ثورة SST: من مراكز البيانات إلى الشبكات
ملخص: في السادس عشر من أكتوبر عام 2025، أصدرت NVIDIA ورقة العمل بعنوان "هندسة 800 فولت دي سي للبنية التحتية للذكاء الصناعي الجيل القادم"، حيث أشارت إلى أن مع التطور السريع للنماذج الكبيرة للذكاء الصناعي وتكرار تقنيات المعالجات المركزية والمعالجات الرسومية بشكل مستمر، ازداد استهلاك الطاقة لكل رف من 10 كيلووات في عام 2020 إلى 150 كيلووات في عام 2025، ومن المتوقع أن يصل إلى ميجاوات لكل رف بحلول عام 2028. بالنسبة لهذه الأحمال الكهربائية بمليون واط وكثافة الطاقة القصوى، لم تعد أنظمة التوزيع الكهربائي المنخفضة الجهد التقليدية كافية. لذا، تقترح الورقة العمل على ترقية الأنظمة الكهربائية التقليدية ذات الجهد 415 فولت إلى هندسة توزيع كهربائي ذات جهد 800 فولت دي سي، مما يثير اهتماماً كبيراً بتقنية تمكين رئيسية وهي المحولات الصلبة (SST).
مزايا للمشاريع المراكز البيانات: يمكن للمحول الصلب (SST) تحويل مباشرة من التيار المتردد الشبكي 10 كيلوفولت إلى التيار المستمر 800 فولت، ويقدم مزايا مثل الحجم الصغير والتصميم الخفيف والوظائف المتكاملة بما في ذلك تعويض الطاقة اللافعالة وإدارة جودة الطاقة. يمكن لأنظمة التيار المباشر عالي الجهد إلغاء الحاجة إلى العديد من الأجهزة الوسيطة، مثل وحدات UPS.
من خلال بنية توزيع الطاقة للمراكز البيانات، يتضح أن الانتقال إلى التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) يقدم العديد من المزايا، بما في ذلك:
زيادة الجهد تقلل من التيار، وبالتالي تقليل كمية الأسلاك النحاسية أو القضبان اللازمة.
تخفيض كبير في معدات التوزيع، مما يلغي الحاجة إلى العديد من وحدات UPS التقليدية.
تخفيض كبير في مساحة المرافق المساعدة - بالنسبة للمراكز البيانات ذات الميجاوات لكل رف، ستستغرق الغرف الكهربائية التقليدية مساحة أكبر بكثير من غرف الخادم الرئيسية.
تحسين كفاءة التحويل: المحولات الصلبة نفسها أكثر كفاءة بكثير من المحولات التقليدية، وبفضل عدد أقل بكثير من مراحل تحويل الطاقة في البنية التحتية للنظام بأكمله، يتم تقليل خسائر الطاقة بشكل كبير.
كما هو موضح في الشكل أعلاه، يمكن ربط خزانات البطاريات مباشرة بالحافلة الكهربائية 800 فولت ("تعليق البطارية المباشر")، مما يقلل من خسائر الطاقة الوسيطة ويغفل تكلفة العواكس. وبالمثل، يمكن دمج طاقة الرياح والطاقة الشمسية مباشرة عبر محولات DC/DC. يعتبر هذا التقدم مهمًا للغاية لتعزيز المراكز البيانات الخضراء.
لا تقتصر المحولات الصلبة على المراكز البيانات: أهداف "الكربون المزدوج" (الذروة الكربونية بحلول عام 2030، والحياد الكربوني بحلول عام 2060) رفعت كفاءة الطاقة في القطاعات الصناعية والمدنية إلى مستوى جديد. في المباني الصناعية والتجارية العامة، يمكن أيضًا تطبيق المحولات الصلبة على نطاق واسع. عندما يكون الإخراج الثانوي تيار متردد، يمكن للمحولات الصلبة ترقية واستبدال المحولات التقليدية مباشرة. عندما يكون الجهد الثانوي تيار مباشر عالي الجهد، سيكون خطوة تحويلية لتوزيع الطاقة المباشر على مستوى المبنى. على سبيل المثال، في الترويج الحالي للتكنولوجيا "PV-Storage-Direct-Flexible" (PSDF)، من المحول إلى الحافلة، لم تعد هناك حاجة إلى عواكس ثنائية الاتجاه AC/DC مركزية أو موزعة، مما يسمح بتوزيع الطاقة المباشر على مستوى المبنى دون انقطاع.
بالنسبة للقلق بشأن نضج الأجهزة المستخدمة في نهاية التغذية بالتيار المباشر، أصبحت هذه الأجهزة الآن أكثر نضجاً، بما في ذلك:
المركبات الكهربائية (EVs): تطورت منصات المركبات الكهربائية من 400 فولت دي سي إلى 800 فولت دي سي وأكثر. تركز هذه الأنظمة على الشحن السريع وكثافة الطاقة العالية وتقليل أسلاك النحاس، وتشمل مصححات فعالة وأسلاك محمولة عالية الجهد ومتصالح متقدمة وأنظمة حماية تحمل الأخطاء. يمكن للتيار المباشر عالي الجهد أن يسمح للمركبات بالشحن وحتى بيع الطاقة مرة أخرى إلى الشبكة (V2G) عبر محطات الشحن الثنائية الاتجاه.
الخلايا الشمسية (PV): تعمل مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة عادة بـ 1000-1500 فولت دي سي، مستفيدة من معدات التبديل الجانبية المباشرة الناضجة والصمامات الدوارة وخزانات الجمع للاتصال مباشرة بأنظمة التوزيع المباشر.
تخزين الطاقة (ES): يمكن ربط أنظمة تخزين الطاقة التجارية والصناعية مباشرة بشبكات 800 فولت دي سي.
أنظمة التكييف والتبريد وغيرها من المعدات الكهربائية: أطلقت الشركات الصينية الكبرى لمعدات التكييف والتدفئة بالفعل وحدات متوافقة مع 375 فولت دي سي.
إنارة LED ومقابس الكهرباء وغيرها من الأجهزة النهائية: يتم الآن نشر المنتجات المباشرة المقابلة على نطاق واسع.
بالنسبة للمحولات SST، قامت الشركات المصنعة المحلية بإطلاق منتجات يتم تطبيقها وترويجها في سيناريوهات مختلفة مثل المراكز البيانات وإعادة التأهيل الموفرة للطاقة.
