ابتكار مادي اختراق: كيف أن المحولات الجافة من النوع الجاف غير المتبلور يعيد تشكيل مستقبل كفاءة الطاقة

في ظل الضغوط المزدوجة لأهداف حياد الكربون وارتفاع تكاليف الطاقة ، يستمر الطلب في صناعة الطاقة على معدات عالية الكفاءة وتوفير الطاقة. محول من النوع الجاف غير المتبلور أصبحت تقنية رئيسية لتحسين كفاءة الطاقة في المجالات الصناعية والتجارية من خلال علوم المواد الثورية والتصميم الهيكلي.

1. ثورة المواد: الخصائص الفيزيائية للسبائك غير المتبلورة
السبائك غير المتبلور (المعروفة أيضًا باسم الزجاج المعدني) هي مواد سبيكة مع ترتيب ذري مضطرب للغاية. تعمل عملية التصنيع على ترسيخ المعادن المنصهرة من خلال تقنية التبريد فائقة السرعة لتجنب تكوين التركيب البلوري لألواح السيليكون التقليدية. هذه الميزة تمنحها فقدان التباطؤ منخفض للغاية وخسارة التيار الدوامة. توضح البيانات التجريبية أن خسارة عدم التحميل في النوى غير المتبلورة أقل بنسبة 60 ٪-80 ٪ من محولات الصلب السيليكون التقليدية ، وأن فقدان عدم التحميل يمثل أكثر من 30 ٪ من إجمالي استهلاك الطاقة للمحول طوال دورة حياته.

2. أداء كفاءة الطاقة: ميزة التكلفة طوال دورة الحياة
تعتمد المحولات التقليدية التي تُعرف بالزيت على عزل زيت التبريد ، والتي لها مخاطر تسرب وتكاليف الصيانة المرتفعة. تستخدم المحولات غير المتبلورة من النوع الجاف تقنية تغليف راتنجات الايبوكسي ، ولا تتطلب وسائط التبريد ، ولديها أعلى أمان وحماية بيئية. إلى جانب خصائص فقدان الحمل المنخفضة للغاية ، فإن هذا النوع من المحولات يعمل بشكل جيد بشكل خاص في السيناريوهات التالية:

سيناريوهات تقلب الحمل العالية: مثل مراكز البيانات والمجمعات التجارية والأماكن الأخرى التي يلزم تعديل الحمل المتكرر ، فإن فقدان عدم التحميل المنخفض لمحولات السبائك غير المتبلورة يمكن أن يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة غير الفعال خلال ساعات غير الذروة.

سيناريوهات التشغيل المستمرة على مدار 24 ساعة: مثل المستشفيات ، ومصانع أشباه الموصلات ، وما إلى ذلك ، يمكن أن تصل فواتير الكهرباء المحفوظة في دورة حياتها بأكملها (عادة 20-30 عامًا) إلى 2-3 أضعاف تكلفة الشراء الأولية.
أشار تقرير الوكالة الدولية للوكالة (IEA) إلى أنه إذا تم استبدال 10 ٪ من محولات التوزيع في العالم بأنواع السبائك غير المتبلورة ، فإن تخفيض الانبعاثات السنوي يعادل 120 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون ، وهو ما يعادل الانبعاثات السنوية التي تبلغ 30 مليون سيارة وقود.

3. الاستقرار في الصف الصناعي والفوائد الاقتصادية
لا يزال بإمكان المحولات الجافة من النوع الجاف غير المتبلور الحفاظ على تشغيل فعال في البيئات القاسية. يمكن أن تصمد خصائصها المضادة للتشبع المادية على تحمل التيارات الزائدة الفورية ، في حين أن التصميم المقاوم للدرجات الحرارة العالية (عزل الفئة H) يدعم عملية مستقرة في نطاق -25 درجة مئوية إلى 180 درجة مئوية. أخذ مصنع للسيارات الأوروبي كمثال ، بعد استبدال محولات السبائك غير المتبلور ، تم تخفيض نفقات فاتورة الكهرباء السنوية بنسبة 18 ٪ ، وتم تخفيض تكاليف صيانة المعدات بنسبة 40 ٪ ، وكانت فترة استرداد الاستثمار 3.5 سنة فقط.

4. الترويج المزدوج للسياسات والأسواق
شملت العديد من الدول في جميع أنحاء العالم محولات سبائك غير متبلورة في نطاق إعانات ترقية كفاءة الطاقة. على سبيل المثال ، تتطلب "خطة تحسين كفاءة الطاقة المحول في الصين" أن يكون خسارة عدم التحميل لمحولات التوزيع التي تم شراؤها حديثًا تلبية معيار كفاءة الطاقة من المستوى الأول ، وأن السبائك غير المتبلورة هي واحدة من المسارات التقنية القليلة التي تلبي هذا المطلب. في الوقت نفسه ، يمنح عمالقة التكنولوجيا مثل Google و Apple أولوية لاستخدام مثل هذه المحولات عند إنشاء مراكز بيانات جديدة للوفاء بالتزامهم بالطاقة المتجددة بنسبة 100 ٪.

5. التوقعات المستقبلية: من الاختراق التكنولوجي إلى الحلقة المغلقة البيئية
من خلال تحسين عملية إنتاج قطاع السبائك غير المتبلور (مثل تقنية اللف المستمرة لـ Hitachi Metals) ، انخفضت تكلفة التصنيع الخاصة بها بنسبة 35 ٪ مقارنة بعشر سنوات ، وتسريع تطبيق واسع النطاق. تتنبأ الصناعة أنه بحلول عام 2030 ، سيزداد معدل تغلغل محولات السبائك غير المتبلور في سوق توزيع الطاقة العالمي من 15 ٪ إلى 40 ٪ ، ليصبح مكونًا أساسيًا في الشبكة الذكية والأنظمة الصغيرة .