開發(fā)利用海浪能是一個快速發(fā)展的領域，海洋工程師正在改進技術，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。

哥倫比亞電力技術公司 (C-Power) 位于俄勒岡州科瓦利斯市，是波浪能系統(tǒng)的全球領先企業(yè)，通過為海上設備提供低可靠、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，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化為可用的電力，用于廣泛的海洋應用，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。

圖 1：雖然太陽能和風能發(fā)電技術的發(fā)展備受關注，但C-Power 卻是高效利用海浪能源，實現(xiàn)各種新型海上應用的先鋒，這些應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域的專業(yè)技術的不斷發(fā)展，其核心業(yè)務已獲得長足發(fā)展。當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，C-Power 使用 Vicor 公司的電源轉換技術，設計了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(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 電源轉換器，這種電源在我們將脈沖海浪能轉換為半穩(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。”

圖 2：SeaRAY 的設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 的主要電源設計挑戰(zhàn)是協(xié)調整合復雜的海浪能與 SeaRAY 苛刻的電源轉換需求。這包括超寬的 30:1 輸入范圍，它反映了海浪不可預測的特性。Vicor 電源系統(tǒng)設計團隊提供了一個能夠高效轉換電源并為儲能設備充電的系統(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換需求。

C-Power 首席執(zhí)行官 Reenst Lesemann 指出：“能夠將非常棘手的電源配置轉化為經(jīng)濟高效的實用解決方案，然后對電源進行調節(jié)并將其轉化為可用于多種移動及靜態(tài)負載的可用能源，的確是一種領先技術。這是其他公司無法做到的?！?br/>

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

圖 3 SeaRAY使用 Vicor BCM? 固定比率轉換器和PRM? 穩(wěn)壓器模塊，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(wěn)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(wěn)定寬輸入 DC-DC 轉換器的使用為 C-Power 提供了急需的控制，因為 SeaRAY 不僅可將脈沖海浪電源轉換為各準位的 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?！?br/>