Профессор надеется произвести революцию в силовых трансформаторах

На протяжении более 100 лет технологии, лежащие в основе электрических сетей, оставались практически неизменными. Электростанции генерируют переменный ток (AC), который трансформаторы «повышают» для передачи на большие расстояния, а затем «понижают» для использования в наших домах, офисах и промышленных условиях.

По мере того как мир сокращает использование ископаемого топлива и возобновляемые источники энергии становятся все более распространенными, хранение энергии будет становиться все более важным для бесперебойной доставки, а батареи хранят электроэнергию в виде постоянного тока (DC).

Хотя увеличение количества экологически чистой энергии, такой как солнечная и ветровая энергия, является ключом к борьбе с изменением климата, очевидно, что бывают случаи, когда небо облачное, темное или спокойное. Решение состоит в том, чтобы хранить дополнительную мощность во время пиковой генерации, а затем распределять эту энергию в сеть по мере необходимости позже.

Появление широкополосных силовых полупроводниковых приборов привело к созданию меньших по размеру и более легких твердотельных трансформаторов (SST). Однако они основаны на обычных двунаправленных преобразователях переменного тока и постоянного тока, поэтому имеют низкий КПД, плохую надежность и более высокую стоимость из-за нескольких каскадов, в которых задействовано множество силовых устройств, медленного переходного процесса и таких больших и громоздких входных фильтров. как преобразователи, которые они стремятся устранить.

Доцент Притам Дас — преподаватель кафедры электротехники и вычислительной техники Колледжа инженерии и прикладных наук Томаса Дж. Уотсона при Бингемтонском университете — исследовал различные аспекты лучшей интеграции двунаправленных преобразователей переменного тока в постоянный и постоянного в постоянный с высокочастотной гальванической развязкой. с долгосрочной целью значительного продвижения технологии SST.

«Хранение энергии в виде электрохимической энергии в форме литий-ионных батарей или проточных окислительно-восстановительных батарей станет одним из основных способов уменьшения перебоев в энергосистемах этих типов, основанных на возобновляемых источниках энергии», — сказал Дас.

Пятилетняя премия Национального научного фонда CAREER Award в размере 537 959 долларов, объявленная в апреле, даст Дасу финансирование для переосмысления того, как реализуются и функционируют SST. Грант CAREER поддерживает молодых преподавателей, которые могут служить академическим примером для подражания в исследованиях и образовании.

«Эти новые SST будут иметь на 25% меньше компонентов по сравнению с тем, что используется сейчас», — сказал он. «Они также будут на 40% более энергоемкими, на 5% более эффективными, в пять-шесть раз быстрее в переходных процессах, на 30% дешевле и будут соответствовать таким стандартам, как IEEE 1547 [который регулирует, как энергосистемы коммунальных предприятий и распределенные энергетические ресурсы, такие как ветер и энергия, будут соответствовать таким стандартам, как IEEE 1547». солнечные генераторы подключены]. Благодаря этим преимуществам новые SST способствуют декарбонизации электроэнергетической сети для более устойчивого будущего».

Ожидается, что к 2030 году в США использование аккумуляторных систем хранения энергии в составе энергосистемы превысит 4000 тераватт-часов, а использование новых SST, полученных в результате этого исследования, только для интеграции систем хранения энергии в сеть позволит снизить потери при энергоснабжении. преобразование для хранения энергии примерно на 400 гигаватт-часов.

Поскольку они занимают меньше места, новые SST будут иметь ключевое значение для общественного транспорта в городских районах с использованием электрических автобусов, электрических такси с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) и других транспортных средств, центров обработки данных и других приложений, где то, что Дас называет «хорошим» старые трансформаторы» установить невозможно.

«У вас есть преимущества, заключающиеся в простой установке систем зарядки электромобилей в перегруженных местах, где подключение линейного преобразователя частоты и его обслуживание представляют собой большую проблему», — сказал он.

Дас благодарен своим выпускникам за помощь в его исследованиях: Сунил Дюбе, доктор философии '22, получивший премию за выдающуюся диссертацию; и научные сотрудники Watson Калян Йендури и Раму Наир.

Чтобы гарантировать, что больше людей будут обучены современной силовой электронике на основе его исследований в области SST, премия Даса CAREER Award включает партнерство с общественным колледжем SUNY Broome и его факультетом инженерных наук для набора студентов и специалистов в эту область. особенно недостаточно представленные меньшинства и женщины. Он знает, что впереди у тех, кто сможет ответить на проблемы изменения климата, открываются новые возможности.