SST Revolution: データセンターから電力網へ

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フィールド: 変圧器解析

China

要約：2025年10月16日、NVIDIAは白書「次世代AIインフラのための800VDCアーキテクチャ」を発表し、大規模AIモデルの急速な進歩とCPUおよびGPU技術の継続的なイテレーションにより、ラックあたりの消費電力が2020年の10kWから2025年の150kWに増加し、2028年にはラックあたり1MWに達すると予測されていることを強調しています。このようなメガワットレベルの電力負荷と極端な電力密度に対応するためには、従来の低電圧AC配電システムでは十分ではなくなります。したがって、白書では従来の415V AC電力システムから800V DC配電アーキテクチャへのアップグレードを提案しており、重要な有効化技術である固体変圧器（SST）に大きな関心が寄せられています。

Solid-State Transformer.jpg

データセンタープロジェクトにおける利点：固体変圧器（SST）は、グリッドAC 10kVを直接DC 800Vに変換でき、小型軽量設計であり、無功補償や電力品質管理などの統合機能を提供します。HVDCシステムでは、UPS装置などの中間装置の必要性が排除されます。

データセンターパワーディストリビューションアーキテクチャから明らかになるように、HVDC（高電圧直流）への移行には多くの利点があります：

高い電圧により電流が減少し、銅ケーブルまたはバスバーの必要量が直接的に減少します。
配電設備が大幅に削減され、多くの従来型UPS装置の必要性がなくなります。
補助施設スペースの大幅な削減—メガワットスケールのラックごとのデータセンターでは、従来の電気室がメインサーバールームよりもはるかに広い面積を占めることがありますが、これが必要なくなります。
変換効率の向上：SST自体は従来の変圧器よりも大幅に効率的であり、全体的なシステムアーキテクチャでパワーコンバージョンステージが大幅に減少することで、エネルギー損失がかなり減少します。

上図のように、エネルギーストレージバッテリーキャビネットはDC 800Vバス（「バッテリー直結」）に直接接続できるため、中間の電力損失が減少し、インバータのコストが不要になります。同様に、風力や太陽光発電もDC/DCコンバータを介して直接統合できます。この進歩は、グリーンデータセンターの推進において重要な意義を持っています。

SSTはデータセンターに限定されない：「二つの炭素目標」（2030年の炭素ピーク、2060年の炭素ニュートラル）により、産業および民間部門でのエネルギー効率が新しいレベルに引き上げられました。一般的な工業用および商業用建物でも、SSTは広く適用できます。二次出力がACの場合、SSTは従来の変圧器を直接アップグレードおよび置き換えることができます。二次電圧が高電圧DCの場合、ビルレベルのDC配電への変革的な一歩となります。例えば、現在推進されている「PV-Storage-Direct-Flexible」（PSDF）技術において、変圧器からバスバーまで、集中型または分散型のAC/DC双方向インバータが不要になり、ビル全体でのシームレスなDC配電が可能になります。

DC駆動のエンドユース機器の成熟度に関する懸念については、これらの機器は現在ますます成熟しており、以下のようなものがあります：

電気自動車（EV）：EVプラットフォームは400VDCから800VDC、さらにはそれ以上の電圧へと進化しています。これらのシステムは高速充電、高パワーデンシティ、銅ケーブルの削減を重視し、効率的な整流器、高電流ポータブルケーブル、高度な安全コネクタ、故障対策保護スキームを特徴としています。高電圧DCにより、車両は双方向充電ステーションを通じて電力を充電したり、電力網に売却することも可能です（V2G）。
太陽光発電（PV）：大規模なソーラーファームは通常1000〜1500VDCで動作し、成熟したDC側のスイッチギア、ヒューズ、コンバイナーボックスを使用して直接DC配電システムに接続します。
エネルギーストレージ（ES）：商用および産業用エネルギーストレージシステムは、直接DC 800Vグリッドに接続できます。
空調およびその他の電力機器：主要な中国の空調メーカーはすでに375V DC対応ユニットを発売しています。
LED照明、コンセント、その他のエンドデバイス：対応するDC製品は現在広く導入されています。
SST変圧器に関しては、国内の機器メーカーが既に製品を発売しており、データセンター、節電改修など様々なシナリオで適用および推進されています。