サインアップする CleanTechnica からの毎日のニュース更新 メールで。 または Googleニュースでフォローしてください!

エネルギー省のオークリッジ国立研究所の科学者たちは、現代の米国の電力網を支えるパワーエレクトロニクス技術の高電圧と低電圧の間のギャップを埋める、将来の電力網を可能にする幸せな媒体を探しています。

今日のパワー エレクトロニクスは、電流の方向の変換や電圧の調整などのタスクを数秒で実行するため、極端な動作をする傾向があります。自家用車の充電や商用ソーラーパネルからのエネルギーの貯蔵には低電圧が必要ですが、風力発電所や太陽光発電所、あるいは配電システムや送電システムの相互接続などの事業規模のプロジェクトには高電圧が使用されます。

しかし、パワー エレクトロニクスには 1,500 ボルトから 50,000 ボルト (「中電圧」範囲) のギャップがあり、これは大規模な再生可能エネルギー プロジェクト、風力タービンなどの大型機器、電車や垂直離陸機などの大型電気自動車にとって重要です。

このギャップを埋めることで、米国は何千マイルもの新たな送電線を建設することなく、クリーンエネルギーの目標を達成し、過負荷の送電網の容量を拡大することができる。

「ここに適合できるアプリケーションは数多くありますが、その中間スペースのテクノロジーは信頼性やコスト効率が証明されていません」と ORNL のグリッド システム ハードウェア グループのリーダー、プラサド カンドゥラ氏は述べています。

このニーズを満たすために、ORNL は DOE の新しい中電圧リソース統合技術プログラム (MERIT) を指導します。このプログラムは、4 つの国立研究所と 5 つの大学がチームを組んで、中電圧で効率的に動作するデバイスを開発します。

Kandula 氏は、中電圧パワーエレクトロニクスがより手頃な価格になり、スイッチを作成することでシステムのサイズ、重量、体積を削減できる可能性があると指摘しています。 「中電圧パワーエレクトロニクスを使用した電力変換は、より多くの電力をより小さなスペースに詰め込むことに加えて、より効率的になることが期待されます」と彼は言いました。

送電網の信頼性、クリーン エネルギーへのメリット

この技術ギャップを埋めることで、今日の需要を満たし、明日の経済発展の機会を提供するために送電網の容量を拡大するという差し迫ったニーズにも対処できる可能性があります。

北米の送電網のほとんどは交流 (AC) を使用しています。しかし、再生可能エネルギーの発電や電気自動車には直流が必要です。パワー エレクトロニクスは、これらの流れを切り替え、別々のシステムをリンクするために使用されます。これらの機能を中電圧まで拡張すると、電気の信頼性に関する新しい選択肢が開かれます。

たとえば、中電圧パワーエレクトロニクスを使用して、供給に余裕のある地域から、需要を満たすのに苦労している隣接するシステムに電力を供給することができます。これにより、計画停電、価格高騰、汚染源となるバックアップ発電所の稼働を防ぐことができる。別のシナリオでは、長距離に電力を運ぶには DC の方が効率的であるため、中電圧パワー エレクトロニクスが配電網の主要部分を AC から DC に変換するのに役立つ可能性があります。これにより、同じ電力線を使用した配信容量が本質的に増加します。

カンドゥラ氏は、中電圧パワーエレクトロニクスは、独自の太陽光発電とバッテリーを備えたマイクログリッドなどのプロジェクトで完全なDC動作も可能にする可能性があると述べた。 「当初、DC エコシステムはキャンパスのような孤立したシステムで使用される可能性が最も高いです」とカンドゥラ氏は言います。 「次のレベルは、送電網の端にある太陽光発電施設のような、数マイルの配電フィーダーになるかもしれません。」

DC 専用システムでは、必要な電力変換装置が少なくなり、変換プロセス中に発生するエネルギー損失がなくなります。特に電力需要が集中する人口密集地から遠く離れた大規模な太陽光発電所や風力発電所の建設が増えているため、クリーンエネルギーをより効率的かつ経済的にすることができる可能性がある。

中圧研究のリーダーシップと能力

ORNL の研究者は、コンバータ モジュール、特殊な磁気、電気的問題を隔離する保護機構などの中電圧ビルディング ブロックのメニューを開発してきました。

「MERIT では、さまざまなタイプのビルディング ブロックを開発して信頼性を高め、複数のブロックを積み重ねてより高い電圧に到達します」と Kandula 氏は述べています。さまざまなモジュールをより大規模なアーキテクチャに接続できるため、長距離電気トラックの充電から鉄鋼業界向けのグリーン水素の製造に至るまで、新しい電力アプリケーションの探索が容易になります。

この取り組みは、ORNL のグリッド研究統合開発センター (GRID-C) の経験と能力に基づいて構築されており、研究者はさまざまなアーキテクチャをシミュレーションし、コンバータを構築し、最大 13,000 ボルトまでテストすることができます。

ORNL のエネルギー システム統合および制御セクションの責任者、マドゥ チンタバリ氏は次のように述べています。 「ORNL の GRID-C は、これらのパワー エレクトロニクス コンポーネントを完全に開発およびテストするためのコンポーネント構築能力、テストベッド、専門知識を独自に備えています。」

MERIT に関して、ORNL は電力会社との既存の関係を拡大し、中電圧のニーズを特定します。これは、電動化のためのパワー エレクトロニクス アクセラレータ コンソーシアムに基づいています。 PEACE、研究機関、電力会社、製造業者間の連携を強化するために2022年に創設されたイニシアチブ。 DOE 電力局の取り組みである PACE は、研究室から電力網までイノベーションを迅速に実現するためのパートナーを追加しています。

個々の研究室は産業界と協力して、中電圧パワーエレクトロニクスの特定の進歩を追求できます。 「私たちの最終目標は、ユースケースを選択し、パートナーと協力し、完全なシステムを構築してインストールし、現場で動作することを示し、財務上の影響を示すことです」とカンドゥラ氏は語った。

その他の MERIT 研究パートナーには、国立再生可能エネルギー研究所、サンディア国立研究所、パシフィック ノースウェスト国立研究所、アーカンソー大学、バージニア工科大学および州立大学、フロリダ州立大学が含まれます。 MERIT プロジェクトは、エネルギー省の系統近代化イニシアチブの下、系統近代化研究室コンソーシアムを通じて資金提供されています。

UT-Battelle は、米国の物理科学の基礎研究の最大の支援者であるエネルギー省科学局の ORNL を管理しています。 科学局は、現代の最も差し迫った課題のいくつかに対処するために取り組んでいます。 詳細については、 energy.gov/科学.

礼儀 ORNL.

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
• プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://cleantechnica.com/2024/02/03/grid-electronics-research-to-bridge-gap-to-cleaner-more-reliable-power/