为海浪能采集实现重大工程突破

2021-07-27 11:04:27 来源：Vicor

开发利用海浪能是一个快速发展的领域，海洋工程师正在改进技术，以提供可靠、经济高效的海洋能源发与存储，并实现全新的海上数据与通信服务。

哥伦比亚电力技术公司 (C-Power) 位于俄勒冈州科瓦利斯市，是波浪能系统的全球领先企业，通过为海上设备提供低可靠、经济高效的发电与存储解决方案以及数据及通信服务，帮助扩展海洋经济。C-Power 自主海上无人电力系统 (AOPS) 可捕获机械动能并将其转化为可用的电力，用于广泛的海洋应用，如海洋油气勘探与生产、海洋碳封存、海洋研究、水产养殖与国土防御等。

图 1：虽然太阳能和风能发电技术的发展备受关注，但C-Power 却是高效利用海浪能源，实现各种新型海上应用的先锋，这些应用包括油气勘探与生产、海上碳封存、海洋研究、水产养殖与国土防御等。

采集千瓦级海洋能源
C-Power 成立于 2005 年，随着其在新兴海洋能源采集领域的专业技术的不断发展，其核心业务已获得长足发展。当其他公司追求大型兆瓦级系统时，C-Power 公司专注于为海上数据通信网络提供远程千瓦级电力，最初是通过参与DARPA 的一个名为“波浪能源浮标系统”(WEBS) 的项目实现的。

C-Power 通过 WEBS 项目，发现了一个早期商机，即为水下机器人、海洋水下操作设备以及用于收集环境数据的公海传感器进行就地发电。在此之前，这些应用需要使用昂贵、笨重的非充电机载电池供电，或从船舶或柴油发电机通过水下电线供电。随着 AOPS 的发展，C-Power 可提供了一种自主、环保、同时可用作通信管道的海上电源，开启了一扇无法想像的全新应用之门。

SeaRAY 提高电源效率，增强数据通信
名为 SeaRAY 的最新 AOPS 平台是 C-Power 近期工作重点的关键，所带来的电源系统能够利用海浪发电 10W 到 1MW。为了在低级别的功率谱实现目标，C-Power 使用 Vicor 公司的电源转换技术，设计了具有高功率重量比的 SeaRAY AOPS。小型化的设计增强了机动性和商业可行性，使 SeaRAY 更容易交付和安装，从而可节省数万美元的日常运营成本。

C-Power 公司高级研发电气工程师 Joe Prudell 表示：“我们真的需要宽范围的 DC-DC 电源转换器，这种电源在我们将脉冲海浪能转换为半稳定 DC 电源时，可以对其进行控制和稳压。这项工作极具挑战性。使用 Vicor 电源模块能在不同功率下执行这项工作，这的确是一大优势。”

图 2：SeaRAY 的设计可将信息从海洋直接发送到云端，实现远程、自主数据通信。使用蜂窝网络和卫星通信在云端和 SeaRAY AOPS 之间实时传输数据，可以更频繁地采集并提供更多、更丰富的数据。

此外，SeaRAY 设计还可实现自主远程数据通信，将海洋发生的事件实时传输至云端。以前，海洋数据采集系统在数据采集的广度和频率上都有限制。使用蜂窝网络和卫星通信在云端和 SeaRAY 之间实时传输数据，可以更频繁地采集并提供更多、更丰富的数据。

从不断变化的电能来源中采集能量
C-Power 的主要电源设计挑战是协调整合复杂的海浪能与 SeaRAY 苛刻的电源转换需求。这包括超宽的 30:1 输入范围，它反映了海浪不可预测的特性。Vicor 电源系统设计团队提供了一个能够高效转换电源并为储能设备充电的系统。此外，该单元还可接受来自 C-Power 系统的外部控制信号，以实时匹配精确的电源转换需求。

C-Power 首席执行官 Reenst Lesemann 指出：“能够将非常棘手的电源配置转化为经济高效的实用解决方案，然后对电源进行调节并将其转化为可用于多种移动及静态负载的可用能源，的确是一种领先技术。这是其他公司无法做到的。”

SeaRAY 的可扩展电源设计使用 Vicor BCM®固定比率母线转换器和PRM™ 稳压器模块，及复杂的多级分立式转换器，可高效转换汹涌、不可预测的波浪动能并提供可受控制的电源。这帮助 C-Power 将 SeaRAY 设计的转换效率从 50% 左右提高到了 85% 至 94% 之间。

图 3 SeaRAY使用 Vicor BCM® 固定比率转换器和PRM™ 稳压器模块，及複雜的多級分立式轉換器，可高效轉換洶湧、不可預測的波浪動能並提供可受控制的平穩電源。這幫助 C-Power 將 SeaRAY 設計的轉換效率從 50% 左右提高到超過 90%。

Vicor 稳定宽输入 DC-DC 转换器的使用为 C-Power 提供了急需的控制，因为 SeaRAY 不仅可将脉冲海浪电源转换为各准位的稳定的DC 母线电源，同时还可在不同的功率下产生恒流。此外，Vicor 模块中使用的电源转换拓扑还有助于最大限度降低 SeaRAY 上的电磁干扰和噪声，以免影响传感器测量精度。

Lesemann 表示：“有很多公司都在尝试捕获并转换波浪动能，但能在紧凑的小型封装中实现并从运营和物流的角度满足客户需求又是另一回事。这就是我们在 Vicor 的帮助下，能够比其它公司做得更好的地方。”

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