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.
