Połączenie prądu przemiennego i stałego
Zastępowanie rozwiązań energetycznych opartych na spalaniu paliw kopalnych odnawialnymi źródłami energii stanowi duże wyzwanie ze względu na konwencjonalne transformatory, które nie są w stanie sprostać wymogom stawianym przez nowe rozwiązania. Wszystko wskazuje jednak na to, że remedium na te problemy są transformatory półprzewodnikowe, które są wykorzystywane na coraz szerszą skalę w działaniach związanych z transformacją energetyczną. Nowy artykuł naukowy opublikowany w ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu TIGON stanowi kompleksowy przegląd praktycznych zagadnień związanych z tymi urządzeniami, którego autorzy skupili się na zastosowaniach tych transformatorów, by rzucić trochę światła na rozwój tych rozwiązań oraz przyszłe trendy. Jak czytamy w artykule: „Transformatory półprzewodnikowe to urządzenia należące do rodziny urządzeń energoelektronicznych, które pozwalają na łączenie ze sobą oddzielnych sieci elektrycznych działających w różnych zakresach napięć lub częstotliwości, zapewniając jednocześnie izolację galwaniczną pomiędzy nimi dzięki zastosowaniu energoelektronicznego stopnia mocy średniej częstotliwości”. Opublikowany na łamach czasopisma „Electronics” artykuł przedstawia możliwości istniejących rozwiązań w zakresie transformatorów półprzewodnikowych oraz możliwe zastosowania tej technologii, która jest powszechnie uznawana za klucz do budowy zaawansowanych inteligentnych sieci, sieci hybrydowych i mikrosieci.
Możliwości transformatorów półprzewodnikowych
W literaturze można spotkać się z opiniami mówiącymi, że transformatory półprzewodnikowe to niezwykle elastyczne urządzenia, które realizują szeroki zakres funkcji, poprawiając jakość zasilania sieci i umożliwiając wdrożenie nowych usług, których nie są w stanie zapewnić klasyczne transformatory mocy. Wybrane możliwości takich transformatorów obejmują między innymi regenerację kształtu fali, płynną regulację napięcia i częstotliwości, kompensację mocy biernej oraz sterowanie przepływem mocy i szereg zabezpieczeń. Wszystkie te funkcje sprawiają, że transformatory półprzewodnikowe sprawdzają się w wielu obszarach, nie tylko w energetyce. Dotychczas znalazły zastosowanie między innymi w kolejnictwie, w centrach danych, inteligentnych sieciach i morskich elektrowniach wiatrowych. „W przypadku morskich elektrowni wiatrowych obserwujemy obecnie tendencję do wybierania turbin wiatrowych i elektrowni o wyższej mocy znamionowej, która przekłada się na znaczący wzrost kosztów instalacji i utrzymania takich instalacji”, wyjaśniają autorzy artykułu. W przypadku zastosowania transformatorów półprzewodnikowych możliwe jest jednak „łączenie poszczególnych turbin wiatrowych za pośrednictwem magistrali średniego lub wysokiego napięcia, aby zmniejszyć w ten sposób straty wynikające z przesyłu energii oraz koszty instalacji – to ostatnie jest możliwe dzięki temu, że nowe transformatory pozwalają na rezygnację z podstacji obsługujących morskie elektrownie wiatrowe”. Inne zastosowania obejmują między innymi instalacje fotowoltaiczne w skali przemysłowej, stacje ładowania pojazdów elektrycznych i systemy magazynowania energii, a także rozwiązania dla sektorów morskiego, lotniczego i kosmicznego. „Transformatory półprzewodnikowe wydają się doskonałym rozwiązaniem nie tylko do stosowania na pokładach, ale także do budowy morskich i lotniczych stacji ładowania. Tego typu rozwiązania często charakteryzują się dużym zapotrzebowaniem na energię i wymagają olbrzymich przepływów mocy. W związku z tym gniazdo stacji ładowania bezpośrednio podłączone do źródła średniego napięcia wydaje się najlepszą alternatywą z punktu widzenia sieci dystrybucyjnej. Transformatory półprzewodnikowe pozwolą na budowę tego rodzaju systemów ładowania”. Wśród interesariuszy zaangażowanych w rozwój technologii transformatorów półprzewodnikowych można wymienić między innymi ośrodki badawcze i uniwersytety, a także grono producentów. „Technologia cieszy się zainteresowaniem na całym świecie, co stanowi potwierdzenie jej potencjału. Co więcej, kilku producentów skupia się na realizacji projektów badawczo-rozwojowych w tym zakresie, co może wskazywać na fakt, że podmioty działające na rynku postawią właśnie na tę technologię, przyczyniając się do jej popularyzacji”. Oprócz podkreślenia wyjątkowego potencjału transformatorów półprzewodnikowych, artykuł opublikowany przez badaczy projektu TIGON (Towards Intelligent DC-based hybrid Grids Optimizing the network performance) wskazuje, że opisywana technologia wciąż nie jest wystarczająco dojrzała, by wpłynąć znacząco na rynki w opisywanych obszarach zastosowań. Wśród problemów technologii transformatorów półprzewodnikowych autorzy wskazują „większą złożoność, wyższe wymagania w zakresie utrzymania i konserwacji, a także wyższy koszt wynikający z ich zaawansowanych możliwości”. Więcej informacji: strona projektu TIGON
Słowa kluczowe
TIGON, transformator półprzewodnikowy, transformator, zasilanie, moc, sieć energetyczna, energia, napięcie
