Fra forskning til implementasjon: Innovasjonsspranget i utviklingen av fasttilstandstransformatorer i Storbritannia

I. Oversikt over fasttilstandstransformatorer (SST)

En fasttilstandstransformator (SST) er et avansert kraftkonverteringsenhet som integrerer strømsemikondensatorer, høyfrekvens-transformatorer og kontrollkretser.

Sammenlignet med tradisjonelle transformatorer, støtter SST AC/AC, AC/DC og DC/DC-konvertering, og har fordelene med toveis strømflyt, intelligent kontroll og kompakt design. Dets hovedtopologier inkluderer enestegs, tostegs (med LVDC eller HVDC-linker) og trestegs-strukturer, hver egnet for spesifikke anvendelsesscenarier.

II. Fordeler ved SST

• Kompakt størrelse og lettvekt: Høyfrekvensdrift reduserer volumet med opptil 80%.

• Høy effektivitet: Færre konverteringssteg og støtte for direkte DC-tilkobling.

• Kompatibilitet med smarte nettverk: Muliggjør sanntidsovervåking, spenningstilpasning, reaktiv effektkompensasjon og feilisolering.

• Integrering med fornybar energi og energilagring: Direkte tilkobling til sol, vind og batterisystemer.

• Egnede for høyvekstmarkeder: Som hurtigladning av elektriske kjøretøy, datacentre og jernbane.

III. Anvendelsesområder

• Strømnett: Øker nettets fleksibilitet, støtter toveis strømflyt og integrerer distribuerte energiresurser.

• Ladning av elektriske kjøretøy (EV): Muliggjør ekstremt rask ladning (350kW+), funksjonalitet for kjøretøy til nett (V2G) og direkte integrering av fornybar energi.

• Jernbane: Erstatter tradisjonelle traktstransformatorer, reduserer vekt og forbedrer effektivitet.

• Datacentre: Forbedrer energieffektiviteten, reduserer kjølebehov og støtter integrering av fornybar energi.

• Marin og luftfart: Driver elektrifiseringsforandring og reduserer karbonutslipp.

IV. Tekniske utfordringer

• Høy kostnad: Kostnaden for SST er 5–10 ganger høyere enn for tradisjonelle transformatorer.

• Pålitelighetsproblemer: Svak motstandsdyktighet mot kortslutning, og halvlederenheter er følsomme for spenningsstress.

• EMI-forstyrrelser: Høyfrekvensskifting fører til elektromagnetisk forstyrrelse, som krever komplekse filterdesigner.

• Isolasjon og varmekontroll: Ytelsen til isolasjonsmaterialer under høy frekvens er ikke fullstendig behersket.

• Gate-drift og beskyttelse: Designet er komplekst, krever isolasjon og høypræcis kontroll.

V. Markedsmuligheter i Storbritannia

• Modernisering av strømnett: Det finnes omtrent 585.000 understationer i Storbritannia, hvorav 230.000 distribusjonsunderstationer kan nyte godt av SST.

• Mål for fornybar energi: Målet for 2030 inkluderer 50 GW havvindkraft og 47 GW solenergi.

• Infrastruktur for EV-ladning: Det estimeres at det trengs 300.000 offentlige ladepiler innen 2030, og markedet for ekstremt rask ladning har stor potensial.

• Elektrifisering av jernbane: Omtrent 2.880 diesellokomotiver skal erstattes, og markeds potentialet for SST overstiger £30 millioner.

• Vekst i datacentre: Strømkreven fortsetter å øke, og SST kan forbedre energieffektiviteten og fleksibiliteten.

VII. CSA Katapults rolle

• Tilbyr full kjedeteknisk støtte for SST, inkludert design, simulering og prototypetesting.

• Ledet prosjekter som ASSIST for å fremme utviklingen av Storbritannias hjemmelige høyspennings Si-enhed leverandørkjede.

• Har kjerneevner som flerobjektive optimisering, avansert emballering og varmekontroll.