Prijavite se na dnevne posodobitve novic podjetja CleanTechnica na e-pošto. oz spremljajte nas v Googlu News!

Znanstveniki nacionalnega laboratorija Oak Ridge Ministrstva za energijo iščejo srečen medij, ki bi omogočil omrežje prihodnosti, s čimer bi zapolnil vrzel med visokimi in nizkimi napetostmi za tehnologijo močnostne elektronike, ki podpira sodobno električno omrežje ZDA.

Današnja močnostna elektronika, ki za izvedbo nalog, kot je pretvorba smeri toka ali prilagajanje napetosti, porabi le delčke sekunde, ponavadi deluje v ekstremih. Za polnjenje osebnih vozil ali shranjevanje energije iz komercialne sončne plošče je potrebna nizka napetost, medtem ko se visoka napetost uporablja za komunalne projekte, kot so vetrne in sončne elektrarne ali medsebojno povezovanje sistemov za distribucijo in prenos električne energije.

Toda med 1,500 in 50,000 volti – »srednjenapetostno« območje – obstaja vrzel v električni elektroniki, ki je ključnega pomena za večje projekte obnovljivih virov energije, večjo opremo, kot so vetrne turbine in večja električna vozila, kot so vlaki in letala z navpičnim vzletom.

Premostitev te vrzeli bo pomagala ZDA doseči cilje čiste energije in povečati zmogljivost v preobremenjenem elektroenergetskem omrežju – brez postavitve na tisoče milj novih daljnovodov.

"Obstaja veliko aplikacij, ki se lahko prilegajo sem, vendar se tehnologija za ta srednji prostor ni izkazala za zanesljivo ali stroškovno učinkovito," je dejal Prasad Kandula, vodja skupine ORNL Grid Systems Hardware.

Za pomoč pri izpolnjevanju potreb bo ORNL vodil nov program DOE za tehnologijo integracije srednjenapetostnih virov ali MERIT, ki združuje štiri nacionalne laboratorije in pet univerz za razvoj naprav, ki učinkovito delujejo v tem srednjem obsegu.

Kandula ugotavlja, da je srednjenapetostna močnostna elektronika postala cenovno dostopnejša in da bi zamenjava lahko zmanjšala velikost, težo in prostornino sistema. "Pričakuje se, da bo pretvorba moči z uporabo srednjenapetostne močnostne elektronike učinkovitejša, poleg tega, da bo več energije zapakirala v manjši prostor," je dejal.

Prednosti za zanesljivost omrežja, čista energija

Zapolnjevanje te tehnološke vrzeli bi lahko obravnavalo tudi nujno potrebo po razširitvi zmogljivosti električnega omrežja za izpolnjevanje današnjih zahtev in zagotavljanje priložnosti za jutrišnji gospodarski razvoj.

Večina severnoameriškega električnega omrežja uporablja izmenični tok ali AC. Toda proizvodnja obnovljive energije in električni avtomobili zahtevajo enosmerni tok ali enosmerni tok. Močnostna elektronika se uporablja za preklapljanje med temi tokovi in ​​povezovanje ločenih sistemov. Razširitev teh zmogljivosti na srednje napetosti bi odprla nove možnosti za električno zanesljivost.

Na primer, srednjenapetostno močnostno elektroniko bi lahko uporabili za dovajanje električne energije iz regije z dodatno oskrbo v sosednji sistem, ki se trudi zadovoljiti povpraševanje. To bi lahko preprečilo nenehne izpade električne energije, skoke cen in aktiviranje rezervnih elektrarn, ki onesnažujejo okolje. V drugem scenariju bi lahko srednjenapetostna močnostna elektronika pomagala pretvoriti ključne dele distribucijskega omrežja iz izmeničnega v enosmerni, ker je enosmerni tok učinkovitejši pri prenosu električne energije na dolge razdalje. To bi bistveno povečalo količino dostavne zmogljivosti z uporabo istih daljnovodov.

Kandula je dejal, da bi srednjenapetostna močnostna elektronika lahko omogočila tudi popolno delovanje z enosmernim tokom za projekte, kot je mikroomrežje z lastno sončno energijo in baterijami. "Na začetku bi se ekosistem DC najverjetneje uporabljal v izoliranih sistemih, kot je kampus," je dejal Kandula. "Naslednja stopnja je lahko distribucijski podajalnik nekaj milj, kot sončna elektrarna na robu omrežja."

Sistem samo z enosmernim tokom zahteva manj opreme za pretvorbo energije in odpravlja izgube energije, ki nastanejo med postopkom pretvorbe. Čista energija bi lahko postala učinkovitejša in gospodarnejša, zlasti ker se velike sončne in vetrne elektrarne vedno bolj gradijo daleč od naseljenih središč, kjer je koncentrirano povpraševanje po električni energiji.

Srednjenapetostno raziskovalno vodstvo, zmogljivosti

Raziskovalci ORNL razvijajo meni srednjenapetostnih gradnikov, kot so pretvorniški moduli, specializirani magneti in zaščitni mehanizmi, ki izolirajo električne težave.

"Z MERIT bomo razvili gradnike različnih tipov za povečanje zanesljivosti, nato pa bomo zložili več blokov, da bomo dosegli višje napetosti," je dejal Kandula. Zmožnost priključitve različnih modulov v večjo arhitekturo bo olajšala raziskovanje novih energetskih aplikacij, od polnjenja električnih tovornjakov na dolge razdalje do proizvodnje zelenega vodika za jeklarsko industrijo.

Ta prizadevanja temeljijo na izkušnjah in zmožnostih v ORNL-jevem Grid Research Integration and Development Center ali GRID-C, kjer lahko raziskovalci simulirajo različne arhitekture, zgradijo pretvornik in ga testirajo do 13,000 voltov.

"Razvijamo matriko tehnologije med komponentami, ki lahko gredo v številne aplikacije," je povedal Madhu Chinthavali, vodja oddelka za integracijo in krmiljenje energetskih sistemov ORNL. "ORNL-jev GRID-C je edinstveno opremljen s strokovnostjo izdelave komponent, preskusnimi napravami in strokovnim znanjem za popoln razvoj in testiranje teh komponent močnostne elektronike."

Za MERIT bo ORNL razširil obstoječe odnose z javnimi podjetji, da bi prepoznal potrebe srednje napetosti. Ta nadgrajuje Power electronics Accelerator Consortium for Electrification, oz MIR, pobuda, ki je bila ustanovljena leta 2022 za povečanje sodelovanja med raziskovalnimi ustanovami, elektroenergetskimi podjetji in proizvajalci. Na pobudo Urada za elektriko DOE, PACE dodaja partnerje za hiter prenos inovacij iz laboratorija v električno omrežje.

Posamezni laboratoriji lahko združijo moči z industrijo, da bi dosegli določen napredek v srednjenapetostni energetski elektroniki. "Končni cilj za nas je izbrati primer uporabe, sodelovati s partnerjem, zgraditi celoten sistem, ga namestiti, pokazati, da deluje na terenu in pokazati finančne posledice," je dejal Kandula.

Drugi raziskovalni partnerji MERIT vključujejo Nacionalni laboratorij za obnovljivo energijo, Sandia National Laboratories, Pacific Northwest National Laboratory, University of Arkansas, Virginia Polytechnic Institute in State University ter Florida State University. Projekt MERIT je financiran v okviru pobude Ministrstva za energijo za modernizacijo omrežij prek konzorcija Laboratorija za modernizacijo omrežij.

UT-Battelle vodi ORNL za Urad za znanost Ministrstva za energijo, največji podpornik temeljnih raziskav na področju fizikalnih znanosti v ZDA. Urad za znanost si prizadeva rešiti nekatere najnujnejše izzive našega časa. Za več informacij obiščite energy.gov/science.

Vljudnost ORNL.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://cleantechnica.com/2024/02/03/grid-electronics-research-to-bridge-gap-to-cleaner-more-reliable-power/