藉由高效能源傳輸及遠(yuǎn)端高頻寬通訊技術(shù)，C-Power自主無(wú)人海上電力系統(tǒng)，提升海上資料與通訊服務(wù)，開啟新的海上應(yīng)用。

開發(fā)利用浪潮能是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，海洋工程師正在改進(jìn)技術(shù)，以提供可靠、經(jīng)濟(jì)高效的海上能源開發(fā)與儲(chǔ)存，並實(shí)現(xiàn)全新的海上資料與通訊服務(wù)。

哥倫比亞電力技術(shù)公司（C-Power）提供的波浪能源系統(tǒng)，透過為海上設(shè)備提供可靠、經(jīng)濟(jì)高效的發(fā)電與儲(chǔ)存解決方案，以及資料和通訊服務(wù)，幫助擴(kuò)展海洋經(jīng)濟(jì)，以期將海洋從電力沙漠變?yōu)殡娏百Y料皆很豐富的環(huán)境。C-Power自主海上無(wú)人電力系統(tǒng)（AOPS）可攫取機(jī)械動(dòng)能並將其轉(zhuǎn)化為可用的電力，適合於廣泛的海洋應(yīng)用，例如海洋油氣探勘與生產(chǎn)、海洋碳封存、海洋研究、水產(chǎn)養(yǎng)殖與國(guó)土防禦等。

採(cǎi)集千瓦級(jí)海洋能源

C-Power成立於2005年，隨著其在新興海洋能源採(cǎi)集領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，積極實(shí)現(xiàn)各種新型海上應(yīng)用（圖1）。當(dāng)其他公司追求大型兆瓦級(jí)系統(tǒng)時(shí)，C-Power公司專注於為海上資料通訊網(wǎng)路提供遠(yuǎn)端千瓦級(jí)電力，最初是透過參與DARPA的一個(gè)名為「波浪能源浮標(biāo)系統(tǒng)」（WEBS）的專案實(shí)現(xiàn)的。

圖1 : 雖然太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展備受關(guān)注，但C-Power高效利用海浪能源，為實(shí)現(xiàn)各種新型海上應(yīng)用的先鋒，這些應(yīng)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(guó)土防禦等。

C-Power透過WEBS專案發(fā)現(xiàn)了早期商機(jī)，即為水下機(jī)器人、海洋水下操作設(shè)備以及用於收集環(huán)境資料的公海感測(cè)器進(jìn)行就地發(fā)電。在此之前，這些應(yīng)用需要使用昂貴、笨重的非充電機(jī)載電池供電，或從船舶或柴油發(fā)電機(jī)透過水下電線供電。隨著AOPS的發(fā)展，C-Power提供一種自主、環(huán)保、同時(shí)可用作通訊管道的海上電源，開啟了一扇無(wú)法想像的全新應(yīng)用之門。

提高電源效率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)通訊

名為SeaRAY的最新AOPS平臺(tái)是C-Power近期工作重點(diǎn)的關(guān)鍵，所帶來(lái)的電源系統(tǒng)能夠利用波浪發(fā)電10W到1MW。為了能在較低功率級(jí)別頻譜實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，C-Power使用Vicor公司的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，設(shè)計(jì)具有高功率重量比的SeaRAY AOPS。小型化的設(shè)計(jì)增強(qiáng)了機(jī)動(dòng)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(wàn)美元的日常營(yíng)運(yùn)成本。

C-Power公司高級(jí)研發(fā)電氣工程師Joe Prudell表示：「我們真的需要寬範(fàn)圍的 DC-DC電源轉(zhuǎn)換器，將脈衝波浪能轉(zhuǎn)換為半穩(wěn)定DC電源時(shí)，這種電源可以對(duì)其進(jìn)行控制和穩(wěn)壓。這項(xiàng)工作極具挑戰(zhàn)性。使用Vicor電源模組能在不同功率下執(zhí)行這項(xiàng)工作。」

此外，SeaRAY 設(shè)計(jì)還可實(shí)現(xiàn)自主遠(yuǎn)端資料通訊，將海洋發(fā)生的事件即時(shí)傳輸至雲(yún)端。以前，海洋資料取得系統(tǒng)在資料取得的廣度和頻率上都有限制。使用蜂巢式網(wǎng)路和衛(wèi)星通訊在雲(yún)端與SeaRAY之間即時(shí)傳輸資料，可以更頻繁地採(cǎi)集並提供更多、更豐富的資料（圖2）。

圖2 : SeaRAY的設(shè)計(jì)可讓資訊從海洋直接發(fā)送到雲(yún)端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端、自主數(shù)據(jù)通訊。使用蜂巢式無(wú)線網(wǎng)路和衛(wèi)星通訊在雲(yún)端與 SeaRAY AOPS之間即時(shí)傳輸資料，可以更頻繁地採(cǎi)集並提供更多、更豐富的資料。

從不斷變化的電能來(lái)源中擷取能量

C-Power的主要電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是協(xié)調(diào)整合複雜的波浪能源與SeaRAY嚴(yán)苛的電源轉(zhuǎn)換需求。這包括超寬的30:1輸入範(fàn)圍，它反映了波浪不可預(yù)測(cè)的特性。Vicor電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)能夠高效轉(zhuǎn)換電源並為儲(chǔ)能設(shè)備充電的系統(tǒng)。此外，該單元還可接受來(lái)自C-Power系統(tǒng)的外部控制信號(hào)，以即時(shí)匹配精確的電源轉(zhuǎn)換需求。

C-Power執(zhí)行長(zhǎng)Reenst Lesemann指出：「能夠?qū)⒎浅＜值碾娫磁渲棉D(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)高效的實(shí)用解決方案，然後對(duì)電源進(jìn)行調(diào)整，並將其轉(zhuǎn)化為可用於多種行動(dòng)及靜態(tài)負(fù)載的可用能源，的確是一種領(lǐng)先技術(shù)。」

SeaRAY的可擴(kuò)展電源設(shè)計(jì)使用Vicor BCM固定比率轉(zhuǎn)換器和PRM穩(wěn)壓器模組，及複雜的多級(jí)分立式轉(zhuǎn)換器，可高效轉(zhuǎn)換洶湧、不可預(yù)測(cè)的波浪動(dòng)能，並提供可受控制的平穩(wěn)電源。這幫助C-Power將SeaRAY設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器和PRM穩(wěn)壓器模組，支援及複雜的多級(jí)分立式轉(zhuǎn)換器，可高效轉(zhuǎn)換洶湧、不可預(yù)測(cè)的波浪動(dòng)能，並提供可受控制的平穩(wěn)電源。這幫助C-Power將SeaRAY設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換效率從 50% 左右提高到超過 90%.

Vicor穩(wěn)定寬輸入DC-DC轉(zhuǎn)換器的使用為C-Power提供了亟需的控制，因?yàn)?SeaRAY不僅可將脈衝波浪電源轉(zhuǎn)換為各準(zhǔn)位的穩(wěn)定DC電源，同時(shí)還可在不同的功率下產(chǎn)生恆定電流。此外，Vicor模組中使用的電源轉(zhuǎn)換拓?fù)溥€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(cè)器測(cè)量準(zhǔn)確度。

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