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運用浪潮集能突破重大工程成效
可靠、永續、經濟高效

【作者: Vicor】   2021年08月02日 星期一

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藉由高效能源傳輸及遠端高頻寬通訊技術,C-Power自主無人海上電力系統,提升海上資料與通訊服務,開啟新的海上應用。


開發利用浪潮能是一個快速發展的領域,海洋工程師正在改進技術,以提供可靠、經濟高效的海上能源開發與儲存,並實現全新的海上資料與通訊服務。


哥倫比亞電力技術公司(C-Power)提供的波浪能源系統,透過為海上設備提供可靠、經濟高效的發電與儲存解決方案,以及資料和通訊服務,幫助擴展海洋經濟,以期將海洋從電力沙漠變為電力及資料皆很豐富的環境。C-Power自主海上無人電力系統(AOPS)可攫取機械動能並將其轉化為可用的電力,適合於廣泛的海洋應用,例如海洋油氣探勘與生產、海洋碳封存、海洋研究、水產養殖與國土防禦等。


採集千瓦級海洋能源

C-Power成立於2005年,隨著其在新興海洋能源採集領域的專業技術不斷發展,積極實現各種新型海上應用(圖1)。當其他公司追求大型兆瓦級系統時,C-Power公司專注於為海上資料通訊網路提供遠端千瓦級電力,最初是透過參與DARPA的一個名為「波浪能源浮標系統」(WEBS)的專案實現的。



圖1 : 雖然太陽能和風能發電技術的發展備受關注,但C-Power高效利用海浪能源,為實現各種新型海上應用的先鋒,這些應用包括油氣勘探與生產、海上碳封存、海洋研究、水產養殖與國土防禦等。
圖1 : 雖然太陽能和風能發電技術的發展備受關注,但C-Power高效利用海浪能源,為實現各種新型海上應用的先鋒,這些應用包括油氣勘探與生產、海上碳封存、海洋研究、水產養殖與國土防禦等。

C-Power透過WEBS專案發現了早期商機,即為水下機器人、海洋水下操作設備以及用於收集環境資料的公海感測器進行就地發電。在此之前,這些應用需要使用昂貴、笨重的非充電機載電池供電,或從船舶或柴油發電機透過水下電線供電。隨著AOPS的發展,C-Power提供一種自主、環保、同時可用作通訊管道的海上電源,開啟了一扇無法想像的全新應用之門。


提高電源效率,增強數據通訊

名為SeaRAY的最新AOPS平台是C-Power近期工作重點的關鍵,所帶來的電源系統能夠利用波浪發電10W到1MW。為了能在較低功率級別頻譜實現目標,C-Power使用Vicor公司的電源轉換技術,設計具有高功率重量比的SeaRAY AOPS。小型化的設計增強了機動性和商業可行性,使SeaRAY更容易交付和安裝,從而可節省數萬美元的日常營運成本。


C-Power公司高級研發電氣工程師Joe Prudell表示:「我們真的需要寬範圍的 DC-DC電源轉換器,將脈衝波浪能轉換為半穩定DC電源時,這種電源可以對其進行控制和穩壓。這項工作極具挑戰性。使用Vicor電源模組能在不同功率下執行這項工作。」


此外,SeaRAY 設計還可實現自主遠端資料通訊,將海洋發生的事件即時傳輸至雲端。以前,海洋資料取得系統在資料取得的廣度和頻率上都有限制。使用蜂巢式網路和衛星通訊在雲端與SeaRAY之間即時傳輸資料,可以更頻繁地採集並提供更多、更豐富的資料(圖2)。



圖2 : SeaRAY的設計可讓資訊從海洋直接發送到雲端,實現遠端、自主數據通訊。使用蜂巢式無線網路和衛星通訊在雲端與 SeaRAY AOPS之間即時傳輸資料,可以更頻繁地採集並提供更多、更豐富的資料。
圖2 : SeaRAY的設計可讓資訊從海洋直接發送到雲端,實現遠端、自主數據通訊。使用蜂巢式無線網路和衛星通訊在雲端與 SeaRAY AOPS之間即時傳輸資料,可以更頻繁地採集並提供更多、更豐富的資料。

從不斷變化的電能來源中擷取能量

C-Power的主要電源設計挑戰是協調整合複雜的波浪能源與SeaRAY嚴苛的電源轉換需求。這包括超寬的30:1輸入範圍,它反映了波浪不可預測的特性。Vicor電源系統設計團隊提供了一個能夠高效轉換電源並為儲能設備充電的系統。此外,該單元還可接受來自C-Power系統的外部控制信號,以即時匹配精確的電源轉換需求。


C-Power執行長Reenst Lesemann指出:「能夠將非常棘手的電源配置轉化為經濟高效的實用解決方案,然後對電源進行調整,並將其轉化為可用於多種行動及靜態負載的可用能源,的確是一種領先技術。」


SeaRAY的可擴展電源設計使用Vicor BCM固定比率轉換器和PRM穩壓器模組,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85% 至94%之間。



圖3 : SeaRAY使用 Vicor BCM固定比率轉換器和PRM穩壓器模組,支援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%.
圖3 : SeaRAY使用 Vicor BCM固定比率轉換器和PRM穩壓器模組,支援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穩定寬輸入DC-DC轉換器的使用為C-Power提供了亟需的控制,因為 SeaRAY不僅可將脈衝波浪電源轉換為各準位的穩定DC電源,同時還可在不同的功率下產生恆定電流。此外,Vicor模組中使用的電源轉換拓撲還有助於最大限度降低SeaRAY上的電磁干擾和雜訊,以免影響感測器測量準確度。


Lesemann表示,有很多公司都在嘗試攫獲並轉換波浪動能,但能在緊湊的小型封裝中實現,並在運行和物流傳送的角度上滿足客戶需求,則又是另一回事。


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