Manyetik çekirdeksiz bir transformatör ya da yeşil enerji için tasarlanmış bir şebeke + test

İçindekiler

• Rüzgar türbini kurmak yetmez
• Katı hal transformatörü nedir
• Tek bir çabanın üç hattı
• Doğrudan bitkilerden yalıtım
• Patronsuz modüller
• Laboratuvardan rakamlar
• Yalnızca adıyla değil, gerçekten yeşil
• Bir deneyden fazlası
• Akılda kalması gerekenler
• Beş soru: enerji mühendisi olmak için gerekenlere sahip misin? (test)

⇑Rüzgar türbini kurmak yetmez

Enerji dönüşümü genellikle rüzgar, güneş ve su üzerinden, yani enerji kaynaklarının kendisi üzerinden konuşulur. Oysa kaynakları değiştirmek işin yalnızca yarısı. Yenilenebilir tesislerden gelen enerjinin yine de iletilmesi ve dağıtılması gerekiyor; bu da yeni şebeke altyapısı demek, hem de acilen.

“Enerji dönüşümü, daha esnek, dijital, dayanıklı ve yenilenebilir enerjinin yüksek payını bünyesine katabilen elektrik şebekelerine ihtiyaç duyuyor” diyor, AB destekli SSTAR projesini koordine eden İspanyol CIRCE vakfından Jonatan Peris Rivas.

⇑Katı hal transformatörü nedir

Projenin kahramanı katı hal transformatörü, kısaca SST. Manyetik çekirdekli klasik transformatörün yerini yüksek frekansta çalışan yarı iletken anahtarların aldığı gelişmiş bir güç elektroniği cihazı bu. Uzmanlara yönelik bir tasarım değişikliği gibi görünüyor, ama pratikte şebekenin kilit bir unsurunu elektronik dünyasına taşıyor.

SSTAR ekibi somut bir hedef koydu: bu teknolojiyi alçak gerilim aşamasının ötesine taşımak ve yüksek gerilim şebekelerinde çalışmaya hazırlamak. Amaç, yüksek gerilimli SST’lerin kavramdan, performans, güvenlik ve sürdürülebilirlik konusunda güvenilir verilerle desteklenen, deneylerde doğrulanmış prototiplere ulaşabileceğini göstermekti.

⇑Tek bir çabanın üç hattı

Çalışmalar üç yönde paralel yürüdü. Her biri farklı bir zorluğa yanıt veriyordu; malzemelerden elektroniğin kendisine, oradan da tüm sistemin kontrol biçimine uzanıyordu:

• cihazın yalıtım performansını iyileştirmesi amaçlanan, sürdürülebilir, biyolojik bazlı bir dielektrik sıvı;
• çift yönlü indüktif güç aktarımına, kısaca IPT’ye dayanan yüksek gerilimli bir SST modülü;
• merkezi bir denetleyici olmadan daha fazla modül eklemeyi mümkün kılan merkezsiz kaskad H-köprüsü kontrol mimarisi.

⇑Doğrudan bitkilerden yalıtım

İlk hat, modern güç mühendisliğinin yalnızca yarı iletkenlerden ibaret olmadığını gösteriyor. Prototipin elemanlarını yalıtmak için ekip bitkisel kökenli bir sıvı hazırladı. Transformatör prototipinde kullanılmak üzere 200 litrelik bir numune üretildi. Bu yaklaşımda yeşil olmak yalnızca enerji kaynağıyla değil, ekipmanın kendisinin yapıldığı malzemelerle de ilgili.

⇑Patronsuz modüller

İkinci ve üçüncü hatlar birbiriyle yakından bağlantılı. Yüksek gerilimli modül, indüktif güç sayesinde enerjiyi iki yönde aktarıyor. Merkezsiz mimari ise tek bir merkezi denetleyici bütünü yönetmeden, modüllerin seri bağlanabileceği ve sayılarının artırılabileceği anlamına geliyor. Böyle bir tasarımın çözümü ölçeklemeyi kolaylaştırması amaçlanıyor.

⇑Laboratuvardan rakamlar

Tüm unsurlar entegre edildi ve sertifikalı iki test düzeneğinde doğrulandı. IPT teknolojisine dayanan prototip 1 500 V’ta 76,7 kW güç aktarımına ulaştı; rezonans çalışmasındaki verimi yaklaşık yüzde 95 oldu.

Kaskad versiyonunun testi de aynı derecede ilginç çıktı. Araştırmacılar 28 modülü seri bağladı ve 100 A RMS’te 66 kV’luk şebeke koşullarını simüle etti. Bu, kol başına 660 kW’a denk geliyor ve hepsi merkezi bir denetleyici olmadan. Sonuçlar hem sistemin ölçeklenebilirliğini hem de teknik etkinliğini doğruluyor.

⇑Yalnızca adıyla değil, gerçekten yeşil

Ekip yalnızca elektriksel ölçümlerle yetinmedi. Bir sürdürülebilirlik değerlendirmesi de yapıldı. “Ardından yaptığımız sürdürülebilirlik değerlendirmesi, SSTAR konseptinin, özellikle yenilenebilir elektrikle çalıştırıldığında çevresel performansı önemli ölçüde iyileştirebileceğini gösterdi” diyor Peris Rivas.

Araştırmacılar ayrıca yeni teknolojinin en iyi şansa sahip olduğu alanlara da dikkat çekti. En umut verici alanlar olarak endüstriyel mikro şebekeleri, veri merkezlerini ve açık deniz yenilenebilir enerji tesislerini andılar.

⇑Bir deneyden fazlası

Ekibe göre proje, teknik olarak umut verici, daha sürdürülebilir ve şebekenin gerçek ihtiyaçlarıyla ilgili yüksek gerilimli katı hal transformatörlerine giden net bir yol çizdi. SST’ler artık yenilenebilir enerji kaynaklarına dayanan sistemleri destekleyen ciddi bir teknoloji haline geldi.

“Proje laboratuvar fikirlerinde durmadı; doğrulanmış prototipler, bir sürdürülebilirlik ve toplumsal değerlendirme ve teknik olgunluğa ulaşmak için net bir yol haritası üretti” diye vurguluyor Peris Rivas. Projenin en büyük başarısını, teknik çözümlerin tüm sistem düzeyindeki bir vizyonla birleşmesinde görüyor. Sonuçlara dayanarak araştırmacılar prototipleri geliştirmeyi sürdürüyor; sanayi ortakları, yatırımlar ve yeni finansman olanakları arıyor.

⇑Akılda kalması gerekenler

Enerji dönüşümü yalnızca yeni enerji kaynaklarıyla ilgili değil, şebekenin kendisindeki yeni cihazlarla da ilgili. SSTAR projesi, katı hal transformatörlerinin laboratuvardan çıkıp yüksek gerilim aralığında çalışabileceğini; bunu yüksek verimle, ölçeklenebilir bir mimariyle ve bitki bazlı yalıtımla yapabileceğini gösterdi. Enerji mühendisliği, elektrik mühendisliği ya da elektronik okuyan öğrenciler için bu, tek bir cihazda kaç alanın buluştuğunun iyi bir örneği: yalıtım malzemelerinden güç elektroniğine, oradan kontrol sistemlerine kadar.

⇑Beş soru: enerji mühendisi olmak için gerekenlere sahip misin? (test)