ग्रिड को बदलने की जरूरत है.वाहनों से लेकर हीटिंग सिस्टम से लेकर स्टोवटॉप तक हर चीज को विद्युतीकृत करने के लिएअमेरिकी ग्रिड का लगभग 57% विस्तार होना चाहिएऔर अधिक लचीले भी बनें।सौर और पवन ऊर्जा नवीकरणीय ऊर्जा हैंभविष्य में स्वच्छ ऊर्जा ग्रिड पर हावी होने की सबसे अधिक संभावना है.लेकिन वे मुख्य रूप से दूरदराज के इलाकों में पाए जाते हैं, उन केंद्रों से दूर जिन्हें उनकी शक्ति की आवश्यकता होती है।

और यह एक समस्या है.आज की पारेषण प्रणाली को उस सभी दूरस्थ बिजली को ग्रहण करने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है।रेगिस्तान में विशेष रूप से धूप वाले दिन बिजली के फटने से ग्रिड में खराबी आ सकती है - छोटे ब्लिप जो फैल सकते हैं और आउटेज का कारण बन सकते हैं - या बिजली लाइनों पर ओवरलोड हो सकते हैं।

लेकिन क्या होगा अगर हम कहां और कैसे बेहतर नियंत्रण कर सकेंसौर ऊर्जाâया हमारी सारी ऊर्जा-वितरण प्रणाली के भीतर बहती है ताकि हम उस सारी शक्ति को संतुलित कर सकें?नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लेबोरेटरी (एनआरईएल), फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी और ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी के विशेषज्ञों की एक टीम यही करने के लिए काम कर रही है।

पिछले चार वर्षों में, टीम ने पूरी तरह से नई तरह की ग्रिड तकनीक का अध्ययन करने और उसे बेहतर बनाने के लिए एक टेस्टबेड बनाया, जो ग्रिड ऑपरेटरों को बिजली कैसे और कहां प्रवाहित होती है, इसे बेहतर ढंग से नियंत्रित करने में मदद कर सकती है।डिवाइस, जिसे बैक-टू-बैक मीडियम-वोल्टेज कनवर्टर कहा जाता है, यह उस तकनीक के वजन और लागत के एक अंश के साथ ऐसा कर सकता है जिसे वह प्रतिस्थापित कर सकता है।

एनआरईएल के एक शोधकर्ता बैरी माथेर ने कहा, "यह एक बिल्कुल नए प्रकार का उपकरण है जो उपयोगिता के लिए अपनी वितरण प्रणालियों को प्रबंधित करने का एक बिल्कुल नया रास्ता खोलता है।""यदि आपके पास सिस्टम के भीतर यह अतिरिक्त उपकरण हो तो वितरित ऊर्जा संसाधनों के बहुत उच्च स्तर को एक सर्किट पर रखा जा सकता है।"

माथेर इस परियोजना का नेतृत्व कर रहा है, जिसे आंशिक रूप से अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा वित्त पोषित किया गया था और इसे मध्यम-वोल्टेज सिलिकॉन कार्बाइड परियोजना या GADTAMS के लिए ग्रिड एप्लिकेशन डेवलपमेंट, टेस्टबेड और विश्लेषण के रूप में जाना जाता है।GADTAMS दिसंबर 2023 में समाप्त हो गया। लेकिन परियोजना की सफलताएं, जिसमें इन नवीन ग्रिड प्रौद्योगिकियों का अध्ययन और सुधार करने के लिए अपनी तरह का पहला प्रोटोटाइप और पूरी तरह कार्यात्मक परीक्षण शामिल है, अमेरिकी ग्रिड को विकसित करने में मदद कर सकती है।

मध्यम-वोल्टेज पावर कन्वर्टर्स के लाभ

मध्यम-वोल्टेज बिजली वह है जो आपकी खिड़की के बाहर बिजली लाइनों के माध्यम से पंप कर रही है - जब तक कि आप यूरोप में नहीं रहते।

माथेर ने कहा, "यू.एस. ग्रिड... ठीक है, यह थोड़ा अनोखा है।""हमारे पास जिसे मध्यम-वोल्टेज वितरण कहा जाता है, वह हमारे ग्राहकों के काफी करीब है।"

आज, ट्रांसफार्मर कहे जाने वाले ग्रिड उपकरण उस मध्यम-वोल्टेज बिजली को उच्च वोल्टेज में परिवर्तित करते हैं - ताकि यह उच्च गति वाली बिजली लाइनों पर ज़ूम कर सके - या कम वोल्टेज पर - ताकि यह सुरक्षित रूप से हमारे घरों में प्रवेश कर सके।

मान लीजिए कि एक पेड़ का अंग बिजली की लाइन पर गिर जाता है, जिससे पड़ोस की बिजली बंद हो जाती है।आज, एक उपयोगिता कर्मचारी पास की लाइन से बाधित लाइन में बिजली स्थानांतरित करने के लिए ट्रांसफार्मर में स्विच खोल और बंद कर सकता है और जब कर्मचारी पेड़ हटाते हैं तो कम से कम कुछ बिजली बहाल कर सकते हैं।

यह बहुत अच्छा है।लेकिन हम बेहतर कर सकते हैं.

ट्रांसफार्मर को बैक-टू-बैक कनवर्टर से बदलें और बिजली को स्वचालित रूप से पुनर्निर्देशित किया जा सकता है, जिससे आउटेज समय कम हो जाता है।साथ ही, ट्रांसफार्मर बोझिल होते हैं, थोड़े महंगे होते हैं, और, अस्थिर आपूर्ति श्रृंखलाओं के कारण, कुछ को आने में दो साल तक का समय लग सकता है।बैक-टू-बैक कन्वर्टर्स उन ट्रांसफॉर्मर-आधारित लो-वोल्टेज सिस्टम के आकार का लगभग पांचवां हिस्सा और वजन का दसवां हिस्सा होते हैं।

माथेर ने कहा, "अगर हम सीधे मध्यम-वोल्टेज रूपांतरण कर सकते हैं, तो हम प्रभावी ढंग से उस ट्रांसफार्मर से पूरी तरह छुटकारा पा सकते हैं।"

सत्ता की साझेदारी सिर्फ आपात स्थिति में ही फायदेमंद नहीं है।आज के कई छत पर लगे सौर पैनलों को पहले अपनी ऊर्जा को कम वोल्टेज में और फिर मध्यम वोल्टेज में परिवर्तित करना होगा।मध्यम-वोल्टेज कन्वर्टर्स के साथ, वह ऊर्जा एक अनावश्यक बाधा को पार कर सकती है।

माथेर ने कहा, "यह वितरण प्रणाली में सत्ता की मध्यस्थता की तरह है।""यह आपको वितरित संसाधनों, विशेष रूप से सौर ऊर्जा के बहुत सारे प्रभावों को कम करने की अनुमति देता है।"

संक्षेप में, मध्यम-वोल्टेज कन्वर्टर्स उपयोगिताओं को सुरक्षित रूप से नियंत्रित करने में मदद कर सकते हैं कि बिजली स्थानीय ग्रिड के माध्यम से कैसे और कहाँ चलती है।और यह भविष्य के स्वच्छ ऊर्जा ग्रिड को लचीला और विश्वसनीय बनाने में मदद कर सकता है।

मध्यम-वोल्टेज प्रौद्योगिकी का सुरक्षित रूप से अध्ययन करने वाला पहला परीक्षण बिस्तर

मध्यम-वोल्टेज कन्वर्टर्स अभी भी अपेक्षाकृत नई तकनीक हैं।इसका मतलब है कि उन्हें यह सुनिश्चित करने के लिए व्यापक परीक्षण से गुजरना होगा कि वे अमेरिकी पावर ग्रिड में पेश करने के लिए कुशल, किफायती और पर्याप्त सुरक्षित हैं।

लेकिन मध्यम-वोल्टेज उपकरणों का निर्माण या अध्ययन करना आसान नहीं है।

एनआरईएल के एक शोध इंजीनियर रामनाथन त्यागराजन (जिन्हें "राम" कहा जाता है) ने कहा, "स्टार्टअप, संचालन और शटडाउन प्रक्रियाओं के लिए चेकलिस्ट को लिखना और फिर से लिखना पड़ा।"

एनआरईएल की ऊर्जा प्रणाली एकीकरण सुविधा में, टीम ने बड़ी मेहनत से उस तरह की बिजली प्रणाली की प्रतिकृति का निर्माण किया जो उनके मध्यम-वोल्टेज कन्वर्टर्स से लाभ उठा सकती है।चालक दल के साथ-साथ प्रोटोटाइप की सुरक्षा भी टीम की सर्वोच्च प्राथमिकता थी।

पूरा परीक्षण बिस्तर, जो एक सिटी बस के आकार की जगह लेता है, एक काले बाड़ से घिरा हुआ है जो औसत आदमी जितना लंबा है (लेकिन लेब्रोन जेम्स से छोटा है)।अंदर, इंसुलेटेड तार कन्वर्टर्स से - जो कुछ-कुछ बुककेस की तरह दिखते हैं - ग्रे मेटल कैबिनेट में या अलमारियों के साथ साफ कॉइल में बैठते हैं।

टीम के अकादमिक साझेदारों ने एक प्रोटोटाइप बनाया: एक 10-किलोवोल्ट सिलिकॉन-कार्बाइड-आधारित पावर कनवर्टर जिसे इसके जुड़वां के साथ बैक टू बैक काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।जब शोधकर्ता प्रोटोटाइप को अपनी ग्रिड प्रतिकृति में प्लग करने के लिए तैयार थे, तो उन्होंने वोल्टेज को थोड़ा-थोड़ा करके बढ़ाया जब तक कि वे मध्यम-वोल्टेज रेंज तक नहीं पहुंच गए।प्रोटोटाइप इतना कीमती (और महंगा) था कि अत्यधिक शक्तिशाली बिजली के उछाल से इसके क्षतिग्रस्त होने का जोखिम नहीं था।

माथेर ने कहा, "हम 5 किलोवोल्ट रेंज तक पहुंच गए।""यह कोई बहुत बड़ी संख्या नहीं है, लेकिन यह किसी भी अन्य द्वारा संचालित संख्या से अधिक है।"

और यह काम कर गया.टीम तब देख सकती थी कि उनका सिस्टम-नियंत्रित बिजली प्रवाह कितनी अच्छी तरह से है और क्या उन्हें कोई बदलाव करने की आवश्यकता है।इसके बाद, वे अपने परीक्षण केंद्र को और अधिक शोध के लिए खोलने की योजना बना रहे हैं कि मध्यम-वोल्टेज उपकरण कैसे मदद कर सकते हैंग्रिडस्वच्छ ऊर्जा के दूसरे स्रोत के रूप में हाइड्रोजन को अपनाएँ या उस पर भरोसा करें।एनआरईएल टीम को मध्यम-वोल्टेज पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए समर्पित एक पूरी तरह से नई सुविधा में और भी उच्च वोल्टेज तक पहुंचने की उम्मीद है।

माथेर ने कहा, "सामान्य तौर पर मध्यम-वोल्टेज बिजली रूपांतरण का दिन तेजी से करीब आता दिख रहा है।""हम अधिक से अधिक एप्लिकेशन देखेंगे और अधिक से अधिक लोग इसमें रुचि लेंगे।

माथेर ने आगे कहा, "हम इस परीक्षण बिस्तर को पाकर बहुत खुश हैं - न केवल इस GADTAMS प्रोजेक्ट के लिए बल्कि भविष्य के लिए भी।""यह मूल रूप से मध्यम-वोल्टेज पावर इलेक्ट्रॉनिक्स विकास का घर है।"