Professor espera revolucionar transformadores de potência

Por mais de 100 anos, a tecnologia por trás das redes elétricas permaneceu basicamente a mesma. As usinas de energia geram corrente alternada (CA) que os transformadores "aumentam" para transmissão em longas distâncias e depois "descem" para uso em nossas casas, escritórios e ambientes industriais.

À medida que o mundo reduz o uso de combustíveis fósseis e as fontes de energia renováveis ​​se tornam mais prevalentes, o armazenamento de energia se tornará cada vez mais importante para uma entrega consistente e as baterias armazenam eletricidade como corrente contínua (CC).

Embora mais energia verde, como energia solar e eólica, sejam essenciais para combater as mudanças climáticas, obviamente há momentos em que o céu fica nublado, escuro ou calmo. A solução é armazenar energia extra durante a geração de pico e, em seguida, distribuir essa energia na rede conforme necessário posteriormente.

O advento de dispositivos semicondutores de energia com gap de banda larga levou a transformadores de estado sólido (SSTs) menores e mais leves. Eles são baseados em conversores bidirecionais AC-DC e DC-DC convencionais, no entanto, eles têm baixa eficiência, baixa confiabilidade e custo mais alto devido aos múltiplos estágios que envolvem muitos dispositivos de energia, resposta transitória lenta e filtros de entrada tão grandes e volumosos como os transformadores que pretendem eliminar.

O professor assistente Pritam Das - membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas Thomas J. Watson da Universidade de Binghamton - pesquisou vários aspectos da melhor integração de conversores bidirecionais AC-DC e DC-DC com isolamento galvânico de alta frequência com um objetivo de longo prazo de avançar significativamente a tecnologia SST.

“O armazenamento de energia como energia eletroquímica na forma de baterias de íons de lítio ou baterias de fluxo redox será uma das principais formas de mitigar a intermitência nesses tipos de sistemas de energia baseados em energia renovável”, disse Das.

Um Prêmio CAREER da National Science Foundation de cinco anos e $ 537.959 anunciado em abril dará a Das o financiamento para repensar como os SSTs são realizados e funcionam. Uma subvenção CAREER apoia professores em início de carreira que têm o potencial de servir como modelos acadêmicos em pesquisa e educação.

“Esses novos SSTs terão 25% menos componentes em comparação com o que é usado agora”, disse ele. "Eles também serão 40% mais densos em energia, 5% mais eficientes, cinco a seis vezes mais rápidos para resposta transitória, 30% mais baratos e compatíveis com padrões como IEEE 1547 [que regula como os sistemas de energia elétrica e os recursos de energia distribuídos, como vento e geradores solares estão conectados]. Com essas vantagens, os novos SSTs contribuem para a descarbonização da rede elétrica para um futuro mais sustentável."

Espera-se que as aplicações para sistemas de armazenamento de energia de bateria como parte da rede elétrica cresçam acima de 4.000 terawatts-hora nos EUA até 2030, e usar os novos SSTs desta pesquisa para integração de rede de sistemas de armazenamento de energia sozinho reduziria as perdas durante o fornecimento de energia. conversão para armazenamento de energia em cerca de 400 gigawatts-hora.

Por ocuparem menos espaço, os novos SSTs serão fundamentais para o transporte público em áreas urbanas usando ônibus elétricos, táxis elétricos de decolagem e aterrissagem vertical (VTOL) e outros veículos, data centers e outras aplicações onde o que Das chama de "boas velhos transformadores" são impossíveis de instalar.

"Você tem os benefícios de instalar sistemas de carregamento de veículos elétricos facilmente em locais congestionados, onde conectar um transformador de frequência de linha e mantê-lo é um grande aborrecimento", disse ele.

Das agradece a seus alunos agora formados por sua ajuda em sua pesquisa até agora: Sunil Dube, PhD '22, que ganhou o Distinguished Dissertation Award; e os pesquisadores de pós-doutorado do Watson, Kalyan Yenduri e Ramu Nair.

Para garantir que mais pessoas sejam treinadas em eletrônica de potência de ponta com base em sua pesquisa sobre SSTs, o Das 'CAREER Award inclui uma parceria com o SUNY Broome Community College e seu Departamento de Ciências da Engenharia para recrutar estudantes e profissionais para o campo, especialmente minorias sub-representadas e mulheres. Ele sabe que mais oportunidades estão à frente para aqueles que podem responder aos desafios das mudanças climáticas.