Inginerii din Germania, Japonia şi Coreea de Sud concurează pentru crearea de transformatoare de mare putere cu stare solidă, adaptate pentru centrele de date

În lumea producătorilor de baterii tehnologia cu stare solidă e una care stă în vizor activ de mulţi ani, cu sute de echipe care tind spre ea. Dar în industria transformatoarelor de mare putere tehnologia cu stare solidă există de mai mult timp ca un produs foarte nişat, de puteri mai reduse, şi abia în ultimul an s-au pornit procese remarcabile. În toamna anului 2025, scriam despre o schimbare enormă anunţată ce cele mai mari companii din industria centrelor de date, iniţiată de NVIDIA şi susţinută imediat de ABB şi Hitachi Energy. Acea schimbare presupunea trecerea centrelor mari de date la reţele interne cu curent continuu la 800V, în loc de curentul alternativ de tensiune mai joasă de azi, fapt care ar elimina multe componente electrice din sistemul intern şi ar reduce grosimea conductoarelor şi pierderile, datorită tensiunii mai mari. E exact ca şi la maşinile electrice care folosesc 800V în loc de 400V — acestea au pierderi mai mici prin căldură şi pot accepta puteri mai mari prin cabluri mai mici şi mai uşoare, or, cu o tensiune mai mare se poate asigura aceeaşi putere finală dorită la o intensitate de două ori mai mică a curentului. În centrele de date moderne, cu puteri de sute de megawaţi per edificiu adeseori sau chiar de gigawaţi la nivel de campus, orice 1-2% de pierderi în energie pot însemna zeci de milioane economisite, iar o asemenea schimbare economiseşte enorm şi în materialele construcţiei iniţiale ale reţelei. Ei bine, acum inginerii din Germania pe de o parte, de la Siemens şi Reinhausen, cei din Japonia pe de altă parte, de la Hitachi Energy, şi cei din Coreea de Sud, de la Hyosung, concurează intens pentru crearea de noi transformatoare de mare putere cu stare solidă, adaptate pentru centrele de date.

În primul rând, trebuie să clarificăm din start noţiunea de stare solidă la un transformator, abreviată drept SST, pentru că logica e diferită de cea din cazul bateriilor. La baterii e absolut clar — starea solidă înseamnă lipsa electrolitului lichid şi înlocuirea lui cu unul solid, cu păstrarea şi a electrozilor în stare solidă, astfel încât bateria finală nu mai are lichid în ea. La transformatoare, chiar dacă multe din cele clasice au ulei dielectric, starea solidă nu înseamnă direct lipsa lichidului, ci înlocuirea câmpurilor magnetici care oscilează la trecerea de la o bobină în alta prin componente electronice statice. Logica e mai apropiată aici de cea a hard-discurilor, când cele SSD, adică „discuri cu stare solidă” au memorie prin componente electronice statice în locul discurilor care se rotesc mecanic şi sunt „citite” de un cap optic.

În cazul inginerilor Hitachi Energy, trebuie să precizăm că acolo există ingineri din Japonia, dar sunt la fel de mulţi din Elveţia şi Suedia, or, compania îşi are sediul actual în Zurich şi e moştenitoarea fostei ABB Power Grids. Şi nu în zadar Hitachi Energy şi ABB au fost printre primele care şi-au anunţat suportul pentru decizia de a trece la 800V — ABB în forma sa actuală are o experienţă enormă cu sistemele electrice ale centrelor de date şi toate componentele lor de arhitectură internă, iar şeful ABB recunoştea de curând că de la centrele de date vine cea mai mare creştere. Hitachi Energy e un mare producător de transformatoare convenţionale şi convertoare VSC cu semiconductori de mare putere, iar pe partea de stare solidă a moştenit elaborările ABB încă de acum 15 ani, când elveţienii şi suedezii intuiau ceste tendinţe viitoare. Prin urmare, acum inginerii Hitachi Energy muncesc intens pentru a creat transformatoare cu stare solidă adaptate centrelor de date şi reţelelor de 800V DC, după specificaţiile exacte necesare.

În cazul inginerilor germani, Siemens e un mare producător de transformatoare, iar Reinhausen e un producător de componente electrice cu o istorie de peste 100 ani, folosite în transformatoare, în special OLTC, care permit modificarea dinamică a raportului de transformare fără întreruperea alimentării şi asigură funcţii de stabilizare avansate. Reinhausen spune că 50% din electricitatea mondială trece prin cel puţin un component de-al său. Iar Siemens e un concurent direct în transformatoare şi convertoare HVDC cu Hitachi Energy.

Foto: Componentre Reinhausen

Compania sud coreeană Hyosung poate fi mai puţin cunoscută pentru noi, dar specializarea lor e foarte similară, cu diferenţa că sunt prezenţi mai mult în zona Asiei. Şi aceştia produc transformatoare şi convertoare şi au o istorie de peste 50 de ani.

Ei bine, de ce ar avea nevoie centrele de date de transformatoare cu stare solidă SST şi ce beneficii le poate aduce această tehnologie? E întrebarea cheie, probabil, care ne va ajuta să înţelegem de ce se duce această concurenţă acerbă. Însă pentru a răspunde, trebuie să înţelegem cum funcţionează cele clasice.

Transformatoarele clasice au o construcţie izbitor de simplă în esenţă, cu bobine atent dimensionate în jurul unui miez magnetic, astfel încât curentul de intrare, indus în înfăşurarea primară, e translat în câmp magnetic care e indus în cea secundară şi transpus în electricitate de tensiune finală dorită, raportul de transformare depinzând de raportul dintre numărul de spire a celor două bobine. O construcţie simplă şi durabilă, cu randament de 98-99%, care poate funcţiona 30-40 ani şi mai mult.

Într-un centru de date, un asemenea transformator preia tensiunea de intrare şi o ajustează la parametrii doriţi, spre exemplu de 480V cu curent alternativ AC. E nevoie apoi de redresor UPS, eventual de o baterie, un alt invertor UPS, distribuţie pe rack-uri, iar fiecare server mai are un transformator propriu care transformă curentul AC în DC. Logica anunţului din toamna trecută era ca reţeaua locală să conţină deja DC de 800V, astfel încât conversia să fie făcută o dată mai eficient, nu de fiecare server în parte, iar utilajul care ar face conversia ar trebui să poată stabiliza dinamic sarcina, or, mii de procesoare grafice GPU conectate în grupuri unison încep a da efectul „soldaţilor pe pod”, care păşesc în unison şi pod distruge podul prin această sincronizare. Exact aşa şi reţeaua poate fi solicitată în micro cicluri cu variaţii mari.

Un transformator SST ar putea face exact asta, folosind semiconductoare de mare putere. Logica e similară cu transformatoarele VSC de curent continuu de la parcurile eoliene, unde dotarea or cu semiconductoare a fost impusă de lipsa unei frecvenţe de referinţă, iar prin semiconductoare se pot asigura cei 50 Hz sau 60 Hz doriţi prin generarea impulsurilor corecte la timpul potrivit.

În cazul transformatoarelor SST, tensiunea de intrare e împărţită în mai multe module fiind transformată în curent continuu, iar semiconductoarele o transformă din nou în AC, dar la o frecvenţă mare, de zeci de kHz, aici având loc transformarea de tensiune cu componente mai mici şi mai simple, după care are loc o nouă conversei în DC la tensiunea dorită, stabilizată de semiconductori. E oarecum bizară tehnologia, pentru că presupune mai multe conversii din AC în DC şi invers, iar asta reduce din eficienţă, în loc de cei 98-99% de la un transformator clasic obţinându-se 96-98%. Inginerii abia muncesc acum să se poată apropia de 99%.

Foto: Transformator SST de dimensiune mică

Şi de ce şi-ar dori atunci centrele de date aceste transformatoare, dacă ele sunt uşor mai ineficiente decât cele clasice? Pentru că ele elimină nevoia de următoarele componente din reţea, care ar fi generat pierderi adiţionale, iar per ansamblu un transformator SST poate avea semnificativ mai puţine pierderi la nivelul întregii reţele din centrul de date. Pe lângă asta, el asigură exact acea funcţie dorită de stabilizare a reţelei, atât a celei interne, cât şi a sarcinii puse pe reţeaua naţională, dacă centru e conectat la ea, sau la reţeaua locală a campusului. Şi un asemenea transformator poate livra exact cei 800V doriţi, gata să intre direct în serverele de mare putere.

Şi cum piaţa centrelor de date e una imensă acum, într-o dezvoltare galopantă e clar de ce aceste companii cu experienţă uriaşă muncesc de zor la cele mai eficiente soluţii posibile. Hitachi Energy a anunţat clar că pregăteşte soluţii superbe pentru aceste transformatoare, amintind despre experienţa sa încă de dinainte ca inteligenţa artificială şi centrele de date să devină industria de azi. Dar Hitachi Energy nu a dat cifre şi parametri exacţi despre ceea ce dezvoltă.

După asta, acum câteva săptămâni, Siemens şi Reinhausen şi-au anunţat public dezvoltarea de transformatoare SST pe care o derulează şi au dat cifre mult mai intrigante. Aceştia dezvoltă transformatoare care să poată accepta până la 36 kV tensiune de intrare, ceea ce e foarte relevant în SUA, întrucât ar permite cuplarea transformatoarelor direct la reţele electrice de tensiune înaltă. Marele parametru-cheie e tensiunea mare de intrare acum, urmată de randament, or, cu cât mai mare e tensiunea de intrare acceptată, cu atât mai mare e treapta reţelei electrice la care poate fi conectat centrul de date şi transformatorul, eliminând nevoie de alte transformatoare pentru a aduce întâi tensiunea la o valoare mai mică de intrare. Şi orice etapă eliminată din circuit e o eliminare de pierdere. Iar în SUA standardul de 34,5 kV e unul folosit des către cele mai mari obiecte industriale. Prin urmare inginerii germani intră deodată în pâine cu parametri exact calibraţi pe specificul reţelelor din SUA, mai ales că transformatorul lor acceptă orice standard mai mic, de până la 36 kV, deci e super universal.

Şi chiar dacă multe centre de date au producţie proprie de electricitate, cu centrale proprii, în mare parte şi ele pot folosi componente de standardizare şi trepte standardizate de transformare. Astfel, dacă vorbim de turbine de gaz mai mici, ele ar putea livra direct puterea în aceşti parametri de tensiune. Iar la centrale foarte mari ar putea exista o singură treaptă anterioară de transformare.

După anunţul germanilor, sud coreenii au anunţat că lucrează la adaptarea unui transformator cu stare solidă pe care l-au lansat iniţial în 2022, dar încă nu l-au plasat în producţie, în mare parte din cauza faptului că acesta era calibrat să accepte 22,9kV tensiune de intrare, adaptată la standardul reţelelor sud-coreene. Dacă Hyusoung ar livra asemenea transformatoare SST în SUA, ar fi nevoie de încă un transformator până la el, pentru a-i coborî tensiunea. Suntem convinşi, însă, că adaptarea despre care vorbesc sud-coreenii exact asta înseamnă — adaptarea tensiunilor. E curios că transformatorul sud-coreean e gândit modular în boxe a câte 1,05 MW putere, ceea ce poate fi cam puţin pentru centrele de date mari, întrucât ar necesitate distribuţie spre multiple asemenea transformatoare.

Aşadar, germanii par deocamdată cei mai avansaţi şi bine ţintiţi în ceea ce elaborează. Despre elveţienii, suedezii şi japonezii de la Hitachi nu ştim deocamdată parametrii exacţi, dar putem fi convinşi că şi cei de acolo ştiu bine ce fac. Iar sud-coreeni par că au pierdut 4 ani cu o elaborare pe care o aveau şi abia acum s-au pus pe jar să o recalibreze şi să intre şi ei pe deplin în această nişă nouă tehnologică.