新技术可能帮助减少电力损失，并重新定义电网的基础产品。2026年10月27日 Sarah Rogers/MIT科技评论 | Getty Images 变压器是我们电网中至关重要但几乎看不见的部分。这些设备帮助有效地在长距离内传输电力，但它们复杂且供应短缺。考虑到它们的基本设计在近一个世纪中变化不大，它们确实需要升级。随着世界竞相满足来自电动汽车、数据中心等不断上升的电力需求，研究人员和公司正在寻求现代化变压器。新的固态版本可能有助于缓解一些供应问题，并确保电网能够应对日益增长的压力。传统变压器通常依赖大量的特种钢合金和数英里的铜线，以完成在电路之间传输电力的工作。相比之下，固态模型结合了磁性组件和高功率半导体，使它们更加紧凑，并允许对电流流动进行更好的控制。这些设备仍在开发中，目前无法完全替代所有的传统变压器，尤其是那些在高电压下工作以实现长距离传输的最大变压器。但新一代变压器技术可能是我们未来电网的一个关键组成部分。 电网的支柱 在电网中传输电力并不是完全高效的：随着电力通过电力线流动，一部分会以热量的形式损失。损失的多少因电压而异，电压越高，电流越低，损失的电力越少。因此，电网的一个关键功能是电压的升高和降低。考虑一下你的本地太阳能发电厂。为了使电力能有效地传输到数百英里外的家中，它需要达到比太阳能发电厂产生的更高电压。这里就需要变压器。在从发电厂到你的插座的过程中，电力可能会经过阳光工厂的一个变压器和附近变电站的另一个变压器，电压在两个变压器之间被提升两次，以达到足够高的水平，能够通过高电压传输线进行传输。太阳能电池板还会产生直流电，这需要通过逆变器转换为交流电，然后再流入变压器。接近目的地时，电压可能还会再降低，至少会两次：一次在另一个变电站，另一次在你所在街区的小变压器。如果你在美国，来自太阳能发电厂的电力可能会通过逆变器转换为大约480伏的交流电，然后提升到115,000伏的传输线电压，最后再降低到120伏和240伏供你的家庭使用。传统变压器使用本质上相当于一圈圈的电线来完成这项工作。变压器的核心通常由一种特殊类型的钢制成，称为取向电工钢。铜线圈坐落在其核心的两端。每个线圈中的圈数决定了变压器两端的电压：如果次级线圈的圈数多于主要线圈，电压就会提升；如果圈数较少，电压则会降低。当输入的电力经过变压器上游端的圈时，就会在核心中形成一个磁场。该磁场在设备的另一侧诱导出电压，从而使能量能以新的电压继续流动。这个过程被称为磁感应。变压器是电力传输和分配的支柱，北卡罗来纳州立大学电气与计算机工程教授斯尔贾·卢基奇表示。除了升高和降低电压的工作外，变压器还通常提供所谓的电气隔离，这意味着没有直接的电流流经它们。这可以帮助限制干扰在电网中的传播，提高安全性。问题在于，今天的变压器体积大且笨重，而且更换也困难且昂贵，卢基奇说。 一个可靠的选择 固态变压器在今天变压器的典型蓝图中，基本上增加了所谓的电力电子——用于转换和控制电力的半导体。传统变压器在连接的电网部分的频率下工作，而固态变压器实际上控制电流的频率。通常，固态变压器首先将来自电网的交流电转换为直流电，然后使用由如碳化硅等半导体制成的开关将其转换为更高频率的交流电。从那里，磁性组件改变电压。由于先进的半导体使变压器能够对电流的频率和稳定性施加如此大的控制，因此磁核心可以远小于传统变压器。卢基奇表示，有些固态变压器的体积约为传统变压器的十分之一，但具有相同的容量。