Почему инвесторы сходят с ума по твердотельным трансформаторам

Ни для кого не секрет, что электрические сети стареют, но одна часть выделяется на фоне остальных. Трансформаторы мало изменились с тех пор, как Томас Эдисон сделал свою первую лампочку.

Сейчас ряд стартапов работают над модернизацией трансформатора, заменяя его современной силовой электроникой, которая обещает дать операторам сетей больше контроля над тем, как и куда течет электричество.

«Это становится очень мощным устройством, эквивалентным вашему интернет-маршрутизатору», — Субхашиш Бхаттачарья, соучредитель и технический директор компании ГД Матрицарассказал >.

Три стартапа недавно привлекли значительные средства для расширения производства своих технологий твердотельных трансформаторов. На этой неделе генеральный директор Matrix поднял вопрос 60 миллионов долларов, серия А и Херон Пауэр поднял 140 миллионов долларов в серии B круглый. В ноябре Amperesand привлекла 80 миллионов долларов на преследовать растущий рынок центров обработки данных.

Существующие трансформаторы надежны и эффективны, но это все. Это относительно грубые инструменты, сделанные в основном из меди и железа. Они пассивно реагируют на изменения в сети и способны решать только одну задачу на одно устройство.

«Стальной, медный и масляный трансформатор старой школы не имеет никакого контроля и контроля», — Дрю Баглино, основатель и генеральный директор компании Цапля Пауэррассказал >. В случаях скачков напряжения или отключения электростанции это может стать ответственностью.

Устройства могут получать энергию из различных источников, включая традиционные электростанции, возобновляемые источники энергии и батареи, и преобразовывать эту электроэнергию либо в переменный ток (AC), либо в постоянный ток (DC) при различных напряжениях, что позволяет им заменять несколько устройств.

Для центров обработки данных полупроводниковые трансформаторы представляют собой привлекательную альтернативу, позволяющую сократить занимаемую площадь энергосистем, одновременно давая им более точный контроль над тем, куда и как направляется электричество.

Твердотельные трансформаторы готовы появиться в то время, когда существующие трансформаторы стареют, а спрос на новые растет — классический технологический суперцикл. Большинству трансформаторов, находящихся сегодня в сети, уже несколько десятилетий. согласно в Национальную лабораторию Скалистых гор (NLR; бывшая Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии). Поскольку спрос со стороны центров обработки данных, зарядных устройств для электромобилей и других частей сети растет, NLR ожидает, что к 2050 году объем энергии, проходящей через трансформаторы, удвоится.

Хотя центры обработки данных являются первым рынком, за которым гонятся эти компании, они также нацеливаются на электрические сети, которые только в США целых 80 миллионов трансформаторов.

“В конечном итоге все распределительные трансформаторы придется заменить. Более 50% из них имеют возраст 35 лет. Существует большая потребность в модернизации”, – сказал Баглино.

Поскольку они изготовлены из материалов на основе кремния, они гибкие, управляемые и допускают обновление программного обеспечения. Они также невосприимчивы к колебаниям цен, которые потрясают рынок меди.

“Силовые полупроводники продолжают дешеветь. Сталь, медь и нефть, к сожалению, не в такой ситуации”, – сказал Баглино. «Цены на сырьевые товары могут меняться повсюду, и обычно они растут».

В трансформаторе старого образца мощность поступает в трансформатор через медные провода, намотанные на одну сторону железного сердечника О-образной формы. Когда электричество течет, оно индуцирует магнитное поле в ядре. На другой стороне сердечника магнитное поле индуцирует электричество в другом наборе медных обмоток. Если провода обертываются вокруг сердечника больше раз на входной стороне, чем на выходной, напряжение на выходной стороне уменьшается. Если соотношение инвертируется, выходное напряжение увеличивается.

Твердотельные трансформаторы отказываются от медных обмоток в пользу полупроводников, используя для преобразования частоты такие материалы, как карбид кремния или нитрид галлия. Они могут иметь различные конфигурации, причем наиболее полная установка состоит из трех основных частей: выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный, преобразователя, изменяющего напряжение постоянного тока, и инвертора, преобразующего постоянный ток обратно в переменный ток.

В отличие от трансформаторов с железным сердечником, твердотельные трансформаторы могут обрабатывать мощность, идущую в обоих направлениях, что делает их полезными в местах, где требуется резервное питание, например в центрах обработки данных.

В центре обработки данных полупроводниковый трансформатор может заменить несколько различных единиц оборудования, а не только трансформатор, понижающий напряжение в сети. Каждый центр обработки данных использует резервное питание, поэтому для подачи питания на объект требуется ряд устройств. Твердотельные трансформаторы могут выполнять все эти задачи в одном корпусе.

Эта технология также позволяет центрам обработки данных более легко интегрировать так называемую электроэнергию за счетчиком, когда генерирующие мощности подключаются непосредственно к центру обработки данных, а не к сети. Обычно для них требуется еще один набор трансформаторов.

А в сочетании с сетевыми батареями твердотельные трансформаторы также могут исключить источники бесперебойного питания (ИБП), освобождая место внутри центра обработки данных для большего количества стоек.

«Если сложить стоимость всего, что мы вывезли, мы получим от 60% до 70% этой стоимости», — сказал > Харун Инам, соучредитель и генеральный директор DG Matrix.

DG Matrix сосредоточила свое внимание на своей технологии Interport, которая может направлять энергию от нескольких источников к нескольким нагрузкам с разным напряжением. На эту установку компания имеет несколько патентов.

Тем временем Heron Power работает над преобразованием электроэнергии среднего напряжения в центрах обработки данных, солнечных фермах и сетевых аккумуляторных установках. В центре обработки данных трансформаторы Heron Link могут обеспечить стойки электропитанием на 30 секунд, пока резервные источники подключаются к сети. В целом Heron Link занимает на 70% меньше места, чем существующие детали. На солнечной ферме трансформаторы Heron Power могут выполнять функции инвертора и трансформатора за одну и ту же цену.

При прямом сравнении твердотельные трансформаторы по-прежнему стоят дороже, чем трансформаторы с железным сердечником. По этой причине они вряд ли заменят гигантские гудящие коробки на сетевых подстанциях в ближайшем будущем.

Но в центрах обработки данных и станциях зарядки электромобилей, где твердотельные трансформаторы заменяют несколько единиц оборудования, они начнут проникать.

Когда они, наконец, подключатся к сети в больших количествах, у них появится потенциал сократить расходы на передачу и распределение, которые являются одним из крупнейших факторов инфляции счетов за коммунальные услуги.

Поскольку сегодняшние трансформаторы пассивны и не способны реагировать на колебания, распределительные сети строятся со значительным количеством резервной мощности, сказал Баглино. Однако твердотельные трансформаторы могут реагировать на изменяющиеся условия, позволяя операторам сетей передавать больше энергии по тем же линиям.

«На самом деле вы можете сделать инфраструктуру более доступной, потому что вы пропускаете больше киловатт-часов через одни и те же столбы и провода», — сказал он. «Именно здесь интеллект вместо пассивных механических объектов, созданных 100 лет назад, может иметь большое значение».