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.