De la recherche au déploiement : Le bond en avant de l'innovation dans le développement des transformateurs à état solide au Royaume-Uni
I. Aperçu des transformateurs à semi-conducteurs (SST)
Un transformateur à semi-conducteurs (SST) est un dispositif de conversion de puissance avancé qui intègre des semi-conducteurs de puissance, des transformateurs haute fréquence et des circuits de commande.
Comparé aux transformateurs traditionnels, le SST prend en charge les conversions AC/AC, AC/DC et DC/DC, et présente des avantages tels que le flux de puissance bidirectionnel, la commande intelligente et une conception compacte. Ses principales topologies comprennent les structures à un étage, à deux étages (avec des liaisons LVDC ou HVDC) et à trois étages, chacune adaptée à des scénarios d'application spécifiques.
II. Avantages du SST
Taille compacte et poids léger : Le fonctionnement à haute fréquence réduit le volume jusqu'à 80 %.
Haute efficacité : Moins d'étapes de conversion et support pour la connexion directe en courant continu.
Compatibilité avec les réseaux intelligents : Permet la surveillance en temps réel, la régulation de tension, la compensation de puissance réactive et l'isolement des pannes.
Intégration avec les énergies renouvelables et le stockage d'énergie : Se connecte directement aux systèmes solaires, éoliens et de batteries.
Adapté aux marchés à forte croissance : Tels que la recharge rapide des véhicules électriques, les centres de données et le transport ferroviaire.
III. Domaines d'application
Réseau électrique : Améliore la flexibilité du réseau, prend en charge le flux de puissance bidirectionnel et intègre les ressources d'énergie distribuées.
Recharge des véhicules électriques (VE) : Permet la recharge ultra-rapide (350kW+), la fonctionnalité Véhicule au Réseau (V2G) et l'intégration directe des énergies renouvelables.
Transport ferroviaire : Remplace les transformateurs de traction traditionnels, réduit le poids et améliore l'efficacité.
Centres de données : Améliore l'efficacité énergétique, réduit les besoins en refroidissement et soutient l'intégration des énergies renouvelables.
Maritime et aéronautique : Accélère la transformation vers l'électrification et réduit les émissions de carbone.
IV. Défis techniques
Coût élevé : Le coût du SST est de 5 à 10 fois supérieur à celui des transformateurs traditionnels.
Problèmes de fiabilité : Capacité de résistance aux courts-circuits faible, et les dispositifs semi-conducteurs sont sensibles aux contraintes de tension.
Interférences EMI : La commutation à haute fréquence cause des interférences électromagnétiques, nécessitant une conception de filtres complexe.
Isolation et gestion thermique : Les performances des matériaux isolants à haute fréquence ne sont pas encore pleinement maîtrisées.
Pilotage et protection de la porte : La conception est complexe, nécessitant une isolation et un contrôle de haute précision.
V. Opportunités de marché au Royaume-Uni
Modernisation du réseau : Le Royaume-Uni compte environ 585 000 postes de transformation, dont 230 000 postes de distribution peuvent bénéficier du SST.
Objectifs d'énergies renouvelables : Les objectifs pour 2030 incluent 50 GW d'énergie éolienne offshore et 47 GW d'énergie solaire.
Infrastructure de recharge des VE : Il est estimé qu'il sera nécessaire de 300 000 bornes de recharge publiques d'ici 2030, et le marché de la recharge ultra-rapide a un potentiel énorme.
Électrification ferroviaire : Environ 2 880 locomotives diesel doivent être remplacées, et le potentiel du marché SST dépasse 30 millions de livres sterling.
Croissance des centres de données : La demande en énergie continue de croître, et le SST peut améliorer l'efficacité énergétique et la flexibilité.
VII. Le rôle de CSA Catapult
Fournit un soutien technique complet pour le SST, y compris la conception, la simulation et la vérification de prototype.
Dirige des projets tels que ASSIST pour promouvoir le développement de la chaîne d'approvisionnement nationale britannique en dispositifs Si haute tension.
Possède des capacités clés, notamment l'optimisation multi-objectif, l'emballage avancé et la gestion thermique.
