Đăng ký cập nhật tin tức hàng ngày từ CleanTechnica trên email. Hoặc theo dõi chúng tôi trên Google Tin tức!

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng đang tìm kiếm một phương tiện phù hợp để kích hoạt lưới điện trong tương lai, lấp đầy khoảng cách giữa điện áp cao và điện áp thấp cho công nghệ điện tử công suất làm nền tảng cho lưới điện hiện đại của Hoa Kỳ.

Các thiết bị điện tử công suất ngày nay, mất vài giây để thực hiện các nhiệm vụ như chuyển đổi hướng dòng điện hoặc điều chỉnh điện áp, có xu hướng hoạt động ở mức cực cao. Sạc phương tiện cá nhân hoặc lưu trữ năng lượng từ tấm pin mặt trời thương mại yêu cầu điện áp thấp, trong khi điện áp cao được sử dụng cho các dự án quy mô tiện ích như trang trại gió và năng lượng mặt trời hoặc kết nối các hệ thống phân phối và truyền tải điện.

Nhưng có một khoảng cách điện tử công suất giữa 1,500 và 50,000 vôn - dải "điện áp trung bình" - rất quan trọng đối với các dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn hơn, các thiết bị lớn hơn như tua-bin gió và các phương tiện điện lớn hơn như tàu hỏa và máy bay cất cánh thẳng đứng.

Thu hẹp khoảng cách đó sẽ giúp Mỹ đạt được các mục tiêu về năng lượng sạch và mở rộng công suất trong một mạng lưới điện đang quá tải mà không cần phải xây dựng hàng nghìn dặm đường dây truyền tải mới.

Prasad Kandula, lãnh đạo nhóm Phần cứng Hệ thống Lưới của ORNL, cho biết: “Có nhiều ứng dụng có thể phù hợp ở đây, nhưng công nghệ dành cho không gian ở giữa đó chưa được chứng minh là đáng tin cậy hoặc hiệu quả về mặt chi phí”.

Để giúp đáp ứng nhu cầu, ORNL sẽ hướng dẫn chương trình Công nghệ tích hợp tài nguyên điện áp trung thế mới của DOE, hay MERIT, trong đó bốn phòng thí nghiệm quốc gia và năm trường đại học phát triển các thiết bị hoạt động hiệu quả ở phạm vi trung bình đó.

Kandula lưu ý rằng các thiết bị điện tử công suất trung thế ngày càng có giá cả phải chăng hơn và việc chuyển đổi có thể làm giảm kích thước, trọng lượng và thể tích của hệ thống. Ông cho biết: “Việc chuyển đổi năng lượng bằng cách sử dụng thiết bị điện tử công suất trung thế dự kiến ​​sẽ hiệu quả hơn, ngoài việc chứa nhiều năng lượng hơn vào một không gian nhỏ hơn”.

Lợi ích đối với độ tin cậy của lưới điện, năng lượng sạch

Việc lấp đầy khoảng trống công nghệ này cũng có thể giải quyết nhu cầu cấp thiết là mở rộng công suất lưới điện để đáp ứng nhu cầu ngày nay và mang lại cơ hội phát triển kinh tế trong tương lai.

Hầu hết lưới điện Bắc Mỹ sử dụng dòng điện xoay chiều hoặc AC. Nhưng việc sản xuất năng lượng tái tạo và ô tô điện cần có dòng điện một chiều hoặc DC. Điện tử công suất được sử dụng để chuyển đổi giữa các dòng này và liên kết các hệ thống riêng biệt. Việc mở rộng các khả năng này sang điện áp trung thế sẽ mở ra những lựa chọn mới về độ tin cậy về điện.

Ví dụ, thiết bị điện tử công suất trung thế có thể được sử dụng để cung cấp điện từ một khu vực có nguồn cung dư thừa cho hệ thống lân cận đang gặp khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu. Điều này có thể ngăn chặn tình trạng mất điện luân phiên, tăng giá và kích hoạt các nhà máy điện dự phòng gây ô nhiễm. Trong một kịch bản khác, thiết bị điện tử công suất trung thế có thể giúp chuyển đổi các phần quan trọng của lưới phân phối từ AC sang DC, vì DC hiệu quả hơn trong việc truyền tải điện đi khoảng cách xa. Điều này về cơ bản sẽ làm tăng công suất phân phối sử dụng cùng đường dây điện.

Kandula cho biết thiết bị điện tử công suất trung thế cũng có thể cho phép vận hành DC hoàn chỉnh cho các dự án như lưới điện siêu nhỏ với năng lượng mặt trời và pin riêng. Kandula cho biết: “Ban đầu, hệ sinh thái DC rất có thể sẽ được sử dụng tại các hệ thống biệt lập như khuôn viên trường”. “Cấp độ tiếp theo có thể là một trạm phân phối cách đó vài dặm, giống như một trang trại năng lượng mặt trời ở rìa lưới điện.”

Hệ thống chỉ có DC yêu cầu ít thiết bị chuyển đổi năng lượng hơn và loại bỏ tổn thất năng lượng xảy ra trong quá trình chuyển đổi. Nó có thể làm cho năng lượng sạch trở nên hiệu quả và tiết kiệm hơn, đặc biệt khi các trang trại năng lượng mặt trời và gió lớn ngày càng được xây dựng xa các trung tâm dân cư, nơi tập trung nhu cầu điện.

Năng lực lãnh đạo nghiên cứu điện trung thế

Các nhà nghiên cứu của ORNL đã và đang phát triển một danh sách gồm các khối xây dựng điện áp trung thế, chẳng hạn như mô-đun chuyển đổi, từ tính chuyên dụng và cơ chế bảo vệ giúp cách ly các sự cố về điện.

Kandula cho biết: “Với MERIT, chúng tôi sẽ phát triển các khối xây dựng thuộc nhiều loại khác nhau để tăng độ tin cậy, sau đó xếp chồng nhiều khối để đạt được điện áp cao hơn”. Khả năng cắm nhiều loại mô-đun vào một kiến ​​trúc lớn hơn sẽ giúp việc khám phá các ứng dụng năng lượng mới trở nên dễ dàng hơn, từ việc sạc lại xe tải điện đường dài đến sản xuất hydro xanh cho ngành thép.

Nỗ lực này được xây dựng dựa trên kinh nghiệm và khả năng của Trung tâm Phát triển và Tích hợp Nghiên cứu Lưới điện của ORNL, hay GRID-C, nơi các nhà nghiên cứu có thể mô phỏng các kiến ​​trúc khác nhau, xây dựng bộ chuyển đổi và thử nghiệm nó ở điện áp lên tới 13,000 volt.

Madhu Chinthavali, người đứng đầu Bộ phận Kiểm soát và Tích hợp Hệ thống Năng lượng của ORNL cho biết: “Chúng tôi đang phát triển một ma trận công nghệ trên các thành phần có thể ứng dụng vào nhiều ứng dụng”. “GRID-C của ORNL được trang bị độc đáo với trình độ xây dựng thành phần, giường thử nghiệm và kiến ​​thức chuyên môn để phát triển và thử nghiệm đầy đủ các thành phần điện tử công suất này.”

Đối với MERIT, ORNL sẽ mở rộng mối quan hệ hiện có với các công ty điện lực để xác định nhu cầu về điện áp trung thế. Điều này được xây dựng dựa trên Hiệp hội máy gia tốc điện tử công suất dành cho điện khí hóa, hoặc TỐC ĐỘ, sáng kiến ​​được thành lập vào năm 2022 nhằm tăng cường hợp tác giữa các tổ chức nghiên cứu, công ty điện lực và nhà sản xuất. Một sáng kiến ​​của Văn phòng Điện lực DOE, PACE đang bổ sung thêm các đối tác để nhanh chóng đưa những đổi mới từ phòng thí nghiệm vào lưới điện.

Các phòng thí nghiệm riêng lẻ có thể hợp tác với ngành để theo đuổi những tiến bộ cụ thể trong lĩnh vực điện tử công suất trung thế. Kandula cho biết: “Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là chọn một trường hợp sử dụng, làm việc với đối tác, xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh, cài đặt nó, chứng minh nó hoạt động trên thực địa và cho thấy những tác động tài chính”.

Các đối tác nghiên cứu khác của MERIT bao gồm Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, Đại học Arkansas, Viện Bách khoa Virginia và Đại học Bang và Đại học Bang Florida. Dự án MERIT được tài trợ theo Sáng kiến ​​Hiện đại hóa Lưới điện của DOE thông qua Hiệp hội Phòng thí nghiệm Hiện đại hóa Lưới điện.

UT-Battelle quản lý ORNL cho Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng, đơn vị hỗ trợ lớn nhất cho nghiên cứu cơ bản trong khoa học vật lý ở Hoa Kỳ. Văn phòng Khoa học đang làm việc để giải quyết một số thách thức cấp bách nhất trong thời đại của chúng ta. Để biết thêm thông tin, vui lòng truy cập năng lượng.gov/khoa học.

Biếu không của ORNL.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://cleantechnica.com/2024/02/03/grid-electronics-research-to-bridge-gap-to-cleaner-more-reliable-power/