Do Investigación ao Despregamento: O Salto Innovador no Desenvolvemento de Transformadores de Estado Sólido no Reino Unido

I. Visión xeral dos transformadores de estado sólido (SST)

Un transformador de estado sólido (SST) é un dispositivo avanzado de conversión de enerxía que integra semiconductores de potencia, transformadores de alta frecuencia e circuitos de control.

En comparación cos transformadores tradicionais, o SST admite as conversións AC/AC, AC/DC e DC/DC, e presenta vantaxes como o flujo de potencia bidireccional, o control inteligente e un deseño compacto. As súas principais topoloxías inclúen estruturas de unha etapa, dúas etapas (con ligazóns LVDC ou HVDC) e tres etapas, cada unha adecuada para escenarios de aplicación específicos.

II. Vantaxes do SST

• Tamaño compacto e leve: A operación de alta frecuencia reduce o volume ata un 80%.

• Alta eficiencia: Menos etapas de conversión e soporte para conexión directa de corrente continua.

• Compatibilidade con redes intelixentes: Permite a monitorización en tempo real, a regulación de tensión, a compensación de potencia reactiva e o aislamento de fallos.

• Integración con enerxía renovable e almacenamento de enerxía: Conecta directamente sistemas solares, eólicos e de baterías.

• Adecuado para mercados de alto crecemento: Como a carga rápida de vehículos eléctricos, centros de datos e tránsito ferroviario.

III. Campos de aplicación

• Red eléctrica: Mejora a flexibilidade da rede, soporta o flujo de potencia bidireccional e integra recursos de enerxía distribuída.

• Carga de vehículos eléctricos (VE): Permite a carga ultra rápida (350kW+), a funcionalidade de vehículo a rede (V2G) e a integración directa de enerxía renovable.

• Tránsito ferroviario: Sustitúe os transformadores de tracción tradicionais, reducindo o peso e mellorando a eficiencia.

• Centros de datos: Melhora a eficiencia enerxética, reduce os requisitos de refrigeración e soporta a integración de enerxía renovable.

• Marítimo e aeronáutico: Impulsa a transformación da electrificación e reduce as emisións de carbono.

IV. Desafíos técnicos

• Alto custo: O custo do SST é 5–10 veces o dos transformadores tradicionais.

• Problemas de fiabilidade: Baixa capacidade de resistencia a cortocircuitos, e os dispositivos semiconductores son susceptibles ao estrés de tensión.

• Interferencia EMI: A conmutación de alta frecuencia causa interferencia electromagnética, requirindo un deseño de filtro complexo.

• Aislamento e xestión térmica: O rendemento dos materiais aislantes a altas frecuencias aínda non está completamente dominado.

• Conducción de porta e protección: O deseño é complexo, requirindo aisolamento e control de alta precisión.

V. Oportunidades de mercado no Reino Unido

• Modernización da rede: O Reino Unido ten aproximadamente 585.000 subestacións, das cales 230.000 subestacións de distribución poden beneficiarse do SST.

• Obxectivos de enerxía renovable: Os obxectivos para 2030 inclúen 50GW de enerxía eólica offshore e 47GW de enerxía solar.

• Infraestrutura de carga de VE: Estímase que se necesitarán 300.000 pilonas públicas de carga para 2030, e o mercado de carga ultra rápida ten un enorme potencial.

• Electrificación ferroviaria: Aproximadamente 2.880 locomotoras diésel deben ser substituídas, e o potencial de mercado do SST supera os 30 millóns de libras.

• Crecemento de centros de datos: A demanda de enerxía continúa aumentando, e o SST pode mellorar a eficiencia enerxética e a flexibilidade.

VII. O papel do CSA Catapult

• Proporciona soporte técnico de cadea completa para o SST, incluíndo deseño, simulación e verificación de prototipo.

• Lidera proxectos como ASSIST para promover o desenvolvemento da cadea de abastecemento de dispositivos de Si de alta tensión do Reino Unido.

• Posúe capacidades nucleares, incluíndo optimización multiobjetivo, embalaxe avanzado e xestión térmica.