数据中心成为新型电力变压器技术的 “杀手级应用”

AI 数据中心的蓬勃发展，是造成美国电网承压的重要因素。但这股浪潮也推动一项技术加速投资 ——固态电力变压器，它以现代电力电子技术，替代工业时代的传统变压器，为整个行业带来转机。

当前电网所使用的传统变压器，仍基于 19 世纪 80 年代的基础设计，依靠人工精细组装。钢制铁芯上手工缠绕两组铜线圈，产生电磁场，完成交流电升压，用于远距离输电；或是降压，供给家庭与工商业用电。大型电力变压器无法批量生产，要针对每家公用事业公司的变电站进行定制制造。

受制造产能制约，叠加美国电力基础设施升级的迫切需求，电力企业与下游客户订购全新电力变压器，交付周期最长可达数年。这不仅阻碍电网扩容，难以匹配持续增长的用电需求，也拖慢老旧变压器的替换进度。

与之相比，固态变压器依靠高频半导体开关实现电压变换，可以采用碳化硅等半导体材料批量制造。相比传统变压器，它体积更小、重量更轻；采用模块化设计，零部件升级与更换简单便捷；作为一体化电力电子设备，可同时处理多项电能变换任务。

各大科技企业建设超大规模 AI 数据中心，对固态变压器产生浓厚兴趣，它可以适配搭载高功耗 AI 芯片的服务器机柜。固态变压器能够直接将本地配电网的交流电转换为数据中心所需的直流电，无需额外配置独立交直流转换设备。

北卡罗来纳州立大学电气与计算机工程教授斯尔詹・卢基奇表示：“它就像一个神奇的一体化设备，省去大量配套基础设施，同时提供统一控制节点，解决传统数据中心普遍存在的互操作难题 —— 传统方案里多个设备各自尝试调控同一套电能参数。现在，电能变换环节放在机房外部完成，之后就可以直接供电到服务器机柜。”

从杀手级应用走向大规模普及

卢基奇在接受 Ars Technica 采访时称：“当下，数据中心就是固态变压器的杀手级应用。” 过去一年，Amperesand、Heron Power、DG Matrix 等多家美国企业，都在推进固态变压器技术商业化落地。

卢基奇介绍，固态变压器还能大幅降低数据中心项目对铜及其他原材料的消耗；设备占地面积更小，数据中心开发商可以把腾出的空间用作其他用途。

长远来看，如果固态变压器实现商业化成功，有望缓解全球电力变压器供应链紧缺问题。除数据中心之外，电网升级、扩容项目也能更容易获取变压器设备。

“能够生产传统变压器的专业厂商数量很少，而固态变压器本质属于电子设备。” 卢基奇说，“这彻底拓宽了变压器行业的参与主体，生产产地也不再受限。”

固态变压器的优势同样适用于同样依赖直流电的电动汽车充电场景。卢基奇及其团队近期完成演示：一台接入真实电网线路的固态变压器，最高可输出 1 兆瓦功率，为电动汽车电池充电；设备同时完成降压与交直流转换两项工作。

本次现场测试落地于非营利机构美国电力科学研究院，位于马萨诸塞州勒诺克斯的电力输送实验室。该项目始于 2018 年，是与纽约电力局的合作成果。这台固态变压器尺寸约 1 米 ×1.5 米 ×2 米，自 2026 年 5 月起安置在现场集装箱内，经过数月夏季工况测试后，计划于 9 月运回北卡罗来纳州立大学。

“它外形就是一台造型略有区别的大型变压器箱体，看起来一大块钢制设备。” 卢基奇说，“用一台设备替代传统三台大型钢制设备，还省去电动汽车充电场景中大量布线与开挖施工。”

该固态变压器为模块化架构：包含对接电网的有源前端、交直流转换器，以及用于升压或降压的高频隔离变压器。其中核心技术为定制隔离器件，在相对紧凑的设备内部，承受电网满负荷压力、完整配网电压。

这项技术依旧面临工程实现与商业化的重重挑战。但卢基奇抱有期待：数据中心率先采用固态变压器，能够降低技术风险，推动该技术走出科技行业，实现更大范围普及。

“除数据中心以外，高密度城区的电动汽车充电也是重要方向。” 卢基奇表示，“如今家庭内部大量负载都使用直流电，如果现代住宅可以直接配送直流电，将带来可观收益。”