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.