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、經濟高效的海洋能源發(fā)與存儲，并實現全新的海上數據與通信服務。

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、經濟高效的發(fā)電與存儲解決方案以及數據及通信服務，幫助擴展海洋經濟。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、海洋碳封存、海洋研究、水產養(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，實現各種新型海上應用的先鋒，這些應用包括油氣勘探與生產、海上碳封存、海洋研究、水產養(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據通信網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) 的項目實現的。

C-Power 通過 WEBS 項目，發(fā)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于收集環(huán)境數據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，增強數據通信

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，實現遠程、自主數據通信。使用蜂窩網絡和衛(wèi)星通信在云端和 SeaRAY AOPS 之間實時傳輸數據，可以更頻繁地采集并提供更多、更豐富的數據。

此外，SeaRAY 設計還可實現自主遠程數據通信，將海洋發(fā)生的事件實時傳輸至云端。以前，海洋數據采集系統(tǒng)在數據采集的廣度和頻率上都有限制。使用蜂窩網絡和衛(wèi)星通信在云端和 SeaRAY 之間實時傳輸數據，可以更頻繁地采集并提供更多、更豐富的數據。

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?！?

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?！?