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Vicorpower News
Évolution majeure dans la collecte d’énergie houlomotrice
Les générateurs électriques autonomes offshore C-Power promettent d’ouvrir la voie à de nouvelles applications marines, grâce à une production d'énergie à haut rendement à des communications à distance à large bande passante.
L’exploitation de l'énergie des vagues - aussi appelée énergie houlomotrice - est un domaine qui évolue rapidement, et que les ingénieurs maritimes perfectionnent pour permettre une production et un stockage en mer fiable et rentable, tout en permettant de proposer de nouvelles formes de services de collecte et de transmission de données en mer.
Columbia Power Technologies, Inc. (C-Power), leader mondial des systèmes d'énergie houlomotrice basé à Corvallis, dans l'Oregon (États-Unis), contribue à l'expansion de l'économie maritime en proposant une production et un stockage d'énergie fiable et rentable, ainsi que des services de données et de communication pour les équipements offshore. Les générateurs autonomes offshore (AOPS pour Autonomous Offshore Power Systems) de C-Power captent l'énergie mécanique de la houle et la convertissent en énergie utilisable pour un large éventail d'applications, telles que l'exploration et la production de pétrole et de gaz en mer, le piégeage du carbone en mer, la recherche océanographique, l'aquaculture et la défense nationale.
Collecter de l'énergie houlomotrice à l'échelle du kilowatt
Fondée en 2005, C-Power a évolué au fur et à mesure du développement de son expertise dans le domaine de la collecte d'énergie houlomotrice (Figure 1). Alors que d'autres entreprises s'intéressent aux gros systèmes de plusieurs mégawatts, C-Power se concentre sur l'alimentation à distance, à l'échelle du kilowatt, de réseaux de transmission de données en mer, initialement dans le cadre d'un projet DARPA appelé WEBS (Wave Energy Buoy Systems, ou systèmes de bouées houlomotrices).
Grâce au projet WEBS, C-Power a découvert une opportunité naissante sous la forme d'une production d'énergie localisée pour les véhicules et équipements d'exploitation sous-marins, ainsi que pour les capteurs installés en pleine mer pour collecter des données environnementales. Auparavant, l'énergie nécessaire à ces applications était fournie par des batteries embarquées coûteuses, encombrantes et non-rechargeables, ou par des câbles électriques sous-marins alimentés par un navire ou un générateur diesel. Avec le développement des générateurs autonomes, C-Power a ouvert la voie à de nouvelles applications jusqu’alors inimaginables, en proposant une source d'énergie autonome, respectueuse de l'environnement, portée par l'océan et capable de servir en plus de canal de communication.
SeaRAY améliore l'efficacité énergétique et la communication des données
La toute nouvelle plateforme AOPS, dénommée SeaRAY, est au cœur de l'objectif à court terme de C-Power, qui est de produire des systèmes capables de générer de 10 W à 1 MW, à partir de la houle. Pour atteindre ses objectifs à l'extrémité basse de cette gamme de puissance, C-Power a créé un AOPS SeaRAY offrant un rapport puissance/poids élevé, grâce à la technologie de conversion d’énergie de Vicor Corporation. Son faible encombrement général améliore la mobilité et la viabilité commerciale, ce qui rend le SeaRAY plus facile à livrer et à installer, et permet d'économiser des dizaines de milliers de dollars en coûts d'exploitation quotidiens.
La conception du SeaRAY permet des communications de données à distance de manière autonome en envoyant des informations de l'océan vers le Cloud. Utiliser les réseaux cellulaires et des communications par satellite pour transmettre les données en temps réel entre le Cloud et le générateur autonome offshore SeaRAY permet de collecter et de transmettre plus souvent des données plus riches.
« Nous avions vraiment besoin d'un système CC-CC à large plage d’entrée, quelque chose que nous puissions commander et réguler pendant que nous convertissons l'énergie pulsée de la houle en un bus CC relativement stable, » explique Joe Prudell, Ingénieur électricien R&D chez C-Power. « C'est extrêmement difficile. Pouvoir le faire à différents niveaux de puissance grâce aux modules de puissance Vicor est un véritable atout. »
La conception du SeaRAY permet aussi la communication autonome de données à distance en transmettant en temps réel au Cloud ce qui se passe sur la mer. Jusqu'à présent, les systèmes de collecte de données marines étaient limités en volume de données et en fréquence de collecte. Utiliser les réseaux cellulaires et des communications par satellite pour transmettre les données en temps réel entre le Cloud et le SeaRAY permet de collecter et de transmettre plus souvent des données plus riches (Figure 2).
Collecter l'énergie issue d'une source fluctuant en permanence
Le principal défi de conception pour C-Power était de concilier les propriétés complexes de l'énergie houlomotrice avec les contraintes de conversion d’énergie du SeaRAY. Celles-ci incluent une plage d'entrée ultra-large (dans un rapport de 1 à 30), qui reflète la nature imprévisible de la houle. L'équipe de conception de Vicor Power Systems a su fournir un système capable de convertir l'énergie avec un rendement élevé, et de charger les dispositifs de stockage d'énergie. L'unité est également capable d'accepter des signaux de commande externes du système C-Power pour répondre aux besoins précis en temps réel de conversion d’énergie.
« Savoir convertir un profil de puissance très instable en une énergie rentable et pratique, puis conditionner cette énergie pour la rendre utilisable par une large gamme de charges utiles mobiles et statiques, constitue une véritable performance de pointe, » déclare Reenst Lesemann, Président Exécutif de C-Power. « Personne n’avait encore été capable d’y parvenir. »
Le système de gestion d’énergie échelonnable du SeaRAY utilise des convertisseurs de bus Vicor BCM® à rapport fixe, et des modules régulateurs PRM avec des convertisseurs discrets complexes à plusieurs étages, pour convertir avec un bon rendement l'énergie turbulente et imprévisible de la houle, afin de fournir une puissance bien contrôlée. Cela a permis à C-Power d'augmenter le rendement de conversion du SeaRAY d'environ 50%, pour obtenir entre 85 et 94% !
Le SeaRAY utilise les modules Vicor BCM® convertisseur de bus à rapport fixe et régulateur PRM à convertisseurs discrets complexes multi-étages pour convertir efficacement l'énergie de la houle et fournir une puissance contrôlée. En utilisant des modules d'alimentation, Vicor a développé un réseau de distribution d’énergie qui a permis au SeaRAY de voir son rendement de conversion passer de 50% à plus de 90%.
L'utilisation de convertisseurs continu-continu Vicor à la fois stables et à large plage d’entrée, a permis à C-Power d'obtenir le contrôle nécessaire, puisque le SeaRAY convertit l'énergie pulsée des vagues en un bus CC variable, tout en produisant un courant constant à différents niveaux de puissance. De plus, les topologies de conversion d’énergie mises en œuvre dans les modules Vicor minimisent les parasites électromagnétiques (EMI) et le bruit à bord du SeaRAY, qui pourraient compromettre la précision de mesure des capteurs.
« De nombreuses entreprises tentent de capter et de convertir l'énergie houlomotrice, mais c'est autre chose de le faire dans un format compact, tout en répondant aux besoins des clients d'un point de vue opérationnel et logistique, » déclare M. Lesemann. « C'est dans ce domaine que nous avons réussi, avec l'aide de Vicor, à nous distinguer vraiment de tous les autres. »
En savoir plus sur SeaRAY et l'énergie houlomotrice
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