Від досліджень до впровадження: Інноваційний стрибок у розробці твердотільних перетворювачів у Великобританії
I. Огляд твердотільних трансформаторів (SST)
Твердотільний трансформатор (SST) - це високотехнологічний пристрій для перетворення енергії, який об'єднує силові напівпровідники, високочастотні трансформатори та керуючі схеми.
Порівняно з традиційними трансформаторами, SST підтримує перетворення AC/AC, AC/DC та DC/DC, а також має переваги, такі як двосторонній потік енергії, інтелектуальне управління та компактний дизайн. Його основні топології включають одноетапні, двухетапні (з LVDC або HVDC зв'язками) та триетапні структури, кожна з яких підходить для конкретних сценаріїв застосування.
II. Переваги SST
Компактні розміри та легка вага: Високочастотна робота зменшує об'єм на 80%.
Висока ефективність: Меньша кількість етапів перетворення та підтримка безпосереднього підключення DC.
Сумісність з розумною мережею: Дозволяє реального часу моніторинг, регулювання напруги, компенсацію реактивної потужності та ізоляцію аварій.
Інтеграція з відновлювальною енергією та системами зберігання енергії: Безпосереднє підключення до сонячних, вітрових та батарейних систем.
Придатність для ринків з високим зростанням: Таких як швидке зарядження електромобілів, дата-центри та залізничний транспорт.
III. Поля застосування
Електроенергетична мережа: Збільшує гнучкість мережі, підтримує двосторонній потік енергії та інтегрує розподілені джерела енергії.
Зарядження електромобілів (EV): Дозволяє надшвидке зарядження (350кВт+), функціональність Vehicle-to-Grid (V2G) та безпосередню інтеграцію відновлювальної енергії.
Залізничний транспорт: Замінює традиційні тягові трансформатори, зменшує вагу та покращує ефективність.
Дата-центри: Покращує енергоефективність, зменшує потребу у охолодженні та підтримує інтеграцію відновлювальної енергії.
Морський та авіаційний транспорт: Сприяє електрифікації та зменшенню викидів вуглецю.
IV. Технічні проблеми
Висока вартість: Вартість SST становить 5–10 разів більше, ніж традиційних трансформаторів.
Проблеми надійності: Низька стійкість до коротких замикань, напівпровідникові прилади чутливі до напружень.
ЕМІ-перешкоди: Високочастотне комутування викликає електромагнітні перешкоди, що вимагає складного проектування фільтрів.
Ізоляція та тепловий менеджмент: Поведінка ізоляційних матеріалів при високих частотах не повністю вивчена.
Управління затвором та захист: Складне проектування, яке вимагає ізоляції та високої точності керування.
V. Ринкові можливості в Великобританії
Сучаснізація мережі: У Великобританії приблизно 585,000 підстанцій, з яких 230,000 розподільчих підстанцій можуть скористатися SST.
Цілі відновлювальної енергії: До 2030 року передбачено 50 ГВт офшорної вітрової енергії та 47 ГВт сонячної енергії.
Інфраструктура зарядження електромобілів: Прогнозується, що до 2030 року буде потрібно 300,000 публічних зарядних станцій, і ринок надшвидкого зарядження має великий потенціал.
Електрифікація залізниць: Приблизно 2,880 дизельних локомотивів мають бути замінені, а потенціал ринку SST перевищує £30 мільйонів.
Зростання дата-центрів: Потреба у енергії продовжує зростати, а SST може покращити енергоефективність та гнучкість.
VII. Роль CSA Catapult
Надає повну технічну підтримку для SST, включаючи проектування, моделювання та верифікацію прототипів.
Керує проектами, такими як ASSIST, для сприяння розвитку внутрішньої поставки високовольтних Si-приладів у Великобританії.
Має ключові здібності, включаючи багатооб'єктну оптимізацію, передові технології упаковки та тепловий менеджмент.
