Transformátor bez magnetického jadra alebo sieť stvorená pre zelenú energiu + test

Obsah

• Postaviť veterné elektrárne nestačí
• Čo je to polovodičový transformátor
• Tri línie jedného úsilia
• Izolácia priamo z rastlín
• Moduly bez šéfa
• Čísla z laboratória
• Zelené nielen podľa názvu
• Viac než pokus
• Čo si zapamätať
• Päť otázok: máš na to byť energetikom? (test)

⇑Postaviť veterné elektrárne nestačí

O energetickej transformácii sa zvyčajne hovorí v súvislosti s vetrom, slnkom a vodou, teda so samotnými zdrojmi energie. Lenže výmena zdrojov je len polovica práce. Energiu z obnoviteľných zariadení je ešte potrebné prenášať a rozvádzať, a to si vyžaduje novú sieťovú infraštruktúru, a to naliehavo.

„Energetická transformácia potrebuje elektrické siete, ktoré sú flexibilnejšie, digitálne, odolnejšie a schopné pojať vysoký podiel obnoviteľných zdrojov,“ hovorí Jonatan Peris Rivas zo španielskej nadácie CIRCE, ktorá koordinuje projekt SSTAR financovaný Európskou úniou.

⇑Čo je to polovodičový transformátor

Hlavným hrdinom projektu je polovodičový transformátor, skrátene SST. Je to pokročilé zariadenie výkonovej elektroniky, v ktorom je klasický transformátor s magnetickým jadrom nahradený polovodičovými spínačmi pracujúcimi na vysokej frekvencii. Znie to ako konštrukčná zmena pre špecialistov, ale v praxi tým prechádza kľúčový prvok siete do sveta elektroniky.

Tím SSTAR si stanovil konkrétny cieľ: vyviesť túto technológiu za hranice nízkeho napätia a pripraviť ju na prevádzku vo vysokonapäťových sieťach. Išlo o to ukázať, že vysokonapäťové SST môžu prejsť cestou od nápadu k prototypom overeným v pokusoch, podloženej dôveryhodnými údajmi o výkone, bezpečnosti a udržateľnosti.

⇑Tri línie jedného úsilia

Práca prebiehala súbežne v troch smeroch. Každý odpovedal na inú výzvu, od materiálov cez samotnú elektroniku až po spôsob riadenia celého systému:

• udržateľná dielektrická kvapalina na biologickej báze, ktorá má zlepšiť izolačné vlastnosti zariadenia;
• vysokonapäťový modul SST založený na obojsmernom indukčnom prenose výkonu, skrátene IPT;
• decentralizovaná kaskádová architektúra riadenia s H-mostíkmi, ktorá umožňuje pridávať ďalšie moduly bez centrálneho regulátora.

⇑Izolácia priamo z rastlín

Prvá línia ukazuje, že moderná energetika nespočíva len v polovodičoch. Na izoláciu prvkov prototypu pripravil tím kvapalinu rastlinného pôvodu. Vyrobila sa vzorka s objemom 200 litrov, určená pre prototyp transformátora. V tomto prístupe sa zelenosť netýka len zdroja energie, ale aj materiálov, z ktorých sa vyrábajú samotné zariadenia.

⇑Moduly bez šéfa

Druhá a tretia línia spolu úzko súvisia. Vysokonapäťový modul prenáša energiu oboma smermi vďaka indukčnému prenosu. Decentralizovaná architektúra zasa znamená, že jednotlivé moduly možno radiť do série a ich počet zvyšovať, bez toho aby celok strážil jediný centrálny regulátor. Takéto riešenie má uľahčiť jeho rozširovanie.

⇑Čísla z laboratória

Všetky prvky boli zlúčené a overené v dvoch certifikovaných skúšobných pracoviskách. Prototyp založený na technológii IPT dosiahol prenos výkonu 76,7 kW pri 1 500 V a jeho účinnosť pri rezonančnej prevádzke bola približne 95 %.

Rovnako zaujímavá bola skúška kaskádovej verzie. Vedci spojili do série 28 modulov a nasimulovali podmienky siete 66 kV pri 100 A RMS. To zodpovedá 660 kW na jednu vetvu, a to všetko bez centrálneho regulátora. Výsledky potvrdzujú tak škálovateľnosť systému, ako aj jeho technickú účinnosť.

⇑Zelené nielen podľa názvu

Tím sa neobmedzil len na elektrické merania. Vykonalo sa aj hodnotenie udržateľnosti. „Naše následné hodnotenie udržateľnosti ukázalo, že koncept SSTAR môže výrazne zlepšiť vplyv na životné prostredie, najmä pri napájaní elektrinou z obnoviteľných zdrojov,“ hovorí Peris Rivas.

Vedci tiež upozornili na miesta, kde má nová technológia najlepšie vyhliadky. Za najperspektívnejšie označili priemyselné mikrosiete, dátové centrá a pobrežné zariadenia na výrobu energie z obnoviteľných zdrojov.

⇑Viac než pokus

Podľa tímu projekt vytýčil jasnú cestu k vysokonapäťovým polovodičovým transformátorom, ktoré sú technicky sľubné, udržateľnejšie a zodpovedajú skutočným potrebám sietí. Samotné SST sa stali vážnou technológiou podporujúcou systémy postavené na obnoviteľných zdrojoch energie.

„Projekt sa nezastavil pri laboratórnych nápadoch, priniesol overené prototypy, hodnotenie udržateľnosti a spoločenských vplyvov a jasnú cestu k dosiahnutiu technickej zrelosti,“ zdôrazňuje Peris Rivas. Najväčší úspech projektu vidí v spojení technických riešení s víziou na úrovni celého systému. Na základe výsledkov vedci prototypy ďalej rozvíjajú, hľadajú priemyselných partnerov, investície a nové možnosti financovania.

⇑Čo si zapamätať

Energetická transformácia nie je len o nových zdrojoch energie, ale aj o nových zariadeniach v samotnej sieti. Projekt SSTAR ukázal, že polovodičové transformátory môžu vyjsť z laboratória a pracovať vo vysokonapäťovom rozsahu, s vysokou účinnosťou, škálovateľnou architektúrou a rastlinnou izoláciou. Pre študentov energetiky, elektrotechniky či elektroniky je to dobrý príklad toho, koľko odborov sa stretáva v jedinom zariadení: od izolačných materiálov cez výkonovú elektroniku až po riadiace systémy.

⇑Päť otázok: máš na to byť energetikom? (test)