Raccolta di energia dalle onde oceaniche

C-Power è un pioniere nello sfruttamento efficiente dell'energia delle onde oceaniche per consentire nuove forme di applicazioni offshore. I sistemi di alimentazione offshore autonomi di C-Power promettono di sbloccare nuove applicazioni marine attraverso un'efficiente erogazione di energia e comunicazioni remote a banda larga.

Introduzione

La capacità di sfruttare l'energia delle onde oceaniche è un campo in costante e rapida evoluzione, che gli ingegneri stanno perfezionando per fornire generazione e stoccaggio di energia marittima in modo affidabile e conveniente, consentendo allo stesso tempo nuove forme di dati e servizi di comunicazione per le risorse offshore. Columbia Power Technologies, Inc. (C-Power), leader globale nei sistemi per l'energia delle onde, fondata nel 2005 e con sede a Corvallis, Oregon, sta contribuendo ad espandere e potenziare l'economia marina. C-Power fornisce i prodotti di cui l'economia marina ha bisogno per trasformare l'oceano da deserto energetico in un ambiente ricco di energia e dati. In qualità di leader mondiale nei sistemi di energia dalle onde, C-Power sta sviluppando soluzioni di generazione e stoccaggio di energia in modo affidabile, sostenibile e conveniente, semplici da trasportare e installabili in qualsiasi parte del mondo per un'ampia gamma di applicazioni, a vantaggio di settori critici come energia offshore, difesa e sicurezza, acquacoltura, scienza e ricerca nonché comunicazioni. I C-Power autonomous offshore power systems (AOPS) catturano l'energia meccanica delle onde e la convertono in energia utilizzabile per un'ampia gamma di applicazioni oceaniche come l'esplorazione e la produzione offshore di petrolio e gas, il sequestro del carbonio offshore, la ricerca oceanografica, l'acquacoltura e la difesa del territorio.

Figura 1

Stoccaggio dell'energia oceanica su scala dei kilowatt

Mentre molte altre aziende si concentrano su sistemi di grandi dimensioni e potenza, C-Power si concentra sulla potenza dell’ordine di grandezza dei kilowatt per reti di comunicazione dati offshore, inizialmente attraverso un progetto DARPA chiamato Wave Energy Buoy Systems (WEBS). Attraverso il progetto WEBS, C-Power ha scoperto un'opportunità sotto forma di generazione di energia localizzata per veicoli sottomarini, apparecchiature operative sottomarine e sensori in oceano aperto utilizzati per raccogliere dati ambientali. In precedenza, l'energia per queste applicazioni veniva generata utilizzando batterie di bordo costose, ingombranti e non ricaricabili o cavi elettrici sottomarini alimentati da una nave o da un generatore diesel. Con lo sviluppo di AOPS, C-Power ha aperto le porte a nuove applicazioni prima inimmaginabili fornendo una fonte di energia autonoma, ecologica e oceanica in grado di fungere anche da canale di comunicazione.

Un progetto per migliorare l'efficienza energetica e la trasmissione dati

L'ultima piattaforma AOPS, nota come SeaRAY, è la chiave per gli obiettivi a breve termine di C-Power, ovvero produrre sistemi di alimentazione che generano da 10 W a 1 MW a partire dalle onde dell'oceano. Per raggiungere i suoi obiettivi, C-Power ha creato un progetto SeaRAY AOPS con un elevato rapporto potenza/peso utilizzando la tecnologia di conversione di potenza di Vicor Corporation. L'ingombro ridotto dello schema di progettazione migliora la mobilità e la redditività commerciale, rendendo SeaRAY più facile da consegnare e configurare, risparmiando decine di migliaia di dollari in costi operativi giornalieri. Il progetto SeaRAY rende inoltre possibile la comunicazione dati remota e autonoma trasmettendo in tempo reale direttamente al cloud ciò che accade nell'oceano. In precedenza, i sistemi di raccolta dei dati marini erano molto limitati nell'ampiezza e nella frequenza della raccolta dei dati. L'utilizzo di reti cellulari e comunicazioni satellitari per trasferire i dati in tempo reale tra il cloud e SeaRAY, consente di raccogliere e consegnare con maggiore frequenza dati più ricchi di informazioni (Figura 2).

Figura 2

La principale sfida nella progettazione dell'alimentazione per C-Power è stata quella di conciliare le complesse proprietà energetiche delle onde oceaniche con gli esigenti requisiti di conversione dell'energia del SeaRAY. Il team di progettazione di Vicor Power Systems ha fornito un sistema in grado di convertire la potenza ad alta efficienza e caricare i dispositivi di accumulo di energia. L'unità è anche in grado di accettare segnali di controllo esterni dal sistema C-Power per soddisfare precise esigenze di conversione di potenza in tempo reale.

Il design di potenza scalabile di SeaRAY utilizza il bus converter fixed-ratio Vicor BCM® e i moduli di regolazione PRM™ con convertitori discreti multistadio complessi al fine di convertire in modo efficiente l'energia delle onde e fornire una potenza controllata. L'utilizzo di moduli di alimentazione ha consentito a C-Power di aumentare l'efficienza di conversione da circa il 50% a un intervallo compreso tra l'85% e il 94%.

Figura 3

Vicor Corporation, leader nei moduli di potenza ad altissime prestazioni, risolve le sfide di alimentazione più difficili offrendo innovazione e massimizzazione delle funzionalità del sistema. I moduli di potenza di Vicor sono facili da implementare e forniscono la massima densità ed efficienza consentendo reti avanzate di erogazione dalla fonte di alimentazione fino al point of load. Sono molte le aziende che cercano di catturare e convertire l'energia delle onde, ma farlo in un fattore di forma piccolo e compatto, riuscendo al contempo a soddisfare i bisogni dei clienti dal punto di vista operativo e logistico, non è semplice.

L'utilizzo di convertitori DC-DC Vicor stabili e wide-input ha fornito a C-Power il controllo necessario, poiché SeaRAY converte la potenza pulsata delle onde oceaniche in un bus DC variabile pur continuando a produrre una corrente costante a vari livelli di potenza. Inoltre, le topologie di conversione di potenza utilizzate nei moduli Vicor aiutano a ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche e il rumore a bordo del SeaRAY, che diversamente potrebbero compromettere l'accuratezza della misurazione del sensore.