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播客

捕获海洋能

拍打世界各地海岸线的海浪,可产生高达 2 - 300 万兆瓦的总电能。如果我们能利用这种能量,会是什么情况呢?

Ocean waves image

Power Systems Design 主持人 Jason Lomberg,与哥伦比亚电力技术公司首席执行官 Reenst Lesemann 的播客

您是否知道,海浪拍打世界各地的海岸线,可产生高达 2 - 300 万兆瓦的总电能?海洋是取之不尽用之不竭的免费清洁能源。然而,海浪能具有一些独特的挑战,很难解决。但现已取得一定的进展。

哥伦比亚电力技术公司 (C-Power) 位于俄勒冈州科瓦利斯市,是波浪能系统的全球领先企业,公司正在通过为海上应用提供经济高效的可靠发电与存储解决方案以及数据及通信服务,帮助扩展海洋经济。C-Power 自主海上电力系统 (AOPS) 漂浮在海上,不仅可捕捉机械波能,而且还可将其转换为可用的电力,用于广泛的应用。这种名为 SeaRAY 的 AOPS 设计可通过海浪产生 10W - 1MW 的电能。

哥伦比亚电力技术公司首席执行官 Reenst Lesemann 是 PSDcast 的嘉宾,与电源系统设计主持人 Jason Lomberg 讨论了其创新的电源设计以及 SeRAY 将带来的商机。

  

LOMBERG:欢迎收听 PSDcast,该节目主持人是电源系统设计的 Jason Lomberg。在可再生能源社区,不怎么讨论海浪能的收集,这是一件令人遗憾的事。虽然它不是很主流的太阳能或风能,但鉴于地球近四分之三都是水,而且据估计,拍打世界各地海岸线的波浪的总功率大约为 2 - 300 万兆瓦,因此收集海浪能可能是一个尚未开发的巨大商机。

在这里,哥伦比亚电力技术公司首席执行官 Reenst Lesemann 将讨论在转换海浪自然振荡中包含的动能和势能方面的一项新进展。C-Power 与 Vicor 强强联手,帮助开发了一种名为 SeaRAY 的新版自主海上电力系统。今天,我们将了解有关该最新平台的更多信息。

Reenst,非常感谢您抽出宝贵的参加我们的节目。在开始之前,您能给我们的听众简单介绍一下 C-Power 吗?

  

LESEMANN:没问题。早上好!Jason。谢谢您邀请我!C-Power 是一家海洋能源公司,我们正在提供一系列技术,将海洋能、海浪能和机械能转换成其它形式的可用能源。这种能源可能是电力,就像在我们今天要讲的、SeaRAY 的案例中一样。它可能是氢或氨,可能用于燃料电池。

  

LOMBERG:您能说明一下 C-Power 的工作重点如何与美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 称之为波浪能浮标系统的项目联系在一起吗?

  

LESEMANN:当然。作为 C-Power 公司,我们最初始于一项俄勒冈州立大学许可的技术。美国俄勒冈州是波浪能研究的学术重心之一。我们最初的使命(也是现在的使命)是为公用事业级系统服务。这些都是兆瓦级的大型设备,与电网连接,可为陆地上的千家万户以及企业提供大量能源。

在 DARPA 项目中,我们的实际合作对象是华盛顿大学应用物理实验室。这是一个美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 想要创建一个战术有线网络的项目(一个海上光纤网络),显然,需要为该网络供电。鉴于我们在公用事业级系统上所做的所有艰苦工作,我们能够迅速设计一款 100W 的小型系统,用来为该海上光纤网络供电。

对于我们而言,这的确就是我们了解这项业务的起点:我们过去一直在功率频谱的末端,兆瓦级别,而在遥远的另一端,在瓦特级与千瓦级,还存在巨大的潜在商机。该商机的驱动力是这个提供更多海上自主电子数字系统的需求,这些系统不需要船只和船员便可运行。

  

LOMBERG:咱们退后一步。一般而言,海浪能是一种可再生能源,怎么没有全面对其进行采集,请谈谈您的看法?

  

LESEMANN:我经常说,如果很容易,大家都会去做,这是最快捷的回答方式。其实这是一个很难的问题。任何有船或者在海上待过一段时间的人都知道,你在那里放的任何东西都会损坏,而且其损坏的时间都是在你不希望它损坏的时候,因为海洋的能量无穷无尽。大海风高浪急、非常汹涌。这需要你在海上使用的任何技术都具有一定的生存性和可靠性。

在你这样做时,问题是你倾向于过度设计一件设备。如果你过度设计,以确保其安全可靠、不会出问题,这往往会提高成本。一旦你提高了成本并增大了外形尺寸,这是一个很难解决的问题,而且所有这些限制条件都是不同的。

随后,你您开始思考客户的运营要求时,比如说,有人想在未来五年间全天候运行一套海上数据收集系统,而且不会有船只访问,你还有一整套其它要求,因此这就成了一个难度很大的命题。这是一个我们正在破解的密码,因为我们现在正在将我们的系统商业化,但这很难。

我认为,这是该资源未被充分利的主要原因,而且控制并利用的难度更高。风能和太阳能显然得到了利用,而且利用得非常好。但是现在出现了波浪能,它的出现是因为它是能量密度很高而且很有吸引力的资源。其能量密度明显高于来自风或太阳的风能或太阳能。所以很有吸引力,但我们不可能轻而易举地得到。

  

LOMBERG:听起来很有道理。请介绍一下 SeaRAY。它是什么设备?其目标何在?除了您刚才讲的,请问为什么一开始就需要它?

  

LESEMANN:我们从最后一部分开始吧。SeaRAY 是我们称之为海上自主电力系统的设备,简称 AOPS。它是必须的,有几个原因。如果要在海上做点什么,就需要大量的人力、资金和能源。如果您想一下就会明白,在海上做任何事情,都需要人力和能源。如果您想打破该链条并提供更多的自主服务和海上硬件,想想自动驾驶汽车、在海底执行任务的海底设备或者用于研究、国防或安全工作的无人服务船,所有这些都需要电能。如果您不想把船开到那里,其成本极高,您就需要有一个电源及数据解决方案。

SeaRAY AOPS,我们喜欢把它看作一个充电站、一个基站和一个数据服务器的组合,所有这些都封装在一个外壳中。海面上的 SeaRAY 波浪能系统,可捕获并转换波浪能,在本实例中将其转换为电能。我们让电池充满电。然后不管该设备是什么,无论是一款海底无人机、一款数据收集设备,还是一款运转设备,其工作都得靠电池。然后我们将数据云与该设备连接起来,这样就可实现实时、双向数据传输。

假设您在太平洋中部的海底有一套数据收集系统。它在收集数据时,会通过 AOPS 将数据传输至云端。然后您也可以在另一个方向发送数据,给它提供指令、对其进行开关或执行任何可能需要执行的任务。
  
LOMBERG:好的。现在我知道了,这是一种协作。Vicor 对该项目有什么贡献?添加 Vicor 组件后,SeaRAY 的设计转换效率是多少?
  
LESEMANN:我之前没有提到的一项海浪能的挑战是它是一种可变的资源。关键是我们要利用这种电能,使它以可用的形式存在。Vicor 对该项目的贡献是创建了一款稳定、宽范围的 DC-DC 转换器,该转换器真的可以在我们大量的设备上使用。我们目前的工作涉及三项技术:瓦特级、千瓦级(也就是 SeaRAY AOPS)和兆瓦级(也就是 StingRAY)。Vicor 系统可直接用于前两项技术:瓦特级和千瓦级。

然后从效率的角度来看,波浪能系统的效率是一个有点棘手的主题,对吧?因为存在水动力效率,我们捕捉并转换能源的效率非常高!然后还有机电设备和电力电子转换以及能量存储。但总的来说,我们这个系统的目标效率是 80% 左右。Vicor 转换器,在电压极低的情况下,其效率在 65% 左右,而随后在较高电压下真的会迅速上升到 95% 以上。这是处于 14VDC 和 400VDC 输入(来自我们的永磁发电机)之间的额定范围。

  

LOMBERG:非常出色。好的,谢谢 Reenst。我代表 PSD 感谢您在百忙之中抽出宝贵的时间来到这里。

播客最初由 PSDcast 发表。

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