От Исследования до Развертывания: Прорыв в Инновациях в Разработке Твердотельных Трансформаторов в Великобритании
I. Обзор твердотельных трансформаторов (SST)
Твердотельный трансформатор (SST) — это передовое устройство преобразования энергии, которое интегрирует силовые полупроводниковые приборы, высокочастотные трансформаторы и управляющие цепи.
В сравнении с традиционными трансформаторами, SST поддерживает преобразования AC/AC, AC/DC и DC/DC, а также обладает преимуществами, такими как двунаправленный поток мощности, интеллектуальное управление и компактный дизайн. Его основные топологии включают одноступенчатые, двухступенчатые (с LVDC или HVDC связями) и трехступенчатые структуры, каждая из которых подходит для конкретных сценариев применения.
II. Преимущества SST
Компактные размеры и легкий вес: работа на высокой частоте уменьшает объем до 80%.
Высокая эффективность: меньшее количество ступеней преобразования и поддержка прямого подключения постоянного тока.
Совместимость со smart grid: позволяет осуществлять мониторинг в реальном времени, регулирование напряжения, компенсацию реактивной мощности и изоляцию неисправностей.
Интеграция с возобновляемыми источниками энергии и системами хранения: прямое подключение солнечных, ветровых и аккумуляторных систем.
Подходит для быстро растущих рынков: таких как быстрая зарядка электромобилей, центры обработки данных и железнодорожный транспорт.
III. Области применения
Электросеть: повышает гибкость сети, поддерживает двунаправленный поток мощности и интеграцию распределенных источников энергии.
Зарядка электромобилей (EV): обеспечивает сверхбыструю зарядку (350 кВт+), функциональность Vehicle-to-Grid (V2G) и прямую интеграцию возобновляемых источников энергии.
Железнодорожный транспорт: заменяет традиционные тяговые трансформаторы, снижает вес и повышает эффективность.
Центры обработки данных: повышает энергоэффективность, снижает потребность в охлаждении и поддерживает интеграцию возобновляемых источников энергии.
Морской и авиационный транспорт: способствует переходу на электротягу и снижению выбросов углекислого газа.
IV. Технические вызовы
Высокая стоимость: стоимость SST в 5-10 раз выше, чем у традиционных трансформаторов.
Проблемы надежности: слабая способность выдерживать короткое замыкание, полупроводниковые приборы чувствительны к напряжению.
ЭМИ-помехи: высокочастотное переключение вызывает электромагнитные помехи, требующие сложного фильтрационного дизайна.
Изоляция и термическое управление: производительность изоляционных материалов при высоких частотах еще не полностью освоена.
Управление затвором и защита: дизайн сложен, требует изоляции и высокоточной регулировки.
V. Возможности рынка в Великобритании
Модернизация сетей: в Великобритании около 585,000 подстанций, из которых 230,000 распределительных подстанций могут извлечь выгоду от использования SST.
Цели в области возобновляемой энергии: к 2030 году планируется достичь 50 ГВт офшорной ветроэнергетики и 47 ГВт солнечной энергии.
Инфраструктура зарядки электромобилей: к 2030 году потребуется около 300,000 общественных зарядных станций, и рынок сверхбыстрой зарядки имеет огромный потенциал.
Электрификация железных дорог: предполагается заменить около 2,880 дизельных локомотивов, и потенциал рынка SST превышает £30 миллионов.
Рост центров обработки данных: спрос на электроэнергию продолжает расти, и SST может улучшить энергоэффективность и гибкость.
VII. Роль CSA Catapult
Предоставляет полную техническую поддержку для SST, включая проектирование, моделирование и проверку прототипов.
Ведет проекты, такие как ASSIST, для продвижения развития внутренней цепочки поставок высоковольтных Si-устройств в Великобритании.
Обладает ключевыми возможностями, включая многокритериальную оптимизацию, передовые методы упаковки и термическое управление.
