Теперь устройство C4 компании CorPower Ocean продемонстрировало уникальную способность настраиваться и отключаться в зависимости от состояния моря, ограничивая реакцию на экстремальные штормовые волны (до 18,5 м) и одновременно усиливая движение и захват энергии в обычных волнах с помощью новой технологии управления фазой.

Прогресс знаменует собой важнейшую веху в развитии волновой энергетики, устраняя два основных препятствия, которые до сих пор мешали коммерческому внедрению - живучесть и эффективное производство энергии в нормальных условиях океана.

Точка перегиба служит надежным сигналом готовности волновой энергии к широкомасштабному внедрению.

С момента развертывания в августе 2023 года были успешно проверены все ключевые аспекты функционирования системы C4, включая экспорт электроэнергии в сеть, автоматическое управление и мониторинг системы, а также безопасные методы эксплуатации и обслуживания (O&M).

Собранные данные позволили откалибровать цифрового двойника - обширную цифровую модель, используемую для прогнозирования поведения системы. Измеренные данные движения и выходной мощности машины, работающей с новым фазовым управлением "WaveSpring", немного превысили прогнозы цифрового двойника для используемых настроек оборудования. Первый этап эксплуатации был успешно завершен отключением и буксировкой устройства C4 обратно на наземную базу CorPower Ocean в Виана-ду-Каштелу для первого планового цикла технического обслуживания. Демонстрация эффективных методов технического обслуживания и ремонта является ключевой целью программы развертывания C4, чтобы поддержать масштабирование волновых ферм в будущем.

После завершения первой проверки на месте и цикла технического обслуживания C4 будет вновь развернут на площадке в Агукадуре, и демонстрационная программа продолжится. Более подробная информация о результатах первого этапа эксплуатации C4 представлена ниже.


Выживаемость в условиях шторма

Жизнеспособность ВЭС C4 была проверена четырьмя сильными штормами, и после каждого шторма была подтверждена способность возобновить работу и экспорт электроэнергии в сеть. Напомним, что CorPower C4 надежно работает во время штормов Babet и Aline (corpowerocean.com). Самый энергичный период пришелся на 4 ноября: шторм Domingos обрушил на объект шквал с высотой волн до 18.5 м, что, по данным Гидрографического института Португалии, является историческим рекордом для северного региона. CorPower C4 установил новый рекорд выживаемости в штормах (corpowerocean.com)

Компания CorPower Ocean и ее партнеры по программе Pilot Access Program (PAP) смогли проверить принципы проектирования для надежной работы в условиях экстремальных волн, которые обеспечивает режим Survival устройства CorPower C4. Работая в режиме "Выживание", который является естественным состоянием системы, устройство продемонстрировало очень малую реакцию на падающие волны, несмотря на то, что корпус ВЭС полностью погружался в воду во время пиков волн, регулярно возникавших во время этих штормов. На приведенном ниже графике синяя кривая показывает высоту волны, оцененную бортовыми датчиками 4 ноября 2023 года, при волнах до 18,5 м, а зеленая кривая показывает движение оборудования, измеренное датчиками редуктора с точностью до нескольких дециметров.

Низкий уровень движения оборудования (в пределах дециметров) при этих экстремальных волнах подтверждает эффективность принципа отстройки, используемого в режиме выживания, с почти на два порядка меньшим движением оборудования по сравнению с падающими волнами. Подтверждение очень низкой реакции на штормовые волны рассматривается как один из наиболее важных результатов океанской демонстрации C4 на сегодняшний день. Устойчивость к штормам исторически была одной из самых больших проблем для устройств, использующих энергию волн.


Настроенная работа

Результаты выживаемости можно сравнить с данными измерений, когда C4 работает в настроенном режиме, в котором наблюдалось движение механизмов до 3 м при падающих волнах 1 м. При активации технологии фазового управления WaveSpring система начинает колебаться в фазе с волнами, что, как было подтверждено, значительно усиливает реакцию оборудования на падающие волны.


Настройка и отстройка - ключевая особенность конкурентоспособной волновой энергетики

Способность настраивать и отключать устройство в зависимости от условий океана, ограничивая реакцию на шторм и усиливая движение и захват энергии на обычных волнах, была наглядно продемонстрирована во время эксплуатации C4 в Агукадуре. Проверка усиленного движения и захвата энергии системой фазового контроля рассматривается как ключевой результат демонстрационного проекта HiWave-5.

Функцию настройки и отстройки ВЭС CorPower Ocean можно сравнить с ветряными турбинами, где все современные турбины имеют функцию наклона лопастей для изменения реакции на ветровые условия, ограничивая нагрузку в шторм и оптимизируя отдачу в обычных условиях. Мы считаем, что добавление подобной функции к энергии волн - ключ к тому, чтобы сделать ее надежным и конкурентоспособным источником чистой энергии.


Показатели мощности

В период ввода в эксплуатацию основное внимание уделялось проверке безопасной и надежной работы в любых условиях океана и тщательному тестированию каждой функции системы. Устройство эксплуатировалось с ограниченными диапазонами движения, обеспечивающими дополнительный запас прочности за счет ограничения максимально допустимой скорости и хода механизма, а для управления машиной в течение большей части периода использовался надежный, но простой контроллер выходной мощности. Была зарегистрирована пиковая мощность до 600 кВт.

Было установлено, что конфигурация электрической трансмиссии ограничивает пиковую мощность до 600 кВт. Во время первого цикла технического обслуживания на суше планируется внести изменения в трансмиссию, чтобы увеличить мощность до 850 кВт. Из-за ограниченного диапазона движения и ограничения мощности до 600 кВт, в течение первого эксплуатационного периода настроенная работа была ограничена умеренными морскими условиями. В тех районах моря, где можно было проверить работу в режиме настройки, измеренная мощность немного превышала прогнозы цифрового двойника при тех же настройках оборудования.


Калибровка цифрового двойника

Цифровой двойник (подробная численная модель) системы был откалиброван с использованием измеренных данных о движении, мощности и внутренней динамике механизмов. Было установлено, что цепь преобразования мощности представлена точно, с близким соответствием между измеренными и смоделированными данными, демонстрируя типичное соответствие в диапазоне 96-99%. Это указывает на то, что компоненты системы отбора мощности представлены точно, с соответствующими потерями и картами эффективности. Было обнаружено, что гидродинамические модели немного недооценивают поглощение энергии океанских волн корпусом ВЭС, в результате чего измеренное движение и мощность в океане немного превышают прогнозы цифрового двойника для измеренных состояний моря и конкретных используемых настроек оборудования. В дальнейшем можно ожидать корректировки нелинейных корректирующих функций гидродинамической модели на основе данных измерений и продолжающихся исследований в области нелинейной гидродинамики в сотрудничестве с ведущими академическими группами.


Дистанционный мониторинг и управление

Функции удаленного мониторинга и управления были проверены в центре управления CorPower Ocean. Первоначально система C4 находилась под круглосуточным наблюдением операторов, которое впоследствии было сведено к периодическим проверкам по мере выполнения программы ввода в эксплуатацию, а система наблюдения посылала операторам сигналы тревоги в случае возникновения событий, требующих внимания.


Якорь UMACK

Первый коммерческий якорь UMACK, разработанный CorPower Ocean в сотрудничестве с европейскими партнерами, был установлен на площадке Агукадура с песчаным морским дном на глубине 45 м. Более подробную информацию об этой геотехнической инновации можно найти здесь Развернутый якорь UMACK коммерческого масштаба CorPower Oceans. Во время первого рабочего цикла с устройством C4, подключенным к якорю UMACK, было проверено стабильное удержание станции.


Эксплуатация и обслуживание (O&M)

Методы буксировки и подключения системы C4 были успешно продемонстрированы в августе 2023 года на развернутом в Португалии преобразователе волновой энергии CorPower Ocean. После этого методы пилотируемого доступа в море к системе были рассмотрены и одобрены сторонними экспертами по безопасности, что впоследствии позволило техническим специалистам CorPower Ocean получить доступ к машине на месте для проведения внутренних проверок и мелких вмешательств.

После завершения испытаний на первом этапе ввода в эксплуатацию были успешно продемонстрированы методы освобождения и буксировки устройства для плановой проверки на суше и цикла технического обслуживания. Процесс освобождения включает в себя дистанционное приведение в действие быстроразъемного соединения, расположенного между нижней частью швартовной системы и якорем UMACK, что позволяет устройству всплыть на поверхность. Период эксплуатации позволил получить ценные знания о методах технического обслуживания и эксплуатации, которые позволят в будущем обеспечить эффективную и недорогую эксплуатацию волновых ферм коммунального масштаба.


Следующие шаги

В настоящее время система C4 проходит запланированную проверку на суше. Также будут проведены корректировки и модернизация на основе опыта, полученного в ходе первого цикла эксплуатации. После завершения работ система будет передислоцирована в Агукадуру и пройдет этап наращивания мощности, чтобы продемонстрировать полную мощность, включая дальнейшее совершенствование методов управления. После завершения программы ввода в эксплуатацию начнется этап оценки энергоэффективности в соответствии со стандартом IEC/TS 62600-100.