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.