Autonome Offshore-Energiesysteme (AOPS) fangen die mechanische Energie von Wellen ein und wandeln sie in nutzbaren Strom für eine Vielzahl von Anwendungen im Ozean um, wie z. B. Offshore-Öl- und Gasexploration und -förderung, Offshore-Kohlendioxidgewinnung, ozeanographische Forschung, Aquakultur und Verteidigung.
Meeresenergiegewinnung im Kilowattbereich
C-Power hat sich auf das aufstrebende Gebiet der Meeresenergiegewinnung spezialisiert (Abbildung 1). Während andere Unternehmen große Systeme im Megawattbereich entwickeln, konzentriert sich C-Power auf abgelegene Systeme im Kilowattbereich für Offshore-Datenkommunikationsnetze, zunächst im Rahmen eines DARPA-Projekts namens WEBS (Wave Energy Buoy Systems).
Das WEBS-Projekt ermöglichte es C-Power, ein vielversprechendes Potenzial in der dezentralen Stromerzeugung für Unterwasserfahrzeuge, Tauchgeräte und Sensoren zu entdecken, die im offenen Meer zur Erfassung von Umweltdaten eingesetzt werden. Bisher wurde der Strom für diese Anwendungen mit teuren, sperrigen und nicht wiederaufladbaren Batterien erzeugt, die entweder an Bord installiert oder über ein Unterwasserkabel von einem Schiff oder einem Dieselgenerator gespeist wurden. Die Entwicklung von AOPS eröffnete C-Power völlig neue Anwendungsmöglichkeiten mit einer autonomen, umweltfreundlichen, ozeanbasierten Energiequelle, die gleichzeitig als Kommunikationskanal dient.
Die neue AOPS-Plattform SeaRAY ist zentraler Bestandteil der kurzfristigen Strategie von C-Power, die sich auf die Produktion von Wellenenergieanlagen mit einer Leistung von 10 W bis 1 MW konzentriert. Um diese Ziele auch bei niedrigeren Leistungsstufen zu erreichen, entwickelte C-Power für SeaRAY ein AOPS-Design mit einem hohen Leistungsgewicht und nutzt dabei die Leistungsumwandlungstechnologie der Vicor Corporation. Die kompakte Bauweise verbessert die Mobilität und Wirtschaftlichkeit, erleichtert die Lieferung und Installation von SeaRAY und spart Zehntausende von Dollar an Betriebskosten.
Das Design von SeaRAY ermöglicht zudem die Fern- und autonome Kommunikation durch die Übertragung von Echtzeitdaten aus dem Ozean in die Cloud. Bisher waren marine Systeme hinsichtlich Datenmenge und -frequenz eingeschränkt. Die Nutzung von Mobilfunknetzen und Satellitenkommunikation für den Echtzeitdatenaustausch zwischen Cloud und SeaRAY ermöglicht die Erfassung und häufigere Übermittlung größerer Datenmengen (Abbildung 2).
Energiegewinnung aus einer sich ständig ändernden Quelle
Die größte Herausforderung für C-Power bestand darin, die komplexen Eigenschaften der Wellenenergie mit den anspruchsvollen Anforderungen von SeaRAY an die Leistungsumwandlung in Einklang zu bringen. Diese Anforderungen umfassten einen sehr breiten Eingangsspannungsbereich von 30:1, der die Unberechenbarkeit der Wellen widerspiegelt. Das Entwicklungsteam von Vicor Power Systems lieferte ein System, das hocheffizient Leistung umwandelt und die Energiespeicher lädt. Die Lösung verarbeitet zudem externe Steuersignale von C-Power, um die Anforderungen an die Echtzeit-Umwandlung präzise zu erfüllen.
Abbildung 3. SeaRAY verwendet Vicor BCM® Festverhältnis-Busumrichter und PRM™ Reglermodule mit diskreten Mehrphasenumrichtern zur Umwandlung von Wellenenergie und zur Bereitstellung von geregelter Leistung.
SeaRAY wandelt Wellenenergieimpulse in einen variablen Gleichstromzwischenkreis um und erzeugt dabei einen konstanten Strom für verschiedene Leistungsstufen. Die in den Modulen verwendeten Leistungswandlungstopologien tragen dazu bei, elektromagnetische Störungen und Rauschen von SeaRAY zu minimieren, die andernfalls die Messgenauigkeit des Sensors beeinträchtigen könnten.
