انقلاب SST: از مراکز داده تا شبکه ها

چکیده: در تاریخ ۱۶ اکتبر ۲۰۲۵، NVIDIA دستورالعمل سفید "معماری ۸۰۰ وات مستقیم برای زیرساخت های هوش مصنوعی نسل بعدی" را منتشر کرد که در آن به این نکته اشاره شده است که با پیشرفت سریع مدل های بزرگ هوش مصنوعی و تکامل مداوم فناوری های CPU و GPU، قدرت هر رک بین سال های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۵ از ۱۰ کیلووات به ۱۵۰ کیلووات افزایش یافته و تا سال ۲۰۲۸ به ۱ مگاوات در هر رک خواهد رسید. برای بارهای توان مگاواتی و چگالی های توانی شدید، سیستم های توزیع جریان متناوب ولتاژ پایین سنتی دیگر کافی نیستند. بنابراین، دستورالعمل سفید پیشنهاد می کند از سیستم های توان ۴۱۵ ولت جریان متناوب سنتی به معماری توزیع ۸۰۰ ولت جریان مستقیم ارتقا یابد، که به توجه قابل توجهی به یکی از فناوری های کلیدی-ترانسفورماتورهای جامد (SST) منجر شده است.

مزایای پروژه های مرکز داده: ترانسفورماتور جامد (SST) می تواند مستقیماً از شبکه ی جریان متناوب ۱۰ کیلوولت به جریان مستقیم ۸۰۰ ولت تبدیل شود و مزایایی مانند اندازه کوچک، طراحی سبک وزن و توابع یکپارچه شامل جبران توان واکنشی و مدیریت کیفیت توان را ارائه می دهد. سیستم های HVDC می توانند نیاز به دستگاه های میانی متعددی مانند UPS را حذف کنند.

از معماری توزیع توان مرکز داده مشخص است که انتقال به HVDC (جریان مستقیم ولتاژ بالا) مزایای متعددی ارائه می دهد، از جمله:

• ولتاژ بالاتر جریان را کاهش می دهد و به طور مستقیم نیاز به کابل های مسی یا میله های اصلی را کاهش می دهد.

• کاهش قابل توجه دستگاه های توزیع، حذف نیاز به تعداد زیادی از واحد های UPS سنتی.

• کاهش قابل توجه فضای تسهیلات کمکی-برای مرکز داده های مگاواتی در هر رک، اتاق های الکتریکی سنتی فضای بسیار بیشتری را نسبت به اتاق های اصلی سرورها اشغال می کنند.

• بهبود کارایی تبدیل: SST ها خود به طور قابل توجهی کارآمدتر از ترانسفورماتورهای سنتی هستند و با تعداد کمتری از مراحل تبدیل توان در معماری سیستم کلی، از دست دادن انرژی به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، واحدهای ذخیره سازی باتری می توانند مستقیماً به بار ۸۰۰ ولت جریان مستقیم ("حاشیه گذاری مستقیم باتری") متصل شوند، بنابراین از دست دادن توان میانی را کاهش می دهند و هزینه ی مبدل ها را حذف می کنند. به طور مشابه، انرژی باد و خورشیدی نیز می توانند مستقیماً از طریق مبدل های DC/DC یکپارچه شوند. این پیشرفت اهمیت قابل توجهی برای ترویج مرکز داده های سبز دارد.

SST ها تنها به مرکز داده محدود نیستند: اهداف "دوگانه کربن" (حداکثر کربن تا سال ۲۰۳۰ و بی کربن تا سال ۲۰۶۰) کارایی انرژی در بخش های صنعتی و مدنی را به سطح جدیدی ارتقا داده است. در ساختمان های صنعتی و تجاری عمومی، SST ها نیز می توانند به طور گسترده ای کاربرد داشته باشند. وقتی خروجی ثانویه جریان متناوب است، SST ها می توانند به طور مستقیم ترانسفورماتورهای سنتی را به روزرسانی و جایگزین کنند. وقتی ولتاژ ثانویه جریان مستقیم ولتاژ بالا است، این یک قدم تحول گر برای توزیع توان جریان مستقیم سطح ساختمان خواهد بود. به عنوان مثال، در ترویج فعلی فناوری "فتوولتائیک-ذخیره-مستقیم-انعطاف پذیر" (PSDF)، از ترانسفورماتور تا بار، نیاز به مبدل های دوطرفه AC/DC متمرکز یا پخش شده دیگر وجود ندارد و این امکان را می دهد تا توزیع توان جریان مستقیم سراسر ساختمان بدون وقفه انجام شود.

در مورد نگرانی های مربوط به بلوغ تجهیزات پایانی تغذیه شده با جریان مستقیم، این دستگاه ها حالا به طور گسترده ای بلوغ یافته اند، از جمله:

• خودروهای برقی (EV): پلتفرم های EV از ۴۰۰VDC به ۸۰۰VDC و حتی بالاتر تکامل یافته اند. این سیستم ها بر شارژ سریع، چگالی توان بالا، کاهش کابل های مسی و دارای مستقیم کننده های کارآمد، کابل های حمل پذیر با جریان بالا، اتصالات امنیتی پیشرفته و طرح های محافظت مقاوم در برابر خطا تأکید می کنند. جریان مستقیم ولتاژ بالا امکان می دهد خودروها از طریق ایستگاه های شارژ دوطرفه شارژ شوند یا حتی انرژی را به شبکه (V2G) فروخته دهند.

• فتوولتائیک (PV): مزارع خورشیدی در مقیاس بزرگ معمولاً در ۱۰۰۰-۱۵۰۰VDC عمل می کنند و از تجهیزات مسیریابی DC، قطع کننده ها و جعبه های ترکیبی بلوغ یافته برای اتصال مستقیم به سیستم های توزیع جریان مستقیم استفاده می کنند.

• ذخیره سازی انرژی (ES): سیستم های ذخیره سازی انرژی تجاری و صنعتی می توانند مستقیماً به شبکه های ۸۰۰ ولت جریان مستقیم متصل شوند.

• HVAC و تجهیزات توان دیگر: تولیدکنندگان اصلی HVAC چینی محصولات سازگار با ۳۷۵ ولت جریان مستقیم را به بازار عرضه کرده اند.

• روشنایی LED، دستگاه های خروجی و دستگاه های پایانی دیگر: محصولات جریان مستقیم متناظر حالا به طور گسترده ای نصب شده اند.

• در مورد ترانسفورماتورهای SST، تولیدکنندگان تجهیزات داخلی محصولاتی را به بازار عرضه کرده اند که در سناریوهای مختلفی مانند مرکز داده ها و به روزرسانی های صرفه جویی در انرژی استفاده و ترویج می شوند.