Od istraživanja do implementacije: Inovativni skok u razvoju čvrstotransformatora u UK

I. Pregled čvrstotokovih transformatora (SST)

Čvrstotoki transformator (SST) je napredno uređaj za pretvaranje struje koji integriše poluprovodničke elemente visoke snage, visoko-frekventne transformatore i kontrolne krugove.

U poređenju sa tradicionalnim transformatorima, SST podržava pretvorbu AC/AC, AC/DC i DC/DC, i ima prednosti kao što su dvosmerna protoka energije, inteligentna kontrola i kompaktni dizajn. Njegove glavne topologije uključuju jednostepeni, dvostepeni (sa LVDC ili HVDC vezama) i trostepene strukture, svaka od kojih je prikladna za specifične primene.

II. Prednosti SST

• Kompaktna veličina i lagana težina: Visoko-frekventna operacija smanjuje zapreminu do 80%.

• Visoka efikasnost: Manje faza pretvorbe i podrška direktnoj DC vezi.

• Kompatibilnost sa pametnim mrežama: Omogućava stvarno-vremenski monitoring, regulaciju napona, kompenzaciju reaktivne snage i izolaciju grešaka.

• Integracija s obnovljivim izvorima energije i pohranom energije: Direktno se povezuje sa solarnim, vjetrom i baterijskim sistemima.

• Pogodan za tržišta sa visokim rastom: Poput brzog punjenja električnih vozila, data centara i željezničkog prometa.

III. Oblasti primene

• Mreža: Poboljšava fleksibilnost mreže, podržava dvosmerni protok energije i integriše distribuirane izvore energije.

• Punjenje električnih vozila (EV): Omogućava ultra-brzo punjenje (350kW+), funkcionalnost Vehicle-to-Grid (V2G) i direktnu integraciju obnovljivih izvora energije.

• Željeznički promet: Zamenjuje tradicionalne trakcijske transformatore, smanjuje težinu i poboljšava efikasnost.

• Data centri: Poboljšava efikasnost energije, smanjuje potrebu za hlađenjem i podržava integraciju obnovljivih izvora energije.

• Marina i avijacija: Podržava transformaciju elektrifikacije i smanjuje emisije ugljičnog dioksida.

IV. Tehnički izazovi

• Visoka cena: Cena SST je 5–10 puta veća od cene tradicionalnih transformatora.

• Problemi pouzdanosti: Slaba otpornost na kratkospojne struje, a poluprovodnički elementi su osjetljivi na naponsku stresu.

• EMI smetnje: Visoko-frekventno prekidno radovanje dovodi do elektromagnetnih interferencija, zahteva složeno dizajniranje filtera.

• Izolacija i termalno upravljanje: Performanse izolacionih materijala pod visokim frekvencijama još nisu u potpunosti ovladane.

• Upotreba i zaštita vrata: Dizajn je složen, zahteva izolaciju i preciznu kontrolu.

V. Tržišne prilike u UK-u

• Modernizacija mreže: U UK-u postoji oko 585.000 pretvorbenih stanica, od kojih 230.000 distribucijskih pretvorbenih stanica mogu koristiti SST.

• Ciljevi obnovljive energije: Ciljevi za 2030. godinu uključuju 50GW of-shore vjetra i 47GW sunčeve energije.

• Infrastruktura za punjenje EV: Procijenjeno je da će biti potrebno oko 300.000 javnih točki za punjenje do 2030. godine, a tržište za ultra-brzo punjenje ima ogroman potencijal.

• Elektrifikacija željeznice: Ograničeno je da bi se zamenilo oko 2.880 dizelskih lokomotiva, a potencijal tržišta SST prelazi £30 miliona.

• Rast data centara: Potreba za energijom nastavlja rasti, a SST može poboljšati efikasnost i fleksibilnost energije.

VII. Uloga CSA Catapult-a

• Pruža potporu u celoj lancu za SST, uključujući dizajn, simulaciju i verifikaciju prototipa.

• Vodi projekte poput ASSIST-a kako bi se promovirao razvoj domaćeg lanca opskrbe visokonaponskih Si uređaja u UK-u.

• Posjeduje ključne sposobnosti uključujući višeciljnu optimizaciju, naprednu ambalažu i termalno upravljanje.