Profesor espera revolucionar transformadores de potencia

Durante más de 100 años, la tecnología detrás de las redes eléctricas se ha mantenido prácticamente igual. Las centrales eléctricas generan corriente alterna (CA) que los transformadores "intensan" para la transmisión a largas distancias y luego "reducen" para su uso en nuestros hogares, oficinas y entornos industriales.

A medida que el mundo reduce el uso de combustibles fósiles y las fuentes de energía renovables se vuelven más frecuentes, el almacenamiento de energía será cada vez más importante para un suministro constante, y las baterías almacenan electricidad como corriente continua (CC).

Si bien una mayor cantidad de energía verde, como la energía solar y eólica, es clave para combatir el cambio climático, obviamente hay momentos en los que el cielo está nublado, oscuro o en calma. La solución es almacenar energía adicional durante la generación pico y luego distribuir esa energía a la red según se necesite más adelante.

El advenimiento de los dispositivos semiconductores de potencia de banda ancha condujo a transformadores de estado sólido (SST) más pequeños y livianos. Sin embargo, se basan en convertidores bidireccionales AC-DC y DC-DC convencionales, por lo que tienen baja eficiencia, poca confiabilidad y mayor costo debido a las múltiples etapas que involucran muchos dispositivos de potencia, respuesta transitoria lenta y filtros de entrada que son tan grandes y voluminosos. como los transformadores que pretenden eliminar.

El profesor asistente Pritam Das, miembro del cuerpo docente del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Thomas J. Watson de la Universidad de Binghamton, ha investigado varios aspectos de una mejor integración de convertidores bidireccionales de CA-CC y CC-CC con aislamiento galvánico de alta frecuencia. con el objetivo a largo plazo de hacer avanzar significativamente la tecnología SST.

"El almacenamiento de energía como energía electroquímica en forma de baterías de iones de litio o baterías de flujo redox será una de las principales formas de mitigar la intermitencia en este tipo de sistemas de energía basados ​​en energías renovables", dijo Das.

Un premio CAREER de la Fundación Nacional de Ciencias de cinco años y $ 537,959 anunciado en abril le dará a Das los fondos para repensar cómo se realizan y funcionan los SST. Una subvención CAREER apoya a los profesores de carrera temprana que tienen el potencial de servir como modelos académicos a seguir en investigación y educación.

“Estos nuevos SST tendrán un 25% menos de componentes en comparación con los que se usan ahora”, dijo. "También serán un 40 % más densos en energía, un 5 % más eficientes, de cinco a seis veces más rápidos para respuesta transitoria, un 30 % más baratos y cumplirán con estándares como IEEE 1547 [que regula cómo los sistemas de energía de servicios públicos y los recursos de energía distribuidos como el viento y se conectan generadores solares]. Con estas ventajas, los nuevos SST contribuyen a la descarbonización de la red eléctrica para un futuro más sostenible”.

Se espera que las aplicaciones para los sistemas de almacenamiento de energía en baterías como parte de la red eléctrica crezcan por encima de los 4000 teravatios-hora en los EE. conversión para el almacenamiento de energía en unos 400 gigavatios-hora.

Debido a que ocupan menos espacio, los nuevos SST serán clave para el transporte público en áreas urbanas que utilizan autobuses eléctricos, taxis eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) y otros vehículos, centros de datos y otras aplicaciones en las que Das llama "buenos transformadores viejos" son imposibles de instalar.

"Tiene los beneficios de instalar fácilmente sistemas de carga de vehículos eléctricos en lugares congestionados, donde conectar un transformador de frecuencia de línea y mantenerlo es una gran molestia", dijo.

Das agradece a sus estudiantes ahora graduados por su ayuda en su investigación hasta el momento: Sunil Dube, PhD '22, quien ganó el Distinguished Dissertation Award; y los becarios de investigación postdoctoral de Watson Kalyan Yenduri y Ramu Nair.

Para garantizar que más personas reciban capacitación en electrónica de potencia de última generación en función de su investigación sobre SST, el premio CAREER de Das incluye una asociación con SUNY Broome Community College y su Departamento de Ciencias de la Ingeniería para reclutar estudiantes y profesionales en el campo. especialmente las minorías subrepresentadas y las mujeres. Sabe que se avecinan más oportunidades para quienes puedan responder a los desafíos del cambio climático.

"Para la subvención, describí mi camino de investigación durante cinco años y luego al menos 10 años más allá de esos primeros cinco años", dijo. "Esto abre más investigaciones y posibilidades de más financiamiento en el futuro de diferentes agencias. Ya he tenido algo de apoyo del estado de Nueva York y del Departamento de Energía de EE. UU., también mientras trabajaba en proyectos de demostración y aplicados con la industria. Espero que esto la investigación dará como resultado más inversiones en el trabajo que estamos haciendo aquí y también atraerá socios de comercialización que incorporen nuestra tecnología SST en sus productos implementados en el campo".