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為海浪能採集實現重大工程突破

由於海浪能輸入範圍很寬（海浪大小不一），因此將海浪高效轉化為電能極具挑戰性。 C-Power 和 Vicor 合作為利用海浪存儲電能創造一款高效的供電網路。

作者：Stephen Germino，媒體關係與公關業務總監

C-Power 自主海上電力系統有望通過高效能源傳輸及遠程高頻寬通信，開啟新的海上應用。

開發利用海浪能是一個快速發展的領域，海洋工程師正在改進科技，以提供非常可靠、經濟的海洋能源發電與存儲，並實現全新的海上資料與通信服務。

哥倫比亞電力科技公司（C-Power）位於俄勒岡州科瓦利斯市，是波浪能系統的全球領先企業，通過為海上設備提供可靠、經濟高效的發電與存儲解決方案以及數據及通信服務，以協助海洋經濟的發展。 C-Power 自主海上無人電力系統（AOPS）可捕獲機械動能並將其轉化為可用的電力，用於廣泛的海洋應用，如海洋油氣勘探與生產、海上碳封存、海洋研究、水產養殖與國土防禦等。

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的不斷增長（圖 1），其業務重點也隨之轉變。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信網路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”（WEBS）的項目實現的。

C-Power 通過 WEBS 項目，發現了一個早期商機，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通過水下電線供電。隨著 AOPS 的發展，C-Power 可提供了一種自主、環保、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。

C-Power autonomous offshore power system image

圖 1

SeaRAY 增强電源效率與資料通訊

名為 SeaRAY 的最新 AOPS 平臺是 C-Power 近期工作重點的關鍵，所帶來的電源系統能够利用海浪發電 10W 到 1MW。為了實現低功率範圍的目標，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。小型化的設計增强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運營成本。

C-Power 公司高級研發電力工程師 Joe Prudell 表示：“我們真的需要寬範圍的 DC-DC 電源轉換器，這種電源在我們將脈衝海浪能轉換為半穩定 DC 電源時，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，這的確是一大優勢。”

圖 2: SeaRAY 的設計可將資訊從海洋直接發送到雲端，實現遠程、自主資料通信。使用蜂窩網路和衛星通信在雲端和 SeaRAY AOPS 之間實时傳輸資料，可以更頻繁地採集並提供更多、更豐富的資料。

SeaRAY 設計還可實現自主遠程資料通訊，將海洋發生的事件即時傳輸至雲端。以前，海洋資料獲取系統在資料獲取的廣度和頻率上都有限制。使用蜂窩網路和衛星通信在雲端和 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）。

從不斷變化的電能來源中採集能量

C-Power 的主要電源設計挑戰是協調綜合複雜的海浪能與 SeaRAY 苛刻的電源轉換需求。這包括超寬的 30:1 輸入範圍，它反映了海浪不可預測的特性。 Vicor 電源系統設計團隊提供了一個能够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 系統的外部控制訊號，以即時精確地匹配功率轉換需求。

C-Power 首席執行官 Reenst Lesemann 指出：“能够將非常棘手的電力狀況轉化為經濟高效的實用解決方案，然後對電源進行調節並將其轉化為可用於多種移動及靜態負載的可用能源，的確是一種領先技術。這是其他公司無法做到的。”

SeaRAY 的可擴充電源設計使用 Vicor BCM ® 固定比率母線轉換器和 PRM ™ 穩壓器模組，及複雜的多級分立式轉換器，可高效轉換汹湧、不可預測的波浪動能並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。

在圖 3 中 SeaRAY 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，可有效轉換波浪動能並提供可受控制的平穩電源。 Vicor 電源模組開發的供電網路將SeaRAY 轉換效率從 50% 左右提升到超過 90% 以上。

使用穩定的寬輸入 Vicor DC-DC 轉換器，為 C-Power 提供了急需的控制能力，因為SeaRAY 可以將脈衝海浪電能轉換為變化的直流母線，同時還可在不同的功率下產生恒流。因此 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精度。

Lesemann 表示：“有很多公司都在嘗試捕獲並轉換波浪動能，但能在緊湊的小型封裝中實現並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，能够比其它公司做得更好的地方。”