollisuuden kanssa: Yhdistää suoraan aurinko-, tuulivoima- ja akkusystemit.

• Sopii nopeasti kasvuville markkinoille: Kuten sähköautojen pikalataus, tietokeskukset ja rautatiekuljetus.

III. Sovellusalat

• Sähköverkot: Parantaa verkostojoustavuutta, tukee kaksisuuntaista energiavirtaa ja yhdistää hajautettuja energialähteitä.

• Sähköauton lataus: Mahdollistaa ultra-nopean latauksen (350kW+), ajoneuvo-verkko (V2G)-toiminnallisuuden ja uusiutuvan energian suoran yhdistämisen.

• Rautatiekuljetus: Korvaa perinteiset vetomuuntajat, vähentää painoa ja parantaa tehokkuutta.

• Tietokeskukset: Parantaa energiatehokkuutta, vähentää jäätytysvaatimuksia ja tukee uusiutuvan energian yhdistämistä.

• Meriliikenne ja ilmailu: Edistää sähköistymistä ja vähentää hiilidioksidipäästöjä.

IV. Tekniset haasteet

• Korkea hinta: SST:n hinta on 5–10 kertaa suurempi kuin perinteisten muuntajien.

• Luotettavuushaasteet: Heikko lyhytkatkaisukestävyys ja päätejohdot altistuvat jännitespannulle.

• EMI-häiriöt: Korkeatajuinen kytkeminen aiheuttaa sähkömagneettista häiriötä, joka vaatii monimutkaisen suodattimen suunnittelun.

• Erityislaitteiden eristys ja lämmön hallinta: Erityislaitteiden materiaalien suorituskyky korkeilla taajuuksilla ei ole vielä täysin hallittu.

• Porttin ohjaus ja suojaus: Suunnittelu on monimutkainen, vaatii eristystä ja tarkkaa ohjausta.

V. Markkinamahdollisuudet Iso-Britanniassa

• Verkon modernisointi: Iso-Britanniassa on noin 585 000 alijäämälaitosta, joista 230 000 jakelualijäämälaitosta hyötyvät SST:stä.

• Uusiutuvan energian tavoitteet: Vuoden 2030 tavoitteet sisältävät 50 GW merituulivoimaa ja 47 GW aurinkoenergiaa.

• Sähköautolatausinfrastruktuuri: Arvioidaan, että vuoteen 2030 mennessä tarvitaan 300 000 julkista latauspistettä, ja ultra-nopea latausmarkkina on valtava potentiaali.

• Rautatie sähköistys: Noin 2 880 dieseliä moottoreita on korvattava, ja SST-markkinapotentiali ylittää 30 miljoonaa puntaa.

• Tietokeskusten kasvu: Energiatarve jatkaa kasvua, ja SST voi parantaa energiatehokkuutta ja joustavuutta.

VII. CSA Catapultin rooli

• Tarjoaa kokonaissuunnitelman teknisen tuen SST:lle, mukaan lukien suunnittelu, simulointi ja prototyydin varmistaminen.

• Johtaa projekteja kuten ASSIST, joka edistää Isossa-Britanniassa kotimaista korkean jännitteen Si-laitteiston toimitusketjun kehitystä.

• Omistaa ytimelliset kyvyt, mukaan lukien monitavoiteoptimointi, edistynyt pakkaus ja lämmön hallinta.