Artikkel

Smartere strømnett med nytt materiale

Viktor Bobal
Senioringeniør Viktor Bobal ser ned i den rekordstore silisium-skiva. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO Bruk bildet.

Smartere strømnett med nytt materiale

Nytt EU-prosjekt med budsjett på 870 millioner kroner skal effektivisere energibruk.

Har du noen gang fundert på hvordan strømnettet vårt fungerer? Hvis det ikke er del av jobben din, har du sikkert ikke det. Men nå foregår det en revolusjon i hvordan vi produserer, transporterer og ikke minst bruker strøm.

Vi lader laptoper, telefoner og elsykler; kobler til Teslaer, TGVer og induksjonstopper - og installerer solcelleanlegg og vindturbiner i et forrykende tempo. 

Moderne strømnett

– Økt fornybar energiproduksjon er krevende for strømnettet siden den er relativt uforutsigbar og veldig variabel, sier Ole Jakob Sørdalen i det norske firmaet Eltek.

Dessuten er fornybar elektrisitetsproduksjon ofte distribuert, noe som kan medføre at strømretningen i nettet til tider kan gå motsatt vei enn ved tradisjonell, sentralisert produksjon.

Laster med høye effekt-topper, som induksjonsovner og hurtigladere for elbiler, er også krevende for nettet.

Powerbase

Prosjektet skal utvikle ny, energieffektiv kraftelektronikk, som dekker hele verdikjeden fra råmaterialer via pilot-produksjonslinje til demonstrasjon av anvendelser.

PowerBase-konsortiet består av 40 partnere og koordineres av Infineon Technologies i Østerrike. Fra Norge deltar UiO og Eltek.

Prosjektets budsjett er på 91 millioner Euro over 3 år. PowerBase er finansiert gjennom EUs Horisont 2020. Finansieringen er en blanding av offentlige og private midler. EU dekker knapt halvparten av kostnadene. For UiOs og Elteks del bidrar Forskningsrådet med toppfinansieringen.

Smartere strømomformere vil, sammen med energilagring, kunne gi den fleksibiliteten som trengs i moderne strømnett.

– Men det er viktig at omformerne har lav kostnad og er effektive, understreker Sørdalen.

– Selv om Eltek har ledet an utviklingen av høy-effektive strømomformere for telekom-industrien, er det fortsatt potensiale for å bedre virkningsgraden ytterligere.

– Med telekom og datasentre som sterkt voksende forbrukere av strøm, vil derfor høy virkningsgrad i strømomformerne få stor betydning for energieffektiviseringen i samfunnet, sier Sørdalen.

«GaN-på-Si»

– Målet vårt er å redusere tapet med 80-90 prosent, forteller Bengt G. Svensson, professor ved UiO. Det tilsvarer å kutte elektrisitetsproduksjonen med 10-15 prosent.

Bengt Svensson
Bengt Svensson har store forventninger til prosjektet. Hilde Lynnebakken/UiO

UiO deltar sammen med Eltek i gigantprosjektet PowerBase, et 3-årig, europeisk prosjekt som styres av Infineon.

PowerBase skal lage elektroniske komponenter basert på silisium dekket med galliumnitrid, GaN. Eller GaN-på-Si.

Det er grunnleggende egenskaper som gjør det nye materialet mer egnet. Svensson gir et eksempel:

– Ta en 1 centimeter lang bit av silisium. Over den kan du sette en spenning på 100.000 volt før den bryter sammen. En tilsvarende bit av materialet GaN-på-Si tåler 2-3 millioner volt. Den nye elektronikken skal ikke bli dyrere enn den vi bruker nå, til tross for at den skal bli mer energieffektiv og dermed kreve mindre kjøling.

Rekordstore silisiumskiver

For å holde kostnadene nede skal PowerBase blant annet ta utgangspunkt i uvanlig store silisiumskiver, med en diameter på 30 centimeter. Svensson tror ikke noen har forsøkt å bruke så store skiver til kraftelektronikk før.

UiO skal undersøke defekter i silisiumskivene, spesielt om krystallstrukturen mangler noen silisiumatomer. Mangler atomene skal «hullene» tettes.

Les flere artikler om innovasjon ved UiO

Kvalitetskravene for kraftelektronikk er strenge: 100 ganger færre defekter er tillatt sammenliknet med solcellesilisium.

Unik UiO-kompetanse

PowerBase har hele 40 partnere fra 9 ulike land. Så mange aktører er involvert fordi prosjektet skal dekke hele verdikjeden fra silisium til ferdige komponenter.

Ole Jakob Sørdalen
Ole Jakob Sørdalen. Foto: Eltek

UiO ble valgt ut fra en unik kompetanse:

– Grunnleggende kunnskap om punktdefekter i silisium er det ikke så mange i Europa som har, sier Svensson, som forteller at seksjonen ble gransket i to dager av prosjektleder Infineon før UiO ble godkjent som partner.

Når UiO er ferdig med silisiumskivene skal de sendes videre for å få lagt på et lag galliumnitrid, før materialene brukes til å lage komponenter.

Her kommer Eltek inn. Det internasjonale Drammen-selskapet Eltek er utvikler og leverandør av høy-effektive strømomformere, hovedsakelig til pålitelig strømforsyning for telekom-infrastruktur og annen kritisk infrastruktur som trenger likestrøm. Ole Jakob Sørdalen forklarer:

– Eltek skal spille rollen som en avansert bruker av komponenter basert på den nye materialteknologien. Vi vil utvikle og teste nye strømomformere hvor vi forsøker å utnytte de positive egenskapene til GaN-på-Si.

Artikkelen har tidligere vært publisert på forskning.no

Les også:

Solceller i verdensklasse

Ett år med "Lys i landsbyen"

Les flere artikler om innovasjon ved UiO

Kontakt:

Professor Bengt Svensson ved Fysisk institutt

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Hus begravd i slam etter Lusi-utbruddet

Kilden til verdens største slamutbrudd er funnet

I 2006 ble det utløst flere slamutbrudd fra vulkaner nordøst på den svært folkerike øya Java.  Det mest aktive utbruddet - Lusi - er fortsatt aktivt, og forskerne ser det nå i samenheng med et nærliggende vulkansystem.

Professor Norbert Roos med et av IBVs kryoelektronmikroskoper

Mange ristet på hodet, men resultatet ble en nobelpris

Kjemikeren Jacques Dubochets første forsøk på å lage et kryoelektronmikroskop endte med at linsene i mikroskopet ble brukt til verdens dyreste askebegre. De neste forsøkene gikk bedre, og nå er innsatsen belønnet med en nobelpris.

Eyjafjallajökull

Blir det sikrere askevarsling etter neste vulkanutbrudd?

På Bali er 30.000 mennesker evakuert, og flyplassen måtte stenge i tre dager etter at et vulkanutbrudd har skapt store askeskyer. Siden utbruddet på Island i 2010 har det vært jaktet på bedre måter å forutsi og vurdere innholdet i skyene på. – Det gikk raskere å lage et godt askevarsel enn jeg først hadde trodd, sier Birthe Steensen ved Meteorologisk institutt.