Vituo vya data vinasubiri hadi miaka mitano kupata transfoma. Suluhisho lenye ufanisi wa 98% linaibuka

Muda wa kusubiri transfoma kubwa za kawaida unarefuka hadi miaka mitano, kulingana na Benjamin Boucher, mchambuzi wa mnyororo wa ugavi katika Wood Mackenzie. Hizi ndizo vifaa vinavyohitajika kuunganisha mitambo mipya ya kuzalisha umeme, njia za usafirishaji wa umbali mrefu, na maeneo yenye mahitaji makubwa ya umeme kama vituo vya data (data centers). "Transfoma zimekuwa moja ya vikwazo vikubwa zaidi kwa kampuni za huduma za umeme, watengenezaji wa uzalishaji wa umeme, na hata vituo vya data," anasema. Ripoti iliyochapishwa leo na MIT Technology Review inaeleza njia moja inayowezekana ya kukwepa foleni hiyo: transfoma za solid-state, ambazo hubadilisha sehemu kubwa ya chuma na shaba na semiconductors (vifaa vya kielektroniki vinavyopitisha umeme kwa udhibiti).

Jinsi kifaa cha karne moja kinavyofanya kazi

Umeme hupoteza nishati kidogo kama joto unaposafiri. Kadiri volti inavyokuwa juu, ndivyo mkondo unavyopungua, na ndivyo upotevu unavyopungua. Kwa hiyo gridi huongeza volti karibu na mtambo wa kuzalisha umeme na kuipunguza tena karibu na nyumbani kwako. Katika mfano wa Marekani unaotolewa na chanzo, umeme wa jua unaweza kutoka kwenye inverter (kifaa kinachobadilisha DC kuwa AC) ukiwa na volti 480, ukapanda hadi volti 115,000 kwa usafirishaji, kisha kushuka hadi volti 120 na 240 kwenye soketi.

Transfoma ya kawaida hufanya hivi kwa kutumia koili za waya wa shaba pande zote mbili za kiini cha chuma maalum. Mkondo kwenye koili ya kwanza huunda uwanja wa sumaku kwenye kiini, ambao huleta volti kwenye koili ya pili. Uwiano wa mizunguko kati ya koili hizo mbili huamua kama volti inapanda au inashuka. Muundo huu umebadilika kidogo sana kwa karibu karne moja, na ni mkubwa, mzito na mgumu kubadilisha, anasema Srdjan Lukic wa Chuo Kikuu cha North Carolina State.

Kinachobadilika kwenye toleo la solid-state

Transfoma ya solid-state kwanza hubadilisha umeme wa AC unaoingia kuwa DC, kisha kuwa AC ya masafa ya juu, kwa kutumia swichi zilizotengenezwa kwa semiconductor kama silicon carbide. Kipengele cha sumaku hubadilisha volti, na vifaa zaidi vya kielektroniki vya nguvu hubadilisha pato kuwa umbo linalohitajika, kwa kawaida DC kisha AC ya masafa ya chini.

Masafa ya juu ndiyo ufunguo. Yanaruhusu kiini cha sumaku kupungua ukubwa, wakati mwingine hadi karibu moja ya kumi ya ukubwa kwa uwezo uleule, anasema Lukic. Kifaa pia hudhibiti masafa na uthabiti wa mkondo badala ya kufuata gridi tu, na hufanya kazi ya rectifiers na inverters tofauti, hivyo kupunguza eneo lote linalohitajika na vifaa.

Mwezi Agosti, New York Power Authority na Electric Power Research Institute zilijaribu kifaa cha megawati moja, kilichojengwa katika maabara ya Lukic, katika mazingira halisi ya kampuni ya huduma za umeme. Lukic anasema kifaa cha majaribio kilikuwa na ufanisi wa takriban 98%, ikilinganishwa na takriban 96% kwa mchanganyiko wa transfoma ya kawaida na rectifier. Hilo hupunguza upotevu kwa nusu, anasema. Kumbuka kwamba chanzo cha takwimu hii ni mjenzi wa kifaa chenyewe.

Maana Yake kwa Biashara na Watu

Matumizi ya karibu ni ndani ya vituo vya data, kusambaza umeme kwenye rafu za seva. Watengenezaji wanazingatia huko kwa sababu fedha zinamiminika na mahitaji ya volti ni ya chini. Heron Power ilikusanya dola milioni 140 mwezi Februari ili kuuza kibiashara Heron Link yake, na inasema inaanza majaribio makubwa zaidi, yakiwemo megawati-saa 10 za betri kwenye makao yake makuu ya Scotts Valley, California, na majaribio yaliyopangwa kwenye shamba la umeme wa jua. Inajenga kiwanda cha dola milioni 100 California ambacho inasema kitaanza uzalishaji mwaka 2027 na kufikia gigawati 40 za transfoma kwa mwaka 2029.

Mipaka ina umuhimu. Kifaa cha majaribio kilichopimwa hufanya kazi kwa takriban volti 15,000. Njia za usafirishaji hufanya kazi kwa mamia ya maelfu ya volti, na vifaa vya volti ya juu vya kuunganisha mitambo ya kuzalisha umeme bado ni kile Lukic anakiita "holy grail" (lengo kuu lisilofikiwa bado). Teknolojia ya solid-state iliyopo haiwezi kuvihudumia bado. Kwa hiyo foleni ya miaka mingi ya transfoma kubwa zaidi za kawaida haitaisha hivi karibuni.

Maswali Unayopaswa Kujiuliza

• Ikiwa mradi wako unahitaji muunganisho wa volti ya juu, ni mahitaji gani ya transfoma ambayo kifaa cha solid-state kinaweza kutimiza leo, ikizingatiwa kuwa kifaa cha majaribio kilichopimwa hufanya kazi kwa takriban volti 15,000?
• Rekodi ya kushindwa kufanya kazi nje ya jaribio moja ikoje? Vifaa vya kielektroniki vya nguvu vina njia nyingi zaidi za kushindwa kuliko transfoma za kawaida, kwa hiyo ni vifaa vingapi, kwa saa ngapi, vinavyounga mkono madai ya kuaminika?
• Heron inasema muundo wake wa moduli huendelea kufanya kazi pale sehemu moja inaposhindwa. Nani amethibitisha hilo, na nini hutokea kwa mzigo wako wakati moduli iliyoshindwa inabadilishwa?
• Je, ufanisi wa 98% unashikilia kwa mzigo wa sehemu na kwa mwaka mzima, au ni katika mpangilio wa majaribio tu ulioendeshwa na maabara ya Lukic?
• Kiwanda cha Heron kinakadiriwa kuanza 2027 na kufikia kasi kamili 2029. Ni tarehe gani za uwasilishaji na adhabu ambazo muuzaji atakubali kuandika kwenye mkataba?

Cha Kufuatilia Baadaye

Fuatilia maonyesho ya kwanza ya transfoma ya solid-state juu zaidi ya volti 15,000, na majaribio ya Heron ya betri na shamba la umeme wa jua kutoa matokeo. Ushahidi kwamba teknolojia hii inaweza kufikia volti za kiwango cha usafirishaji, au kwamba kiwanda cha Heron kinaanza uzalishaji mwaka 2027 kama ilivyopangwa, ungeonyesha kama hii inapunguza kikwazo au inabaki ndani ya vyumba vya vifaa vya vituo vya data.