Nowa sieć na potrzeby nowego rodzaju energii
Przejście Europy na energię odnawialną wymaga czegoś więcej niż tylko wiatru, słońca i wody. Aby do niego doszło, potrzeba także nowej infrastruktury energetycznej. „Transformacja energetyczna wymaga sieci energetycznych, które będą bardziej elastyczne, cyfrowe, odporne i pozwalające na zwiększenie energii odnawialnej”, mówi Jonatan Peris Rivas, kierownik projektu w CIRCE(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Do stworzenia takiej infrastruktury przyczynia się finansowany przez UE projekt SSTAR(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Ten koordynowany przez CIRCE projekt powstała w celu rozszerzenia technologii transformatorów półprzewodnikowych (SST) poza etap niskiego napięcia i dostosowanie jej do zastosowań w sieciach wysokiego napięcia. „Zespół SSTAR rozwija tę dziedzinę, pokazując, że wysokonapięciowe SST mogą przejść drogę od fazy koncepcyjnej do eksperymentalnie sprawdzonych prototypów, popartych wiarygodnymi danymi dotyczącymi wydajności, bezpieczeństwa i zrównoważonego rozwoju”, dodaje Peris Rivas. SST to zaawansowane urządzenia elektroniki mocy, w których transformatory z rdzeniem magnetycznym zastąpione są przełącznikami półprzewodnikowymi o wysokiej częstotliwości.
Trzy linie tworzenia innowacji
Sednem projektu są trzy linie innowacji, z których jedna dotyczy ekologicznego biopłynu dielektrycznego, mającego na celu poprawę właściwości izolacyjnych. Ostatecznie w projekt wyprodukowano 200 litrów próbki płynu roślinnego, która mogła zostać wykorzystana w prototypie SST. Powstał także moduł SST wysokiego napięcia bazujący na dwukierunkowym zasilaniu indukcyjnym oraz zdecentralizowana kaskadowa architekturę sterowania mostkiem H, umożliwiającą skalowanie liczby modułów bez konieczności stosowania centralnego sterownika. Następnie rozwiązania te zintegrowano i zweryfikowano w dwóch certyfikowanych stanowiskach testowych, a prototyp SST oparty na IPT osiągnął moc przesyłu 76,7 kW przy napięciu 1500 V i sprawności około 95% w trybie rezonansowym. Zdecentralizowany przetwornik kaskadowy typu H przetestowano przy użyciu 28 modułów połączonych szeregowo przy symulowanym napięciu sieciowym 66 kV i natężeniu prądu skutecznego 100 A, co odpowiada 660 kW na gałąź, bez centralnego sterownika nadzorującego. „Nasza ocena zrównoważonego rozwoju wykazała, że koncepcja SSTAR może znacząco poprawić efektywność środowiskową, zwłaszcza w przypadku zasilania energią elektryczną ze źródeł odnawialnych”, wyjaśnia Peris Rivas. Zespół ustalił również, że najbardziej obiecującymi zastosowaniami tych rozwiązań będą przemysłowe mikrosieci, centra danych i morskie instalacje energii odnawialnej.
Jasno wytyczona droga do stworzenia transformatorów półprzewodnikowych wysokiego napięcia
Projekt SSTAR wytyczył drogą do zbudowania wysokonapięciowych SST, które nie tylko są obiecujące pod względem technicznym, ale również bardziej zrównoważone i lepiej odpowiadają rzeczywistym potrzebom sieci elektroenergetycznej. Dzięki temu SST stały się realną technologią wspomagającą systemy energetyczne oparte w dużej mierze na odnawialnych źródłach energii – systemy, które ostatecznie umożliwią transformację energetyczną i elektryfikację Europy. „Zespół nie zatrzymał się na pomysłach laboratoryjnych, ale doprowadził do powstania sprawdzonych prototypów, oceny zrównoważonego rozwoju i oddziaływania społecznego oraz jasnego planu działania w celu osiągnięcia dojrzałości technicznej”, podsumowuje Peris Rivas. „To połączenie rozwiązań technicznych i wizji na poziomie systemowym jest prawdopodobnie największym osiągnięciem projektu SSTAR”. Bazując na wynikach projektu, naukowcy pracują obecnie nad dalszym rozwojem prototypów w oparciu o nowe partnerstwa przemysłowe, inwestycje i możliwości finansowania.
