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运用浪潮集能突破重大工程成效
可靠、永续、经济高效

【作者: Vicor】2021年08月02日 星期一

浏览人次:【1599】
  

藉由高效能源传输及远端高频宽通讯技术,C-Power自主无人海上电力系统,提升海上资料与通讯服务,开启新的海上应用。


开发利用浪潮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、经济高效的海上能源开发与储存,并实现全新的海上资料与通讯服务。


哥伦比亚电力技术公司(C-Power)提供的波浪能源系统,透过为海上设备提供可靠、经济高效的发电与储存解决方案,以及资料和通讯服务,帮助扩展海洋经济,以期将海洋从电力沙漠变为电力及资料皆很丰富的环境。C-Power自主海上无人电力系统(AOPS)可攫取机械动能并将其转化为可用的电力,适合於广泛的海洋应用,例如海洋油气探勘与生产、海洋碳封存、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成立於2005年,随着其在新兴海洋能源采集领域的专业技术不断发展,积极实现各种新型海上应用(图1)。当其他公司追求大型兆瓦级系统时,C-Power公司专注於为海上资料通讯网路提供远端千瓦级电力,最初是透过叁与DARPA的一个名为「波浪能源浮标系统」(WEBS)的专案实现的。



图1 : 虽然太阳能和风能发电技术的发展备受关注,但C-Power高效利用海浪能源,为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。
图1 : 虽然太阳能和风能发电技术的发展备受关注,但C-Power高效利用海浪能源,为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。

C-Power透过WEBS专案发现了早期商机,即为水下机器人、海洋水下操作设备以及用於收集环境资料的公海感测器进行就地发电。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透过水下电线供电。随着AOPS的发展,C-Power提供一种自主、环保、同时可用作通讯管道的海上电源,开启了一扇无法想像的全新应用之门。


提高电源效率,增强数据通讯

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波浪发电10W到1MW。为了能在较低功率级别频谱实现目标,C-Power使用Vicor公司的电源转换技术,设计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营运成本。


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,将脉冲波浪能转换为半稳定DC电源时,这种电源可以对其进行控制和稳压。这项工作极具挑战性。使用Vicor电源模组能在不同功率下执行这项工作。」


此外,SeaRAY 设计还可实现自主远端资料通讯,将海洋发生的事件即时传输至云端。以前,海洋资料取得系统在资料取得的广度和频率上都有限制。使用蜂巢式网路和卫星通讯在云端与SeaRAY之间即时传输资料,可以更频繁地采集并提供更多、更丰富的资料(图2)。



图2 : SeaRAY的设计可让资讯从海洋直接发送到云端,实现远端、自主数据通讯。使用蜂巢式无线网路和卫星通讯在云端与 SeaRAY AOPS之间即时传输资料,可以更频繁地采集并提供更多、更丰富的资料。
图2 : SeaRAY的设计可让资讯从海洋直接发送到云端,实现远端、自主数据通讯。使用蜂巢式无线网路和卫星通讯在云端与 SeaRAY AOPS之间即时传输资料,可以更频繁地采集并提供更多、更丰富的资料。

从不断变化的电能来源中撷取能量

C-Power的主要电源设计挑战是协调整合复杂的波浪能源与SeaRAY严苛的电源转换需求。这包括超宽的30:1输入范围,它反映了波浪不可预测的特性。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,以即时匹配精确的电源转换需求。


C-Power执行长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,然後对电源进行调整,并将其转化为可用於多种行动及静态负载的可用能源,的确是一种领先技术。」


SeaRAY的可扩展电源设计使用Vicor BCM固定比率转换器和PRM稳压器模组,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,并提供可受控制的平稳电源。这帮助C-Power将SeaRAY设计的转换效率,从50%左右提高到85% 至94%之间。



图3 : SeaRAY使用 Vicor BCM固定比率转换器和PRM稳压器模组,支援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,并提供可受控制的平稳电源。这帮助C-Power将SeaRAY设计的转换效率从 50% 左右提高到超过 90%.
图3 : SeaRAY使用 Vicor BCM固定比率转换器和PRM稳压器模组,支援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,并提供可受控制的平稳电源。这帮助C-Power将SeaRAY设计的转换效率从 50% 左右提高到超过 90%.

Vicor稳定宽输入DC-DC转换器的使用为C-Power提供了亟需的控制,因为 SeaRAY不仅可将脉冲波浪电源转换为各准位的稳定DC电源,同时还可在不同的功率下产生恒定电流。此外,Vicor模组中使用的电源转换拓扑还有助於最大限度降低SeaRAY上的电磁干扰和杂讯,以免影响感测器测量准确度。


Lesemann表示,有很多公司都在尝试攫获并转换波浪动能,但能在紧凑的小型封装中实现,并在运行和物流传送的角度上满足客户需求,则又是另一回事。


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