Van Onderzoek naar Implementatie: De Innovatieve Sprong in de Ontwikkeling van Vaste Staat Transformatoren in het VK

I. Overzicht van vaste toestandstransformatoren (SST)

Een vaste toestandstransformator (SST) is een geavanceerd energieconversieapparaat dat krachtigecomponenten, hoogfrequente transformatoren en besturingscircuits integreert.

In vergelijking met traditionele transformatoren ondersteunt SST AC/AC, AC/DC en DC/DC conversies, en heeft voordelen zoals bidirectionele stroom, intelligente controle en een compact ontwerp.Zijn belangrijkste topologieën omvatten single-stage, two-stage (met LVDC of HVDC links), en three-stage structuren, elk geschikt voor specifieke toepassingsscenario's.

II. Voordelen van SST

• Compacte afmetingen en lichtgewicht: Hoogfrequente werking vermindert het volume tot wel 80%.

• Hoge efficiëntie: Minder conversiestappen en ondersteuning voor directe DC-aansluiting.

• Compatibiliteit met slimme netwerken: Stelt real-time monitoring, spanningregeling, reactieve vermogenscompensatie en foutisolatie in staat.

• Integratie met hernieuwbare energie en energieopslag: Directe aansluiting op zonne-energie, windenergie en batterij systemen.

• Geschikt voor snelle groeiende markten: Zoals snelladingsstations voor elektrische voertuigen, datacenters en spoorwegtransit.

III. Toepassingsgebieden

• Energie-netwerk: Verhoogt de flexibiliteit van het netwerk, ondersteunt bidirectionele stroom en integreert gedistribueerde energiebronnen.

• Oplaadinfrastructuur voor elektrische voertuigen (EV): Maakt ultra-snelle oplading (350kW+) mogelijk, Vehicle-to-Grid (V2G) functionaliteit en directe integratie van hernieuwbare energie.

• Spoorwegtransit: Vervangt traditionele tractietransformatoren, vermindert gewicht en verbetert efficiëntie.

• Datacenters: Verbeterde energie-efficiëntie, verminderde koelbehoeften en ondersteuning voor integratie van hernieuwbare energie.

• Maritiem en luchtvaart: Drijft de elektrolysatie-transformatie voort en vermindert CO2-uitstoot.

IV. Technische uitdagingen

• Hoge kosten: De kosten van SST zijn 5–10 keer hoger dan die van traditionele transformatoren.

• Betrouwbaarheidsproblemen: Zwakke korte-slagweerstand en halfgeleiderapparatuur zijn gevoelig voor spanningsspanningen.

• EMI-storing: Hoogfrequente schakeling veroorzaakt elektromagnetische storing, wat complexe filterontwerp vereist.

• Isolatie en thermisch beheer: Het gedrag van isolatiematerialen bij hoge frequenties is nog niet volledig beheersbaar.

• Gate-aandrijving en -bescherming: Het ontwerp is complex en vereist isolatie en hoge precisie-controle.

V. Marktkansen in het VK

• Modernisering van het netwerk: Het VK heeft ongeveer 585.000 substations, waarvan 230.000 distributiesubstations baat kunnen hebben bij SST.

• Doelstellingen voor hernieuwbare energie: De doelstellingen voor 2030 omvatten 50GW offshore windenergie en 47GW zonne-energie.

• Infrastructuur voor EV-opladen: Er wordt geschat dat er 300.000 openbare laadpalen nodig zullen zijn tegen 2030, en de markt voor ultra-snel opladen heeft enorm potentieel.

• Elektrificatie van spoorwegen: Ongeveer 2.880 diesellocomotieven moeten worden vervangen, en het marktpotentieel voor SST bedraagt meer dan £30 miljoen.

• Groei van datacenters: De energiebehoefte blijft stijgen, en SST kan energie-efficiëntie en flexibiliteit verbeteren.

VII. De rol van CSA Catapult

• Biedt full-chain technische ondersteuning voor SST, inclusief ontwerp, simulatie en prototypeverificatie.

• Leidt projecten zoals ASSIST om de ontwikkeling van de Britse binnenlandse high-voltage Si-apparatuur leverketen te bevorderen.

• Heeft kerncapaciteiten waaronder multi-objectief optimalisatie, geavanceerde verpakking en thermisch beheer.