利用海浪能量的能力是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，可在海洋研究、水產(chǎn)養(yǎng)殖和國(guó)防領(lǐng)域提供全方位的應(yīng)用。Columbia Power Technologies (C·Power) 通過(guò)為海上活動(dòng)提供清潔發(fā)電、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)通信服務(wù)，幫助擴(kuò)大海洋經(jīng)濟(jì)。C·Power 的自主海上電力系統(tǒng) (AOPS) 從波浪中捕獲機(jī)械能，并通過(guò)利用 Vicor 的電源模塊將其轉(zhuǎn)換為可用能量。

C·Power 高級(jí)研發(fā)電氣工程師 Joe Prudel 強(qiáng)調(diào)，SeaRAY AOPS 規(guī)模的波浪收集是一種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，它使用 Vicor 提供的模塊在廣泛的波浪氣候范圍內(nèi)有效地產(chǎn)生電力?！?a target="_blank">電源模塊使我們能夠在更廣泛的惡劣環(huán)境條件下運(yùn)行。SeaRAY 在石油和天然氣行業(yè)有多種應(yīng)用，例如為海上傳感器或工業(yè)泵供電。所有 AOPS 都可以與不同類型的儲(chǔ)能相結(jié)合，從而擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。”

Vicor 和 C·Power 團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種解決方案，通過(guò)隨著輸入波浪能量的變化對(duì)輸出電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)交流信號(hào)中海浪的超寬 30:1 輸入范圍（從猛烈的風(fēng)暴到相對(duì)安靜的條件）。

收獲海洋能源

C·Power的宗旨是為海上數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)提供千瓦級(jí)的電力解決方案。C·Power 將其業(yè)務(wù)重點(diǎn)放在水下航行器的本地化發(fā)電上，該項(xiàng)目源于他們通過(guò) DARPA 一項(xiàng)名為 Wave Energy Buoy Systems (WEBS) 的計(jì)劃收集環(huán)境數(shù)據(jù)的項(xiàng)目。過(guò)去，這些應(yīng)用由昂貴、笨重且不可充電的機(jī)載電池或由船舶或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供電的水下電纜供電。因此，一個(gè)綠色、節(jié)能和具有成本效益的解決方案的概念誕生了。

因此，C·Power 為新應(yīng)用打開(kāi)了大門，它是一種自主的、環(huán)保的、能夠?qū)?shù)據(jù)通信加倍的海洋電源。SeaRAY 是 C·Power 的 AOPS 平臺(tái)，它通過(guò)從海浪中產(chǎn)生 10W 到 1MW 的電源解決方案來(lái)提高能源效率和數(shù)據(jù)通信。C·Power 使用 Vicor Corporation 的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)創(chuàng)建了具有高功率重量比的設(shè)計(jì)。

“為了捕獲這些電壓脈沖，我們需要一種真正有效且開(kāi)銷最小的方法?！?普魯?shù)聽(tīng)栒f(shuō)。“因此，我們必須弄清楚如何將骯臟的脈沖電壓從低至 15 V 轉(zhuǎn)換為高達(dá) 400 V，并產(chǎn)生調(diào)節(jié)電流以穩(wěn)定地為電池充電。這個(gè)想法是利用 Vicor 所做的無(wú)源 DC-DC 系統(tǒng)，將交流電壓整流為直流，為存儲(chǔ)充電。Vicor 的 BCM 升壓轉(zhuǎn)換器使我們能夠?qū)鬏旊妷禾岣叩?370 V DC。然后，我們還有一個(gè)板載電池，可以為浮標(biāo)供電，”

SeaRAY 的設(shè)計(jì)還支持自主和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，允許從海洋到云端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。以前，海洋數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集頻率曾經(jīng)是有限的。通過(guò)更快的采集、增強(qiáng)離散化和提高測(cè)量質(zhì)量，蜂窩網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信在云和 SeaRAY 之間傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以快速收集和傳播數(shù)據(jù)。

C·Power 系統(tǒng)的基本構(gòu)建塊具有全功率轉(zhuǎn)換、類似的能量存儲(chǔ)和通過(guò)變壓器連接到電網(wǎng)（圖 1）。

圖 1：SeaRAY 設(shè)計(jì)。電纜允許傳輸數(shù)據(jù)和能量（來(lái)源：Vicor）

超交流電壓的電源管理?

設(shè)計(jì) C·Power 電子產(chǎn)品最具挑戰(zhàn)性的方面是平衡海浪能的不同特性。海浪的不可預(yù)測(cè)性需要一個(gè)能夠有效傳輸電力和為能量存儲(chǔ)設(shè)備充電的系統(tǒng)。SeaRAY 的電力電子設(shè)備年度轉(zhuǎn)換效率目標(biāo)是使用 Vicors BCM 固定比率總線轉(zhuǎn)換器和 PRM 調(diào)節(jié)器模塊實(shí)現(xiàn)的。效率因波輸入范圍寬而變化，但在峰值波輸入時(shí)效率高達(dá) 94%。盡管海浪洶涌且不可預(yù)測(cè)，BCM 和 PRM 架構(gòu)仍可通過(guò)來(lái)自 SeaRAY 機(jī)載發(fā)電機(jī)的高度變化的功率脈沖提供穩(wěn)定和連續(xù)的電流（圖 2 和圖 3）。

圖 2：SeaRAY 使用 Vicor BCM 固定比率總線轉(zhuǎn)換器和 PRM 調(diào)節(jié)器模塊（來(lái)源：Vicor）

Vicor 的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器用于將來(lái)自 SeaRAY 發(fā)生器的脈沖信號(hào)可變幅度和頻率交流電源轉(zhuǎn)換為不同功率級(jí)別的連續(xù)電流。此外，Vicor 模塊的電源轉(zhuǎn)換拓?fù)溆兄跍p少板上的電磁干擾和噪聲。

“因此，如果我們能夠?yàn)楹５椎碾姵爻掷m(xù)充電，那么海洋中的那個(gè)點(diǎn)就可以成為一個(gè)觀察點(diǎn)，而無(wú)需更換水下電池?！?普魯?shù)聽(tīng)栒f(shuō)?！拔覀兪褂糜刹ɡ四芨〕潆姷牧姿徼F鋰電池。我們還實(shí)施了鋰離子電池，并且我們還在使用超級(jí)電容器來(lái)調(diào)節(jié)能量。隨著電池技術(shù)的發(fā)展，我們也嘗試使用不同類型的電池。但是我們確實(shí)需要中間能量存儲(chǔ)才能從脈沖波能量轉(zhuǎn)換為某種形式的可用直流能量。通常，這些設(shè)備中的大多數(shù)都具有 GPS 和實(shí)時(shí)通信作為警報(bào)系統(tǒng)，”

Prudel 指出 Vicor 的電源模塊對(duì)于保持 SeaRay AOPS 的可靠運(yùn)行至關(guān)重要，即使在平靜的水域中也是如此，在平靜的水域中，必須保存機(jī)載電源以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間。?

新能源前沿的海洋能源網(wǎng)格

設(shè)計(jì)用于利用海水能源的技術(shù)類似于用于開(kāi)發(fā)風(fēng)能的技術(shù)。風(fēng)（空氣）和水是流體，它們的動(dòng)能用于移動(dòng)葉片并產(chǎn)生機(jī)械能。

C·Power 提供的技術(shù)可以得到增強(qiáng)，以創(chuàng)建可以支持電網(wǎng)的基于海洋的電源點(diǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)多種方式利用海洋能源來(lái)獲得旨在支持工業(yè)活動(dòng)的電力。將各個(gè)部分放在一起可以有助于實(shí)現(xiàn)更大的愿景，并可以為復(fù)雜的海上作業(yè)提供清潔能源和靈活性。

海洋環(huán)境是一個(gè)“敵對(duì)領(lǐng)土”，風(fēng)、海水和猛烈的海浪可以讓最強(qiáng)大的系統(tǒng)經(jīng)受考驗(yàn)。新設(shè)備的簡(jiǎn)單測(cè)試操作需要使用船舶和水下設(shè)備，這會(huì)推高技術(shù)成本。