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中國(guó)鐵合金網(wǎng)訊：
一項(xiàng)支撐發(fā)電和電力消費(fèi)的技術(shù)不斷發(fā)展正在推高結(jié)合了硅、碳和電子金屬鎵的新型新型微芯片的需求。
愛丁堡大學(xué)電力電子學(xué)系主任斯蒂芬教授說(shuō)：“當(dāng)我們想到數(shù)字時(shí)代，我們通常會(huì)考慮通信和數(shù)據(jù)的處理以及執(zhí)行計(jì)算。但還有另一個(gè)重要領(lǐng)域，即功率控制。”芬尼說(shuō)。
連接不同國(guó)家電網(wǎng)的互連器、工廠、手機(jī)或單個(gè) LED 燈泡等龐大的系統(tǒng)都依賴于能夠控制、測(cè)量和轉(zhuǎn)換電力的微芯片系統(tǒng)。全球產(chǎn)生的能量中有 80% 以上通過(guò)某種電力電子設(shè)備。隱藏在網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施中以及設(shè)備和機(jī)器內(nèi)部，許多人不知道該技術(shù)。
“我們?cè)谝咔榉怄i期間吃的所有餅干面包都是使用電力電子設(shè)備制成的，”英國(guó)研究與創(chuàng)新挑戰(zhàn)總監(jiān)Will Drury說(shuō)。 “運(yùn)行機(jī)器的最有效且通常是唯一的方法是改變它接收的電力的數(shù)量和形式。數(shù)據(jù)中心消耗大量電力，需要電力電子設(shè)備來(lái)使它們能夠負(fù)擔(dān)得起運(yùn)行。”
手機(jī)是一個(gè)微型電源系統(tǒng)。直流電池由 50Hz 交流電網(wǎng)充電，不同的組件需要不同的電壓。
“如果您想知道為什么今天您的筆記本電腦或手機(jī)充電器的電源要小得多，那是因?yàn)槿藗冊(cè)谄渲袠?gòu)建電力電子設(shè)備方面做得更好。而且該設(shè)備未來(lái)將會(huì)有更多的變化，”芬尼說(shuō)。
1950 年代的電力主要來(lái)自旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)。通過(guò)控制燃料量和調(diào)節(jié)速度，它產(chǎn)生了一個(gè)固定頻率的交流電網(wǎng)。 “現(xiàn)在我們談?wù)摰氖乔д淄叩娘L(fēng)力發(fā)電和大量的光伏發(fā)電，”芬尼說(shuō)。 “我們需要從可用的能量中獲取最大量的能量。我們需要電力電子設(shè)備來(lái)連接海上風(fēng)電，并使用高壓直流電遠(yuǎn)距離傳輸電力，并連接國(guó)家電網(wǎng)進(jìn)行匯集，”他說(shuō)。
電力生產(chǎn)和消費(fèi)方式的改變將需要固態(tài)（半導(dǎo)體）變電站和變壓器以及傳遞信息和使用臨時(shí)存儲(chǔ)的智能電網(wǎng)。英國(guó)面臨的問(wèn)題在于它是進(jìn)口這項(xiàng)技術(shù)還是尋求制造一些自己的技術(shù)。
所有這些進(jìn)步也需要新材料。傳統(tǒng)上，硅用于電力電子設(shè)備，但隨著需求的增加，科學(xué)家和工程師開始尋找新材料——化合物半導(dǎo)體。在化合物半導(dǎo)體中，晶片由兩種或多種元素化學(xué)結(jié)合在超高純度晶格中制成。這種組合使得可以獲得一些重要的特性成為可能。碳化硅（硅與碳結(jié)合）和氮化鎵（鎵和氮）被稱為寬帶隙半導(dǎo)體。這意味著它們處理的電壓比硅高得多，這就是為什么它們對(duì)電力電子設(shè)備如此重要并且對(duì)不斷發(fā)展的電動(dòng)汽車行業(yè)至關(guān)重要。
“汽車半導(dǎo)體有很大的市場(chǎng)潛力，這就是我們需要繼續(xù)投資的原因，”德魯里說(shuō)。英國(guó)在電力電子領(lǐng)域有著悠久的歷史——威爾士的一家公司自 1970 年代以來(lái)一直在制造工業(yè)驅(qū)動(dòng)器——連接到電機(jī)的電力電子轉(zhuǎn)換器。
英國(guó)政府于2011年啟動(dòng)了一項(xiàng)電力電子戰(zhàn)略，著眼于關(guān)鍵增長(zhǎng)領(lǐng)域，隨后于 2019 年 8 月啟動(dòng)了“驅(qū)動(dòng)電氣革命挑戰(zhàn)”，并由工業(yè)戰(zhàn)略挑戰(zhàn)基金提供了 8000 萬(wàn)英鎊（1.1 億美元）的資金。目標(biāo)是使英國(guó)成為支持電氣化的核心技術(shù)制造領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者——電力電子、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器 (PEMD)，并加速供應(yīng)鏈發(fā)展。
迄今為止，該基金已在四個(gè)工業(yè)化中心投資了 3300 萬(wàn)英鎊，旨在通過(guò)使企業(yè)和研究人員能夠開發(fā)和擴(kuò)展新的 PEMD 技術(shù)和制造工藝來(lái)支持英國(guó)的研究和開發(fā)。它還為 40 多個(gè)項(xiàng)目提供了約 4,000 萬(wàn)英鎊的資金，從風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)到船舶電力推進(jìn)，從農(nóng)用車輛的電動(dòng)輪轂電機(jī)到核冷卻系統(tǒng)組件。
零碳排放目標(biāo)
“電力電子是一場(chǎng)應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的電力消耗的競(jìng)賽，”德魯說(shuō)。 “如果沒(méi)有電力電子，我們就無(wú)法實(shí)現(xiàn)凈零碳排放，”他說(shuō)。
電力電子是未來(lái)的技術(shù)。隨著所有行業(yè)都在努力提高能源效率并減少二氧化碳排放，電力電子將發(fā)揮關(guān)鍵作用。
內(nèi)容來(lái)源：阿格斯金屬
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