연구에서 배포까지: 영국의 고체 변압기 개발에서의 혁신적 도약
I. 고체 변압기(SST) 개요
고체 변압기(SST)는 전력 반도체, 고주파 변압기, 제어 회로를 통합한 고급 전력 변환 장치입니다.
전통적인 변압기와 비교하여 SST는 AC/AC, AC/DC, DC/DC 변환을 지원하며, 양방향 전력 흐름, 지능형 제어, 컴팩트한 설계 등의 장점을 가지고 있습니다. 주요 구조에는 단일 단계, 두 단계(LVDC 또는 HVDC 링크), 세 단계 구조가 있으며, 각각 특정 응용 분야에 적합합니다.
II. SST의 장점
작은 크기와 가벼운 무게: 고주파 작동으로 부피가 최대 80%까지 줄어듭니다.
높은 효율성: 변환 단계가 적고 직류 연결을 지원합니다.
스마트 그리드 호환성: 실시간 모니터링, 전압 조절, 반응 전력 보상, 고장 격리를 가능하게 합니다.
재생 에너지 및 에너지 저장 시스템과의 통합: 태양광, 풍력, 배터리 시스템과 직접 연결됩니다.
고성장 시장에 적합: 예를 들어 EV 빠른 충전, 데이터 센터, 철도 교통 등입니다.
III. 응용 분야
전력망: 그리드 유연성을 향상시키며, 양방향 전력 흐름을 지원하고 분산 에너지 자원을 통합합니다.
전기차(EV) 충전: 초고속 충전(350kW+), 차량-그리드(V2G) 기능, 재생 에너지와의 직접 통합을 가능하게 합니다.
철도 교통: 전통적인 견인 변압기를 대체하여 무게를 줄이고 효율성을 향상시킵니다.
데이터 센터: 에너지 효율성을 향상시키고 냉각 요구 사항을 줄이며, 재생 에너지 통합을 지원합니다.
해양 및 항공: 전기화 전환을 촉진하고 탄소 배출을 줄입니다.
IV. 기술적 도전 과제
높은 비용: SST의 비용은 전통적인 변압기의 5~10배입니다.
신뢰성 문제: 짧은 회로 내구성이 약하고, 반도체 장치는 전압 스트레스에 취약합니다.
EMI 간섭: 고주파 스위칭이 전자기 간섭을 일으키므로 복잡한 필터 설계가 필요합니다.
절연 및 열 관리: 고주파에서 절연 재료의 성능이 완전히 이해되지 않았습니다.
게이트 드라이빙 및 보호: 설계가 복잡하여 격리와 고정밀 제어가 필요합니다.
V. 영국의 시장 기회
그리드 현대화: 영국에는 약 585,000개의 변전소가 있으며, 그 중 230,000개의 배전 변전소가 SST로 혜택을 받을 수 있습니다.
재생 에너지 목표: 2030년 목표는 해상 풍력 50GW, 태양광 47GW입니다.
EV 충전 인프라: 2030년까지 300,000개의 공용 충전기가 필요하며, 초고속 충전 시장이 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
철도 전기화: 약 2,880대의 디젤 기관차를 대체할 예정이며, SST 시장 잠재력은 £30백만을 초과합니다.
데이터 센터 성장: 전력 수요가 계속 증가하고 있으며, SST는 에너지 효율성과 유연성을 향상시킬 수 있습니다.
VII. CSA Catapult의 역할
SST에 대한 전체 체인 기술 지원을 제공하며, 설계, 시뮬레이션, 프로토타입 검증을 포함합니다.
ASSIST와 같은 프로젝트를 이끌어 영국의 국내 고전압 Si 장치 공급 체인 발전을 촉진합니다.
다목적 최적화, 고급 패키징, 열 관리와 같은 핵심 역량을 보유하고 있습니다.
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