จากวิจัยสู่การใช้งาน: การก้าวกระโดดทางนวัตกรรมในการพัฒนาทรานสฟอร์เมอร์แบบโซลิดสเตทในสหราชอาณาจักร
I. ภาพรวมของ Solid-State Transformers (SST)
Solid-State Transformer (SST) เป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานขั้นสูงที่ผสานรวมชิ้นส่วนกึ่งตัวนำ ทรานสฟอร์เมอร์ความถี่สูง และวงจรควบคุม
เมื่อเทียบกับทรานสฟอร์เมอร์แบบดั้งเดิม SST รองรับการแปลง AC/AC, AC/DC, และ DC/DC และมีข้อดีเช่น การไหลของพลังงานสองทาง การควบคุมอัจฉริยะ และการออกแบบที่กะทัดรัด โครงสร้างหลักของ SST ประกอบด้วย โครงสร้างระดับเดียว สองระดับ (พร้อมลิงค์ LVDC หรือ HVDC) และสามระดับ ซึ่งแต่ละแบบเหมาะสมสำหรับสถานการณ์การใช้งานเฉพาะ
II. ข้อดีของ SST
ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา: การทำงานในความถี่สูงลดปริมาณลงได้ถึง 80%
ประสิทธิภาพสูง: มีขั้นตอนการแปลงน้อยและรองรับการเชื่อมต่อ DC ตรง
เข้ากันได้กับระบบไฟฟ้าอัจฉริยะ: สามารถตรวจสอบแบบเรียลไทม์ ควบคุมแรงดัน ชดเชยกำลัง реакทีฟ และแยกข้อผิดพลาด
ผสานรวมกับพลังงานหมุนเวียนและการเก็บพลังงาน: เชื่อมต่อโดยตรงกับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ลม และแบตเตอรี่
เหมาะสมสำหรับตลาดที่เติบโตอย่างรวดเร็ว: เช่น การชาร์จรถไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว ศูนย์ข้อมูล และรถไฟฟ้า
III. สาขาการประยุกต์ใช้
ระบบไฟฟ้า: เพิ่มความยืดหยุ่นของระบบไฟฟ้า รองรับการไหลของพลังงานสองทาง และผสานรวมแหล่งพลังงานกระจาย
การชาร์จรถไฟฟ้า (EV): รองรับการชาร์จความเร็วสูง (350kW+) ฟังก์ชัน Vehicle-to-Grid (V2G) และการผสานรวมพลังงานหมุนเวียนโดยตรง
รถไฟฟ้า: แทนที่ทรานสฟอร์เมอร์แบบดั้งเดิม ลดน้ำหนักและเพิ่มประสิทธิภาพ
ศูนย์ข้อมูล: ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ลดความต้องการในการทำความเย็น และสนับสนุนการผสานรวมพลังงานหมุนเวียน
ทะเลและอากาศยาน: ผลักดันการเปลี่ยนแปลงไปสู่ระบบไฟฟ้าและลดการปล่อยคาร์บอน
IV. ความท้าทายทางเทคนิค
ต้นทุนสูง: ต้นทุนของ SST สูงกว่าทรานสฟอร์เมอร์แบบดั้งเดิม 5–10 เท่า
ปัญหาเรื่องความน่าเชื่อถือ: ความสามารถในการทนทานต่อกระแสไฟฟ้าลัดวงจรต่ำ และชิ้นส่วนกึ่งตัวนำไวต่อแรงดันไฟฟ้า
การรบกวน EMI: การสวิตช์ความถี่สูงทำให้เกิดการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า ต้องใช้การออกแบบฟิลเตอร์ที่ซับซ้อน
การฉนวนและบริหารความร้อน: ประสิทธิภาพของวัสดุฉนวนภายใต้ความถี่สูงยังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างเต็มที่
การขับเคลื่อนและป้องกันเกต: การออกแบบซับซ้อน ต้องใช้การแยกและควบคุมความแม่นยำสูง
V. โอกาสทางตลาดในสหราชอาณาจักร
การปรับปรุงระบบไฟฟ้า: สหราชอาณาจักรมีสถานีไฟฟ้าประมาณ 585,000 แห่ง ซึ่ง 230,000 สถานีกระจายไฟฟ้าสามารถได้ประโยชน์จาก SST
เป้าหมายพลังงานหมุนเวียน: เป้าหมายปี 2030 รวมถึงพลังงานลมนอกชายฝั่ง 50GW และพลังงานแสงอาทิตย์ 47GW
โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ EV: คาดว่าจะต้องการเสาชาร์จสาธารณะ 300,000 แห่งภายในปี 2030 และตลาดการชาร์จความเร็วสูงมีศักยภาพสูง
การไฟฟ้าราง: ต้องการเปลี่ยนเครื่องยนต์ดีเซลประมาณ 2,880 คัน และศักยภาพตลาด SST มากกว่า 30 ล้านปอนด์
การเติบโตของศูนย์ข้อมูล: ความต้องการพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และ SST สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความยืดหยุ่น
VII. บทบาทของ CSA Catapult
ให้การสนับสนุนทางเทคนิคแบบครบวงจรสำหรับ SST รวมถึงการออกแบบ การจำลอง และการตรวจสอบต้นแบบ
นำโครงการเช่น ASSIST เพื่อส่งเสริมการพัฒนาโซ่อุปทาน Si อุปกรณ์แรงดันสูงภายในประเทศสหราชอาณาจักร
มีความสามารถหลัก ได้แก่ การปรับแต่งหลายเป้าหมาย การบรรจุขั้นสูง และการบริหารความร้อน
