Dal Ricerca alla Distribuzione: Il Salto Innovativo nello Sviluppo del Trasformatore a Stato Solido nel Regno Unito

I. Panoramica dei Solid-State Transformers (SST)

Un Solid-State Transformer (SST) è un avanzato dispositivo di conversione dell'energia che integra semiconduttori di potenza, trasformatori ad alta frequenza e circuiti di controllo.

A differenza dei trasformatori tradizionali, l'SST supporta conversioni AC/AC, AC/DC e DC/DC, e presenta vantaggi come il flusso di potenza bidirezionale, il controllo intelligente e un design compatto. Le sue principali topologie includono strutture a singola fase, a doppia fase (con collegamenti LVDC o HVDC) e a tre fasi, ciascuna adatta a specifici scenari applicativi.

II. Vantaggi degli SST

• Dimensioni compatte e peso ridotto: l'operazione ad alta frequenza riduce il volume fino al 80%.

• Alta efficienza: meno stadi di conversione e supporto per la connessione diretta in corrente continua.

• Compatibilità con la smart grid: abilita il monitoraggio in tempo reale, la regolazione della tensione, la compensazione del potere reattivo e l'isolamento dei guasti.

• Integrazione con energie rinnovabili e sistemi di accumulo: connette direttamente sistemi solari, eolici e batterie.

• Adatto a mercati ad alto crescita: come la ricarica veloce di veicoli elettrici, i data center e il trasporto ferroviario.

III. Campi di Applicazione

• Rete Elettrica: migliora la flessibilità della rete, supporta il flusso di potenza bidirezionale e integra risorse energetiche distribuite.

• Ricarica di Veicoli Elettrici (EV): abilita la ricarica ultra rapida (350kW+), la funzionalità Vehicle-to-Grid (V2G) e l'integrazione diretta di energie rinnovabili.

• Trasporto Ferroviario: sostituisce i trasformatori di trazione tradizionali, riducendo il peso e migliorando l'efficienza.

• Data Center: migliora l'efficienza energetica, riduce i requisiti di raffreddamento e supporta l'integrazione di energie rinnovabili.

• Marina e Aviazione: promuove la trasformazione elettrica e riduce le emissioni di carbonio.

IV. Sfide Tecniche

• Costo Elevato: il costo degli SST è 5-10 volte superiore a quello dei trasformatori tradizionali.

• Problemi di Affidabilità: bassa capacità di resistenza ai cortocircuiti e dispositivi semiconduttori sensibili allo stress da tensione.

• Interferenza EMI: il commutazione ad alta frequenza causa interferenze elettromagnetiche, richiedendo progetti di filtro complessi.

• Isolamento e Gestione Termica: le prestazioni dei materiali isolanti ad alta frequenza non sono ancora completamente padroneggiate.

• Guida alla Porta e Protezione: il progetto è complesso, richiedendo isolamento e controllo ad alta precisione.

V. Opportunità di Mercato nel Regno Unito

• Modernizzazione della Rete: il Regno Unito ha circa 585.000 sottostazioni, di cui 230.000 sottostazioni di distribuzione possono beneficiare degli SST.

• Obiettivi di Energia Rinnovabile: gli obiettivi per il 2030 includono 50 GW di energia eolica offshore e 47 GW di energia solare.

• Infrastruttura di Ricarica EV: si stima che saranno necessarie 300.000 colonnine di ricarica pubbliche entro il 2030, e il mercato della ricarica ultra rapida ha un enorme potenziale.

• Elettrificazione Ferroviaria: circa 2.880 locomotive a diesel devono essere sostituite, e il potenziale di mercato per gli SST supera i £30 milioni.

• Crescita dei Data Center: la domanda di energia continua a crescere, e gli SST possono migliorare l'efficienza energetica e la flessibilità.

VII. Il Ruolo di CSA Catapult

• Fornisce supporto tecnico completo per gli SST, inclusi progettazione, simulazione e verifica del prototipo.

• Guida progetti come ASSIST per promuovere lo sviluppo della catena di fornitura domestica di dispositivi Si ad alta tensione nel Regno Unito.

• Possiede capacità core come ottimizzazione multi-obiettivo, imballaggio avanzato e gestione termica.