|
Ни для кого не секрет, что электрическая сеть стареет, но одна ее часть выделяется на фоне остальных. Трансформаторы не сильно изменились с тех пор, как Томас Эдисон изготовил свою первую электрическую лампочку.
Сейчас ряд стартапов работают над модернизацией трансформатора, заменяя его современной силовой электроникой, которая обещает дать сетевым операторам больше контроля над тем, как и куда поступает электроэнергия.
“Это становится очень мощным устройством, эквивалентным вашему интернет-маршрутизатору”, - сказал AGI_LOG Субхашиш Бхаттачарья, соучредитель и технический директор DG Matrix.
Недавно три стартапа привлекли значительные средства для расширения производства своих твердотельных трансформаторных технологий. На этой неделе DG Matrix привлекла 60 миллионов долларов в серии A, а Heron Power привлекла 140 миллионов долларов в раунде B. В ноябре Amperesand привлекла 80 миллионов долларов, чтобы поддержать растущий рынок центров обработки данных.
Существующие трансформаторы надежны и эффективны, но не более того. Это относительно простые приборы, изготовленные в основном из меди и железа. Они пассивно реагируют на изменения в электросети и способны выполнять только одну задачу для каждого устройства.
“Трансформатор из стали, меди и масла старой школы не имеет никакого контроля”, - сказал AGI_LOG Дрю Баглино, основатель и генеральный директор Heron Power. В случаях резких скачков напряжения или отключения электростанции от сети это может стать помехой.
Эти устройства могут получать питание от различных источников, включая традиционные электростанции, возобновляемые источники энергии и аккумуляторы, и преобразовывать это электричество в переменный ток (AC) или постоянный ток (DC) при различных напряжениях, что позволяет им заменять несколько устройств.
Для центров обработки данных твердотельные трансформаторы являются привлекательной альтернативой, позволяя им сократить площадь своих энергосистем и при этом лучше контролировать, куда и как направляется электроэнергия.
Твердотельные трансформаторы появились в то время, когда существующие трансформаторы стареют, а спрос на новые растет - классический технологический суперцикл. По данным Национальной лаборатории Скалистых гор, большинству трансформаторов, используемых сегодня в электросетях, уже несколько десятилетий. По мере роста спроса со стороны центров обработки данных, зарядных устройств для электромобилей и других элементов электросети NLR ожидает, что к 2050 году объем электроэнергии, проходящей через трансформаторы, удвоится.
В то время как центры обработки данных являются первым рынком, на который нацеливаются эти компании, они также нацелены на электрическую сеть, в которой только в США используется до 80 миллионов трансформаторов .
“Все распределительные трансформаторы в конечном итоге потребуют замены. 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 могут обновляться с помощью программного обеспечения. Они также защищены от колебаний цен, которые сотрясают рынок меди.
“Силовые полупроводники продолжают дешеветь. Сталь, медь и нефть, к сожалению, находятся в другой ситуации”, - сказал Баглино. “Цены на сырьевые товары могут меняться повсеместно, и, как правило, они растут”.
В трансформаторе старого образца мощность поступает в трансформатор по медным проводам, намотанным на одну сторону О-образного железного сердечника. При прохождении электричества в сердечнике возникает магнитное поле. На другой стороне сердечника магнитное поле индуцирует электрический ток в другом наборе медных обмоток. Если провода на входной стороне обмотаны вокруг сердечника чаще, чем на выходной, напряжение на выходной стороне уменьшается. Если соотношение меняется на обратное, выходное напряжение увеличивается.
Твердотельные трансформаторы отказываются от медных обмоток в пользу полупроводниковых, используя для преобразования частоты такие материалы, как карбид кремния или нитрид галлия. Они могут быть различных конфигураций, причем наиболее полная установка состоит из трех основных частей: выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный, преобразователя, изменяющего напряжение постоянного тока, и инвертора, который преобразует постоянный ток обратно в переменный.
В отличие от трансформаторов с железным сердечником, твердотельные трансформаторы могут обрабатывать энергию, поступающую в обоих направлениях, что делает их полезными в местах, где требуется резервное питание, например в центрах обработки данных.
В центре обработки данных твердотельный трансформатор может заменить несколько различных элементов оборудования, а не только трансформатор, который понижает напряжение в сети. В каждом центре обработки данных используется резервное питание, для обеспечения которого требуется ряд устройств. Твердотельные трансформаторы могут выполнять все эти функции в одном корпусе.
Технология также позволяет центрам обработки данных легче интегрировать так называемое автономное питание, когда генерирующие мощности подключаются непосредственно к центру обработки данных, а не к сети. Для этого обычно требуется другой комплект трансформаторов.
А в сочетании с сетевыми батареями твердотельные трансформаторы также могут обойтись без источников бесперебойного питания (ИБП), освобождая пространство внутри центра обработки данных для размещения большего количества стоек.
“Если сложить стоимость всего, что мы приобрели, то получится от 60% до 70% от этой суммы”, - сказал AGI_LOG Харун Инам, соучредитель и генеральный директор DG Matrix.
Компания DG Matrix сосредоточила свое внимание на своей технологии Interport, которая позволяет направлять питание от нескольких источников к нескольким нагрузкам с различным напряжением, на что у компании есть несколько патентов.
Компания Heron Power, тем временем, работает над преобразованием энергии среднего напряжения в центрах обработки данных, солнечных электростанциях и сетевых аккумуляторных установках. В центрах обработки данных трансформаторы Heron Link могут обеспечить стойки питанием в течение 30 секунд, в то время как резервные источники будут подключены к сети. В целом, Heron Link занимают на 70% меньше места, чем существующие комплектующие. На солнечной электростанции трансформаторы Heron Power могут выполнять функции инвертора и трансформатора по той же цене.
При непосредственном сравнении твердотельные трансформаторы по-прежнему стоят дороже, чем трансформаторы с железным сердечником. По этой причине маловероятно, что в ближайшем будущем они заменят гигантские "гудящие коробки" на сетевых подстанциях.
Но в центрах обработки данных и на станциях зарядки электромобилей, где твердотельные трансформаторы заменяют несколько единиц оборудования, они начнут активно внедряться.
Когда они, наконец, начнут подключаться к электросети в большем количестве, у них появится потенциал сократить расходы на передачу и распределение электроэнергии, что является одним из основных факторов роста тарифов на коммунальные услуги.
По словам Баглино, поскольку современные трансформаторы пассивны и не способны реагировать на колебания, распределительные сети были построены со значительным запасом мощности. Однако твердотельные трансформаторы могут реагировать на изменяющиеся условия, позволяя сетевым операторам передавать больше энергии по тем же линиям.
“На самом деле, вы можете сделать инфраструктуру более доступной, потому что вы будете пропускать больше киловатт-часов через те же столбы и провода”, - сказал он. “Вот где интеллект, заменивший пассивные механические объекты, которые были разработаны 100 лет назад, может существенно изменить ситуацию”.
