Tőkéből a telepítésig: Az egyesült királyság szilárdtest-transzformátor fejlesztésének innovációs ugrása

I. A szilárdtestes transzformátorok (SST) áttekintése

A szilárdtestes transzformátor (SST) egy fejlett erőműváltó eszköz, amely integrálja az erőműszemiconductoreket, a magasfrekvenciás transzformátort és a vezérlő áramköröket.

Összehasonlítva a hagyományos transzformátorokkal, az SST támogatja az AC/AC, AC/DC és DC/DC váltást, és előnyeit biztosítja, mint például a kétirányú energiaáramlás, intelligens irányítás és kompakt tervezés. Fő topológiái közé tartozik az egyetlen fázis, a két fázis (LVDC vagy HVDC csatlakozással) és a három fázis szerkezet, mindegyik specifikus alkalmazási forgatókönyvhöz alkalmas.

II. Az SST előnyei

• Kompakt méret és könnyű súly: A magas frekvencia működése akár 80%-ig csökkentheti a térfoglalást.

• Magas hatékonyság: Kevesebb váltási szint és közvetlen DC kapcsolódás támogatása.

• Intelligens hálózat-kompatibilitás: Valós idejű figyelést, feszültség-szabályozást, reaktív teljesítmény-kiegyenlítést és hiba-elkülönítést tesz lehetővé.

• Megújuló energiaforrások és energiatárolók integrációja: Képes közvetlenül csatlakozni napelemparkokhoz, szélerőművekhez és akkumulátor-rendszerhez.

• Alkalmazható nagy növekedési piacokon: Mint például a gyors töltésű elektromos járművek, adatközpontok és vasúti közlekedés.

III. Alkalmazási területek

• Energiahálózat: Növeli a hálózat rugalmasságát, támogatja a kétirányú energiaáramlást, és integrálja a szórt energiaforrásokat.

• Elektromos jármű (EV) töltés: Lehetővé teszi az ultra-gyors töltést (350kW+), a Jármű-hálózat (V2G) funkciót, és a megújuló energiaforrások közvetlen integrációját.

• Vasúti közlekedés: Cseréli a hagyományos trakció-transzformátorokat, csökkentve a súlyt és javítva az hatékonyságot.

• Adatközpontok: Javítja az energiahatékonyságot, csökkenti a hűtési igényeket, és támogatja a megújuló energiaforrások integrációját.

• Tengeri és légi közlekedés: Segít az elektrifikációs átalakulásban és csökkenti a szén-dioxid-kibocsátást.

IV. Technikai kihívások

• Magas költség: Az SST költsége 5–10-szerese a hagyományos transzformátoroknak.

• Biztonsági problémák: Gyenge rövidzárlék-tartóképesség, és a szemiconductor-eszközök érzékenyek a feszültség-stresszelre.

• EMI zavar: A magasfrekvenciás kapcsoló működés elektromágneses interferenciát okoz, ami összetett szűrő tervezést igényel.

• Előterjesztés és hőkezelés: A magas frekvencián működő izoláló anyagok teljesítménye még nem lett teljesen megszerzve.

• Gate vezérlés és védelem: Összetett tervezés, ami elszigeteltséget és nagy pontosságú irányítást igényel.

V. Piaci lehetőségek az Egyesült Királyságban

• Hálózat modernizálása: Az Egyesült Királyságban körülbelül 585,000 alátámasztó áll, amelyből 230,000 elosztó alátámasztó hasznosítható az SST segítségével.

• Megújuló energia célok: A 2030-as célkitűzések 50GW tengeri szélenergiát és 47GW napenergiát tartalmaznak.

• EV töltőinfrastruktúra: Becslések szerint 2030-ig 300,000 nyilvános töltőpont lesz szükséges, és az ultra-gyors töltési piac jelentős potenciált rejt magában.

• Vasúti elektrifikáció: Körülbelül 2,880 diesel motorral kell cserélni, és az SST piaci potenciálja meghaladja a £30 milliót.

• Adatközpontok növekedése: Az energiaigény folyamatosan nő, és az SST javíthatja az energiahatékonyságot és rugalmasságot.

VII. A CSA Catapult szerepe

• Teljes láncú technikai támogatást nyújt az SST-hez, beleértve a tervezést, szimulációt és prototípus ellenőrzést.

• Projekteket vezet, mint például az ASSIST, amelyek elősegítik a brit belső magfeszültségű Si eszköz-lánc fejlesztését.

• Rendszerezett képességeket birtokol, beleértve a többcélos optimalizálást, haladólagos csomagolást és hőkezelést.