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播客

C-Power 和 Vicor 強強聯手,為海上應用提供高效的可再生能源

C-Power 開發的電力系統可以從海浪中持久產生並存儲 10W 到 1MW 的能量。

Ocean waves image

播客出席人:Vicor 電力系統公司總裁 Bill Schmitz、C-Power 俄勒岡公司運營總監 Joe Prudell 和《電子設計》編輯 Alix Paultre

據美國商業資訊報導,到 2027 年,全球波浪及潮汐能市場預計將達 51 億美元。 使用地球最大自然資源之一的商機非常大。 迄今為止最大的挑戰就是效率問題。 從狂暴的風暴到相對平靜的海水,捕捉廣泛變化的波浪的動能困難重重。

哥倫比亞電力科技公司(C-Power)與 Vicor 攜手開發了 SeaRay,這款自主海上電力系統(AOPS)漂浮在海上,可捕捉機械波能,並將其轉換為可用的電力,用於廣泛的應用。

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,公司通過為海上應用提供經濟高效的可靠發電與存儲解決方案以及資料及通訊服務,幫助拓展海洋經濟。

C-Power 公司運營總監 Joe Prudell 和 Vicor 電力系統公司(Vicor 子公司)總裁 Bill Schmitz 坐客《評估工程》播客,討論了他們的創新電源設計以及 SeaRay 所帶來的商機。

  

PAULTRE:大家好! 我叫 Alix Paultre,是《評估工程》的編輯,歡迎大家來到本期 TechXchange 訪壇,在這裡我們將和電子行業的風雲人物討論大家關心的一些事情。

今天,我們請到了 Joe Prudell。 Joe 是 C-Power 公司的高級電力工程師,任公司運營總監。 並有幸請到了 Bill Schmitz。 Bill 現任 Vicor 電力系統公司總統。 歡迎兩位先生來到我們的節目,謝謝你們的到來!

  

SSCHMITZ:好的,謝謝!

  

PRUDELL:謝謝邀請!

  

PAULTRE:好的,電源現在真的很神奇,不是麼? 在很長一段時間裏,電源都是母線之後要解决的問題,都是電路板的邊緣問題,也是最後要討論的問題,現在由於存在能源預算和能源效率預期以及各種優化目標,因此電力是今天做任何事情時第一個要考慮的問題。 就好像電源處於一個新的“文藝復興”時期。 你對此有什麼看法,Bill?

  

SCHMITZ:嗯,電源是必需的,因為電動汽車、電燈以及冰柜等你所擁有的每件東西都要靠右電力運行。 構建或轉換這種電力,或找出從哪裡獲得這種電力都需要訣竅,而且要提高效率越來越難。

  

PAULTRE:你對此有什麼看法,Joe?

  

PRUDELL:當然,這就是為什麼我們進入海浪能源市場的原因,真的,我們在這裡是為了可創造一種可再生能源,無論它是在海洋中間還是我們可連接至電網的什麼東西。 在這種特定情况下,我們真正關注的是這些自主電力系統,這樣你就可以在海洋中央有一個電源插頭。 它是可再生的,可以持續很多年。 所以我們找到西北電力公司的原因是幫助我們創建一部分這些電源轉換器。

  

PAULTRE:Joe,這真的很有趣,因為替代能源科技的一個方面是新一代電源轉換科技的進步正在幫助實現這些應用。 很久以前,如果你用的是老式二極體橋接逆變器,就不會有這種效率,而且也不可能出現這種情況。 但現在我們真的可以實現這些概念。

  

PRUDELL:的確如此。 17 年前我們真的就是這樣開始的,現在我一直在研究,這是電源電子產業時代,半導體行業真的允許實現這些效率和電源轉換的進步。 說到我們的科技,也就是直接驅動科技,它真的依賴電源電子產品來執行效率轉換,我認為這是因發電機所產生的受到污染的電力。

  

PAULTRE:把它看作是受污染的電力非常有趣,因為那些低效率會在整個系統中蔓延,對吧? Bill,你知道在沒有良好的電源時會出現什麼情况。

  

SCHMITZ:嗯,的確。 所以我們已經習慣了,在過去,我們有清潔的良好 60 赫茲正弦波進入,相對來說在幾個百分點內進行良好穩壓,而且我們所要做的就是對其進行轉換並產生一些正常的 DC 電壓。

但能量有多種形式。 你有光伏,你有陽光,在這種情況下我們有波浪能。 有各種各樣的能源,它們的組織管道遠沒有你看到的從牆裏到插頭裏那樣有條理。

  

PAULTRE:Joe,你為什麼不說明一下這項科技的工作原理以及你們的解決方案實際是如何獲得波浪能並將其提供給用戶的?

  

PRUDELL:所以我認為我們一開始就有很多方面的轉換,這是最初的困難之一。 我們所執行的第一項轉換是將海洋運動轉化為機械能,這是我們在 C-Power 擁有的一項科技,能够準確高效地執行這項轉換。 在那裡,我們佈置了一台機器,實質上,對於這些小型動力系統而言,假設與你的普通割草機相關,大約為 40 馬力,對,5 到 10 千瓦。 但它可能需要 1 萬英尺磅的扭矩才能執行這項任務。 所以真正的科技是將高得難以置信的轉矩轉化為可用的電源,而且要真正高效地執行這項任務,當然,你需要經濟地轉換整個能量範圍,從一個電壓和頻率都很低的極低速度到一個電壓和頻率都很高的極高電壓。

然後對於每一個波浪,對於我們來說是隨機起伏不定的狀況、態勢,我們將每一波浪能量轉化成能量脈衝(束)。 但這種能量脈衝實際上只是高頻率的高壓脈衝。 在這種特定情况下,大多數時候會涉及這些小型器件,這就是我們與 Vicor 接洽的原因。 當我們降到千瓦或以下範圍時,我們只是試圖為我們的資料系統供電。 我們想用 DC 系統。 很多海上系統都是 48V。

為了達到這個目的,我們被動地轉換成 DC 母線,然後 Vicor 幫助我們把我認為不清潔的輸入脈衝DC電源轉換成了我們可以在能量存儲母線上穩壓的電源。 那裡還有其它形式的能量轉換,但這是普通工程電子產品可處理的工作。

  

PAULTRE:好的,這項挑戰很艱巨,不是嗎? Bill,你遇到的最大挑戰是什麼? 顯然,巨大的振幅本身就會帶來挑戰。 你能舉例說明你們是如何應對這一挑戰的嗎?

  

SCHMITZ:好的,我的方法是設法傾聽 Joe 說的每一件事,內容相當廣泛。 但是如果大家想一下,就會明白,C-Power 所做的轉換就是通過一些機器把這個波浪轉換成電力訊號,該訊號幾乎可完全複製波浪。 如果大家把一個不是正弦波的波浪想像成純粹的正弦波,它就是大量的正弦波。 但如果只有一個很好的大波,大家就會看到一個電壓脈衝,這個脈衝在相同的週期內與該波成正比。 而且該週期可能會相對較長。 所以問題是,必須先從一個非常低的電壓轉換,然後稍微線性上升或非線性上升到一個相對較高的電壓,再回到低電壓,然後再以一種相對高效的管道將其轉換出來,放在某個儲存設備中,並對其進行管理,這樣,當電壓很低時,這時候發電機會過流或超載,因為那裡的能量很少。 所以我們必須管理處於所有不同電壓和頻率範圍內的能量。

  

PAULTRE:這是一項巨大的挑戰。 所以 Joe,隨後一旦完成這項工作,你必須將其綜合到一個也包括存儲的系統中。 你最後決定執行何種存儲?

  

PRUDELL:我們有多種存儲管道。 我們有自己的中間存儲,可以使用許多不同的設備。 在這種情況下,我們使用超級電容器。 這就是我們將電源脈衝存儲到半穩定 DC 母線的地方。 就像我說的,該母線為半穩定。 我不會嘗試切斷電源,但很多 DC 電源範圍非常廣泛。 或許是 33 至 65V,也或許是其它範圍。

從那裡我們可以完成能量儲存,而且我們可以使用電池充電器並維護機載電池系統,和大家在汽車上看到的有點類似,在這裡可維護電池,而且它總是在那裡確保系統工作,以防引擎失靈,在這種情况下,就是防止波浪消失。 在一些自主電力系統中,我們能將電力一直推送到海底,在這裡我們有更大的存儲設施、更大的能源儲存設備。 所以根據設備大小,它或許是一個小型數據浮標(100W)、一個小型單元,或許是一個Vicor 轉換器、一個簡單的解決方案,支持機載存儲。 或者如果我們一直上升到 5kw 或 10kw 的範圍,這個設備非常大,你供電的負載也更大。 能量儲存其實主要根據負載類型從那裡選擇。

  

PAULTRE:好的,這實際上是一個很不錯的觀點,因為都涉及到對這種負載的管理。 那Bill,除此之外還有沒有滿足這類電源各種用戶需求的其它挑戰? 換句話說,我可以設想大部分挑戰都源於從轉換點到存儲點的地方,然而,還有從存儲點到使用點的挑戰嗎?

  

SCHMITZ:除了我和 Joe 一起進行的一些諮詢外,從儲存點到使用點,我個人並沒有參與。 我的工作實際主要是從波浪能到儲存設備的轉換,這部分實際上將Joe稱之為污電力或者我稱之為混沌電力的電力,變成了一個可控的電流電源到儲存設備中。 而且該電流電源在某種程度上也模仿了波浪脈衝。

  

PAULTRE:我認為這方面非常有趣。 Joe,你認為他們是否可以利用這些資訊為行業提供海洋資料和電力?

  

PRUDELL:哦,當然可以,而且是中央海洋數據。 我們可以非常輕鬆地獲取中央海洋數據。 我們一直在努力獲得下一種能力:我們對海洋的瞭解越多,能預測的就越多,我們從海洋獲取的能量品質也就越高。 實際上這相當一部分是我們的研究。

能量轉換總是假設有一種能達到目的的方法。 我們能找到一種轉換電源的方法。 這可能很難,但很多時候我們最終花了很多時間,只是想弄清楚其餘部分。

  

PAULTRE:非常棒,Joe! Joe、Bill,非常感謝你們在百忙之中抽出寶貴的時間來參加我們的節目,讓我們瞭解了這個項目。 我覺得這真的很有趣而且觀眾也會關注你們,我想提醒一下大家,如果你有問題要問我們,請在評論區提出問題,我們將確保 Bill 和 Joe 都能看到你們的問題。

再次感謝二比特! 非常感謝你們能抽出寶貴的時間出席!

  

SCHMITZ:謝謝邀請!

  

PRUDELL:是的,謝謝你! Alix。

  

Bill Schmitz,Vicor 電力系統公司總裁

1985 年畢業於岡薩加大學,獲電氣工程學位。 畢業後擁有一家消費類電子產品公司,主要從事電子產品銷售與服務業務。 1987 年,我搬到俄勒岡州波特蘭市,效力於一家電源公司,是一名維護工程師,主要從事故障根本原因分析,後來是一名設計工程師,主要從事定制分立式商業電源和軍事電源的設計工作。

1995 年,我與人合夥創立了 Vicor 公司的子公司西北電力,將 Vicor 組件用作覈心組件設計並製造定制電源。

本播客最初由 Evaluation Engineering 發表。

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