中電圧コンバータ:系統変圧器に代わるコスト効率の高い代替品

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中電圧コンバータは、発電所から家庭や企業に電気を運ぶ、より手頃な価格で効率的な方法を提供できる可能性があります。 NREL の新しいテストベッドは、これらの有望なテクノロジーの進歩に役立つ可能性があります。 (画像:Josh Bauer、NREL)。

車両から暖房システム、コンロまであらゆるものを電化するには、米国の送電網を約 57% 拡大し、より柔軟にする必要があります。太陽エネルギーと風力エネルギーは、将来のクリーン エネルギー グリッドを支配する可能性が最も高い再生可能エネルギーです。しかし、それらは主に、電力を必要とするハブから遠く離れた遠隔地で発見されており、これが伝送システムに負担をかけています。

過去 4 年間にわたり、NREL チームは、数分の 1 の重量とコストで中圧変圧器を置き換えることができる連続中圧 (1 kV ～ 35 kV) コンバータを研究するためのテストベッドを構築してきました。

「これは、電力会社が配電システムを管理する全く新しい方法を開く新しいタイプの機器です」とNRELの研究者バリー・マザー氏は語った。 「システム内にこの追加デバイスがあれば、はるかに高いレベルの分散型エネルギー リソースを回路に配置できるでしょう。」

「米国のグリッドは少し特殊だ」とマザー氏は語った。 「当社では中圧配電を行っており、最終的には顧客の近くに届けられます。」中圧フィーダは電力をローカル変圧器に供給し、電力を標準家庭レベルの 208/120 ボルトに下げます。

木の枝が電線に落ちて、近隣への電気が遮断されたとします。現在、電力会社の作業員は変圧器のスイッチを開閉して、近くの送電線から停電した送電線に電力を供給し、作業員が木を撤去している間に少なくとも一部の電力を復旧できます。しかし、変圧器をバックツーバックコンバータに置き換えることができれば、電力は自動的にリダイレクトされ、停電時間が短縮される可能性があります。

電力共有は緊急時のみに有益ではありません。今日の屋上ソーラー パネルの多くは、まずエネルギーを低電圧に変換し、次に中電圧に変換する必要があります。中電圧コンバータを使用すると、そのエネルギーは不必要なハードルを回避できます。

「これは配電システム全体にわたる電力の裁定のようなものです」とマザー氏は言う。 「分散型リソース、特に太陽光発電の影響の多くを軽減できます。」

つまり、中電圧コンバータは、電力会社が地域の送電網を通ってどこにどのように移動するかを安全に制御するのに役立つ可能性があります。そしてそれは、将来のクリーン エネルギー グリッドの回復力と信頼性の両方を高めるのに役立つ可能性があります。

中電圧コンバータはまだ比較的新しい技術です。つまり、米国の電力網に導入するのに十分な効率性、手頃な価格、安全性を確保するには、広範なテストを受ける必要があります。

しかし、それらを構築したり研究したりするのは簡単ではありません。 「起動、操作、およびシャットダウン手順のチェックリストは何度も作成し、書き直す必要がありました」と NREL の研究エンジニア、ラマナサン ティアガラジャンは述べています。

NREL のテストベッドとして、チームは中電圧コンバータの恩恵を受けることができる種類の電力システムのレプリカを構築しました。乗組員だけでなくプロトタイプの安全もチームの最優先事項でした。市バスほどのスペースを占めるテストベッド全体は、黒いフェンスで囲まれています。

チームの学術パートナーは 1 つのプロトタイプを構築しました。それは、ツインとバックツーバックで動作するように設計された 10 キロボルトの炭化ケイ素ベースの電力コンバータです。研究者らはプロトタイプをグリッドのレプリカに接続する準備ができたとき、中電圧範囲に達するまで電圧を少しずつ上げました。このプロトタイプは、電圧サージによる損傷の危険を冒すにはあまりにも貴重 (そして高価) でした。

「実際に5キロボルトの範囲まで到達しました」とマザー氏は語った。 「これは大した数字ではありませんが、これまでにこれまでに実施した数字よりも高い数字です。」

次に、中電圧デバイスがグリッドの適応、または別のクリーン エネルギー源としての水素への依存にどのように役立つかについて、さらなる研究のためにテストベッドを公開する予定です。 NREL チームはまた、まったく新しい施設でさらに高い電圧に到達したいと考えています。 「一般的に中電圧電力変換はその日が急速に近づいているように見えます」とマザー氏は言う。 「今後、ますます多くのアプリケーションが登場し、これに興味を持つ人がますます増えるでしょう。

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