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[導(dǎo)讀]C-Power 自主無人海上電力系統(tǒng)有望通過高效能源傳輸及遠程高帶寬通信技術(shù),開啟新的海上應(yīng)用

開發(fā)利用海浪能是一個快速發(fā)展的領(lǐng)域,海洋工程師正在改進技術(shù),以提供可靠、經(jīng)濟高效的海洋能源發(fā)與存儲,并實現(xiàn)全新的海上數(shù)據(jù)與通信服務(wù)。

哥倫比亞電力技術(shù)公司 (C-Power) 位于俄勒岡州科瓦利斯市,是波浪能系統(tǒng)的全球領(lǐng)先企業(yè),通過為海上設(shè)備提供低可靠、經(jīng)濟高效的發(fā)電與存儲解決方案以及數(shù)據(jù)及通信服務(wù),幫助擴展海洋經(jīng)濟。C-Power 自主海上無人電力系統(tǒng) (AOPS) 可捕獲機械動能并將其轉(zhuǎn)化為可用的電力,用于廣泛的海洋應(yīng)用,如海洋油氣勘探與生產(chǎn)、海洋碳封存、海洋研究、水產(chǎn)養(yǎng)殖與國土防御等。

為海浪能采集實現(xiàn)重大工程突破

圖 1:雖然太陽能和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展備受關(guān)注,但C-Power 卻是高效利用海浪能源,實現(xiàn)各種新型海上應(yīng)用的先鋒,這些應(yīng)用包括油氣勘探與生產(chǎn)、海上碳封存、海洋研究、水產(chǎn)養(yǎng)殖與國土防御等。

采集千瓦級海洋能源

C-Power 成立于 2005 年,隨著其在新興海洋能源采集領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,其核心業(yè)務(wù)已獲得長足發(fā)展。當(dāng)其他公司追求大型兆瓦級系統(tǒng)時,C-Power 公司專注于為海上數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)提供遠程千瓦級電力,最初是通過參與DARPA 的一個名為“波浪能源浮標(biāo)系統(tǒng)”(WEBS) 的項目實現(xiàn)的。

C-Power 通過 WEBS 項目,發(fā)現(xiàn)了一個早期商機,即為水下機器人、海洋水下操作設(shè)備以及用于收集環(huán)境數(shù)據(jù)的公海傳感器進行就地發(fā)電。在此之前,這些應(yīng)用需要使用昂貴、笨重的非充電機載電池供電,或從船舶或柴油發(fā)電機通過水下電線供電。隨著 AOPS 的發(fā)展,C-Power 可提供了一種自主、環(huán)保、同時可用作通信管道的海上電源,開啟了一扇無法想像的全新應(yīng)用之門。

SeaRAY 提高電源效率,增強數(shù)據(jù)通信

名為 SeaRAY 的最新 AOPS 平臺是 C-Power 近期工作重點的關(guān)鍵,所帶來的電源系統(tǒng)能夠利用海浪發(fā)電 10W 到 1MW。為了在低級別的功率譜實現(xiàn)目標(biāo),C-Power 使用 Vicor 公司的電源轉(zhuǎn)換技術(shù),設(shè)計了具有高功率重量比的 SeaRAY AOPS。小型化的設(shè)計增強了機動性和商業(yè)可行性,使 SeaRAY 更容易交付和安裝,從而可節(jié)省數(shù)萬美元的日常運營成本。

C-Power 公司高級研發(fā)電氣工程師 Joe Prudell 表示:“我們真的需要寬范圍的 DC-DC 電源轉(zhuǎn)換器,這種電源在我們將脈沖海浪能轉(zhuǎn)換為半穩(wěn)定 DC 電源時,可以對其進行控制和穩(wěn)壓。這項工作極具挑戰(zhàn)性。使用 Vicor 電源模塊能在不同功率下執(zhí)行這項工作,這的確是一大優(yōu)勢。”

為海浪能采集實現(xiàn)重大工程突破

圖 2:SeaRAY 的設(shè)計可將信息從海洋直接發(fā)送到云端,實現(xiàn)遠程、自主數(shù)據(jù)通信。使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信在云端和 SeaRAY AOPS 之間實時傳輸數(shù)據(jù),可以更頻繁地采集并提供更多、更豐富的數(shù)據(jù)。

此外,SeaRAY 設(shè)計還可實現(xiàn)自主遠程數(shù)據(jù)通信,將海洋發(fā)生的事件實時傳輸至云端。以前,海洋數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集的廣度和頻率上都有限制。使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信在云端和 SeaRAY 之間實時傳輸數(shù)據(jù),可以更頻繁地采集并提供更多、更豐富的數(shù)據(jù)。

從不斷變化的電能來源中采集能量

C-Power 的主要電源設(shè)計挑戰(zhàn)是協(xié)調(diào)整合復(fù)雜的海浪能與 SeaRAY 苛刻的電源轉(zhuǎn)換需求。這包括超寬的 30:1 輸入范圍,它反映了海浪不可預(yù)測的特性。Vicor 電源系統(tǒng)設(shè)計團隊提供了一個能夠高效轉(zhuǎn)換電源并為儲能設(shè)備充電的系統(tǒng)。此外,該單元還可接受來自 C-Power 系統(tǒng)的外部控制信號,以實時匹配精確的電源轉(zhuǎn)換需求。

C-Power 首席執(zhí)行官 Reenst Lesemann 指出:“能夠?qū)⒎浅<值碾娫磁渲棉D(zhuǎn)化為經(jīng)濟高效的實用解決方案,然后對電源進行調(diào)節(jié)并將其轉(zhuǎn)化為可用于多種移動及靜態(tài)負載的可用能源,的確是一種領(lǐng)先技術(shù)。這是其他公司無法做到的?!?

SeaRAY 的可擴展電源設(shè)計使用 Vicor BCM®固定比率母線轉(zhuǎn)換器和PRM? 穩(wěn)壓器模塊,及復(fù)雜的多級分立式轉(zhuǎn)換器,可高效轉(zhuǎn)換洶涌、不可預(yù)測的波浪動能并提供可受控制的電源。這幫助 C-Power 將 SeaRAY 設(shè)計的轉(zhuǎn)換效率從 50% 左右提高到了 85% 至 94% 之間。

為海浪能采集實現(xiàn)重大工程突破

圖 3 SeaRAY使用 Vicor BCM® 固定比率轉(zhuǎn)換器和PRM? 穩(wěn)壓器模塊,及複雜的多級分立式轉(zhuǎn)換器,可高效轉(zhuǎn)換洶湧、不可預(yù)測的波浪動能並提供可受控制的平穩(wěn)電源。這幫助 C-Power 將 SeaRAY 設(shè)計的轉(zhuǎn)換效率從 50% 左右提高到超過 90%.

Vicor 穩(wěn)定寬輸入 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的使用為 C-Power 提供了急需的控制,因為 SeaRAY 不僅可將脈沖海浪電源轉(zhuǎn)換為各準(zhǔn)位的 穩(wěn)定的DC 母線電源,同時還可在不同的功率下產(chǎn)生恒流。此外,Vicor 模塊中使用的電源轉(zhuǎn)換拓撲還有助于最大限度降低 SeaRAY 上的電磁干擾和噪聲,以免影響傳感器測量精度。

Lesemann 表示:“有很多公司都在嘗試捕獲并轉(zhuǎn)換波浪動能,但能在緊湊的小型封裝中實現(xiàn)并從運營和物流的角度滿足客戶需求又是另一回事。這就是我們在 Vicor 的幫助下,能夠比其它公司做得更好的地方?!?

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