Мегаваттный прототип показал около 98% КПД в испытаниях на площадке EPRI — на два процентных пункта выше связки обычного трансформатора и выпрямителя. Твердотельные трансформаторы пока не готовы заменить гигантские устройства на магистральных ЛЭП, но уже становятся кандидатом на роль энергетической инфраструктуры для дата-центров, электромобилей и накопителей.
Испытание в августе провели New York Power Authority и исследовательский институт EPRI; сам прототип собрали в лаборатории профессора Университета штата Северная Каролина Срдяна Лукича. Как сообщает MIT Technology Review, это была первая проверка твердотельного трансформатора такой мощности в условиях, близких к работе энергокомпании. Для IT-рынка сигнал довольно прямой: дефицит вычислений упирается не только в стойки с ускорителями, но и в оборудование, которое должно подать к ним электричество.
Обычный трансформатор — вещь почти архаически понятная: стальной магнитопровод, медные обмотки и электромагнитная индукция. Он меняет напряжение, чтобы энергия могла пройти сотни километров с меньшими потерями, а затем безопасно попасть в промышленный объект или дом. На пути от солнечной станции до розетки напряжение обычно повышают и понижают несколько раз. В США энергия может выйти из инвертора солнечной электростанции примерно на 480 вольтах, уйти в магистральную сеть на 115 000 вольт, а до потребителя дойти как 120 или 240 вольт.
Проблема в том, что классические трансформаторы велики, дороги, требуют специализированной электротехнической стали и многих километров медного провода. Их производство и замена занимают время, которого сетям уже не хватает. Потребление растёт сразу с нескольких сторон: новые ЦОД, зарядная инфраструктура, солнечная и ветровая генерация, промышленные накопители. Даже если серверный парк построен за считаные месяцы, подключение к сети легко становится самым длинным пунктом проекта.
Полупроводники вместо части меди и стали
Твердотельная схема добавляет к магнитному узлу силовую электронику. Входной переменный ток сначала преобразуется в постоянный, затем — с помощью переключателей на полупроводниках, например из карбида кремния — в высокочастотный переменный ток. После изменения напряжения система снова формирует нужный на выходе ток. Контроль частоты позволяет уменьшить магнитный сердечник: по словам Лукича, отдельные устройства могут занимать примерно десятую часть объёма обычного трансформатора при той же мощности.
Это не только история о габаритах. Обычный трансформатор в основном повышает или понижает напряжение; новая архитектура одновременно берёт на себя часть работы выпрямителей и инверторов. Для ЦОД это может означать более компактную силовую часть и меньше ступеней преобразования между сетью, резервными батареями и серверными стойками. В тесте разница между 98% у прототипа и примерно 96% у традиционной пары оборудования выглядит скромно, но с практической точки зрения это сокращение потерь примерно вдвое — заметная величина при непрерывной нагрузке в мегаватты.
Первые сценарии применения поэтому лежат ближе к потребителю, а не в центре национальной энергосистемы. Испытанный образец работает примерно на 15 000 вольт. Этого недостаточно для линий передачи, где напряжение исчисляется сотнями тысяч вольт, зато уровень подходит для промышленных объектов и крупных дата-центров. Именно на ЦОД сейчас ориентируются многие разработчики: там есть спрос, инвестиции и не требуется сразу решать самую сложную задачу — работу на сверхвысоком напряжении.
Стартап Heron Power в феврале привлёк 140 млн долларов на коммерциализацию своего устройства Heron Link. Основатель и CEO компании Дрю Баглино рассказал изданию, что компания готовит испытания с накопителями общей ёмкостью 10 МВт·ч в своей штаб-квартире в Скотс-Вэлли, Калифорния, а также планирует пилот с расположенной рядом солнечной электростанцией. Это ещё не серийный ответ на дефицит трансформаторов, но рынок уже финансирует проверку технологии там, где каждая потерянная единица площади и энергии быстро превращается в деньги.
Главный вопрос — надёжность. В силовой электронике больше компонентов и потенциальных отказов, чем в проверенной десятилетиями конструкции из стали и обмоток. Энергетики консервативны по уважительной причине: сбой в серверной неприятен, сбой в сети затрагивает города и предприятия. Если новые устройства подтвердят ресурс, ремонтопригодность и работу в аварийных режимах, твердотельные трансформаторы могут стать одним из недостающих слоёв между растущими ИИ-кластерами и сетями, спроектированными для куда более спокойного спроса. Подробности испытаний и планов участников приводит .
