Od istraživanja do implementacije: Inovativni skok u razvoju čvrstotransformatora u Ujedinjenom Kraljevstvu

I. Pregled čvrstotransformatora (SST)

Čvrstotransformator (SST) je napredan uređaj za pretvorbu struje koji integriše poluprovodničke elemente visokih snaga, transformatore visoke frekvencije i kontroloske krugove.

U usporedbi s tradicionalnim transformatorima, SST podržava pretvorbe AC/AC, AC/DC i DC/DC, te ima prednosti poput dvosmjernog toka struje, pametnog upravljanja i kompaktnog dizajna. Njegove glavne topologije uključuju jednostepene, dvostepene (s LVDC ili HVDC vezama) i trostepene strukture, svaka odgovarajuća specifičnim scenarijima primjene.

II. Prednosti SST

• Kompaktna veličina i lagana težina: Rad na visokoj frekvenciji smanjuje volumen do 80%.

• Visoka učinkovitost: Manje faze pretvorbe i podrška za direktnu DC vezu.

• Kompatibilnost s pametnim mrežama: Omogućuje stvarno vrijeme nadzora, regulaciju napona, kompenzaciju reaktivne snage i izolaciju grešaka.

• Integracija s obnovljivim izvorima energije i pohranom energije: Direktno povezuje sustave solarnih, vjetračnih i baterijskih sustava.

• Pogodan za tržišta visokog rasta: Poput brzog punjenja električnih vozila, podatkovnih centara i željezničkog prometa.

III. Područja primjene

• Energetska mreža: Unapređuje fleksibilnost mreže, podržava dvosmjerni tok struje i integrira distribuirane izvore energije.

• Punjenje električnih vozila (EV): Omogućuje ultra-brzo punjenje (350kW+), funkcionalnost Vozilo-do-mreže (V2G) i direktnu integraciju obnovljivih izvora energije.

• Željeznički promet: Zamjenjuje tradicionalne trakcijske transformatore, smanjuje težinu i poboljšava učinkovitost.

• Podatkovni centri: Poboljšava energetsku učinkovitost, smanjuje potrebu za hlađenjem i podržava integraciju obnovljivih izvora energije.

• Morski i zračni promet: Potiče transformaciju elektromobiliteta i smanjuje emisije ugljičnog dioksida.

IV. Tehnički izazovi

• Visoka cijena: Cijena SST-a je 5–10 puta veća od cijene tradicionalnih transformatora.

• Problemi s pouzdanosti: Slaba otpornost na kratko zatvorene krugove, a poluprovodnički elementi su osjetljivi na naponsku stresu.

• EMI smetnje: Frekventno preklapanje uzrokuje elektromagnetske smetnje, što zahtijeva složeni dizajn filtra.

• Izolacija i termalno upravljanje: Performanse izolacijskih materijala na visokim frekvencijama još nisu u potpunosti savladane.

• Upravljanje kapičnim pogonom i zaštita: Dizajn je složen, zahtijeva izolaciju i precizno upravljanje.

V. Tržišne prilike u Ujedinjenom Kraljestvu

• Modernizacija mreže: Ujedinjeno Kraljestvo ima približno 585.000 transformatorskih stanica, od kojih može proći koristi od SST-a 230.000 distribucijskih transformatorskih stanica.

• Ciljevi obnovljive energije: Ciljevi za 2030. godinu uključuju 50 GW pomorske vjetroenergije i 47 GW solarnih energija.

• Infrastruktura za punjenje EV: Procjenjuje se da će do 2030. godine biti potrebno oko 300.000 javnih naplatnih stupova, a tržište za ultra-brzo punjenje ima ogroman potencijal.

• Elektrifikacija željeznice: Trebalo bi zamijeniti približno 2.880 dizelskih lokomotiva, a potencijal tržišta SST-a prelazi £30 milijuna.

• Rast podatkovnih centara: Zahtjev za strujom nastavlja rasti, a SST može poboljšati energetsku učinkovitost i fleksibilnost.

VII. Uloga CSA Catapult

• Pruža tehničku podršku cijele lanac za SST, uključujući dizajn, simulacije i verifikaciju prototipa.

• Vodi projekte poput ASSIST-a kako bi promovirao razvoj domaćeg lanca opskrbivanja visokonaponskih Si uređaja u UK-u.

• Posjeduje ključne sposobnosti uključujući višeciljnu optimizaciju, napredno pakiranje i termalno upravljanje.