潮汐渦輪機(jī)中的EtherCAT
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時(shí)間：2016-12-19
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將北海的潮汐能用作替代能源正吸引著學(xué)術(shù)界和業(yè)界的日益關(guān)注。與 2002 年成立的新蘇格蘭公司 Scotrenewables Tidal Power Ltd. 已開(kāi)發(fā)出專(zhuān)為北海惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)的創(chuàng)新型潮汐渦輪發(fā)電機(jī)。與傳統(tǒng)的系統(tǒng)不同，新型潮汐渦輪機(jī)不需要在海底進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)安裝固定，而是浮在水面上。所有的控制功能都由基于 EtherCAT 的集成式 PC 控制平臺(tái)處理。
位于蘇格蘭 Stromness 的海洋再生能源技術(shù)開(kāi)發(fā)商Scotrenewables Tidal Power 已開(kāi)發(fā)出了漂浮式潮汐渦輪發(fā)電機(jī) SR250。其創(chuàng)新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得成本大大降低，所以，潮汐能將在不久的將來(lái)對(duì)再生能源做出巨大貢獻(xiàn)。
穩(wěn)健創(chuàng)新的設(shè)計(jì)
用于在北海惡劣環(huán)境下工作的系統(tǒng)必須穩(wěn)健且高度可靠，只需要最小量的維護(hù)要求。一臺(tái) 250 kW 的 SR250 樣機(jī)目前正在奧克尼群島外的 Fall of Warness 潮汐能測(cè)試中心進(jìn)行為期兩年的徹底測(cè)試，測(cè)試由歐洲海洋能源中心（EMEC）進(jìn)行。
兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子從潮汐中獲取動(dòng)能，動(dòng)能隨后由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能并由被埋在海底的電纜傳輸上岸。潮汐渦輪機(jī)本質(zhì)上包括一個(gè)柱形管，與水平軸平行的轉(zhuǎn)子由折疊支柱連接到柱形管上。支柱使得潮汐渦輪機(jī)可采取兩種位置：運(yùn)行模式下，轉(zhuǎn)子將延長(zhǎng)至水下。運(yùn)輸和生存模式下，例如，設(shè)備將在巨浪下運(yùn)行，轉(zhuǎn)子將縮回以避免過(guò)度負(fù)荷。
低廉的運(yùn)行成本確保了在競(jìng)爭(zhēng)性行業(yè)中的生存能力
在潮汐渦輪機(jī)開(kāi)發(fā)中，Scotrenewables 的主要目標(biāo)就是安裝和運(yùn)行簡(jiǎn)單、易于訪問(wèn)、維護(hù)輕松和穩(wěn)健。Scotrenewables 堅(jiān)信，與其它再生能源相比，運(yùn)行成本將是潮汐能主要的競(jìng)爭(zhēng)力因素。傳統(tǒng)的潮汐發(fā)電廠通常需要具有相關(guān)地基的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)和用于在海域安裝和維護(hù)的昂貴專(zhuān)用設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)施，包括重型起重船等。相比之下，Scotrenewables 開(kāi)發(fā)的漂浮式潮汐渦輪機(jī)可用通用作業(yè)船進(jìn)行安裝，使得過(guò)程費(fèi)用大大降低。一旦運(yùn)行，發(fā)電廠可快速且經(jīng)濟(jì)有效地拖到工作點(diǎn)進(jìn)行工作或拖回港口進(jìn)行維護(hù)。
專(zhuān)為北海惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)的潮汐渦輪機(jī)的建設(shè)。
SR520 使用 Beckhoff 完全集成的控制平臺(tái)，包括工業(yè) PC、防護(hù)等級(jí)為 IP 67 的 EtherCAT I/O 和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件。其控制發(fā)電廠的所有運(yùn)行功能，包括渦輪機(jī)臂運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)記錄、操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控。“SR250 的系統(tǒng)通信基于 EtherCAT 環(huán)型拓?fù)?/strong>，提供了線路冗余且在斷線情況下確保了系統(tǒng)運(yùn)行。這種設(shè)計(jì)確保了快速的配置，在配置期間只需要連接少數(shù)低壓電纜。本系統(tǒng)可控制所有活動(dòng)件，包括液壓系統(tǒng)并可與變速驅(qū)動(dòng)器等外部裝置通信。所有的監(jiān)控任務(wù)都由 TwinCAT HMI 工具處理，無(wú)需驅(qū)動(dòng)程序或其它通信協(xié)議。在 TwinCAT HMI 工具中，變量在相同的軟件中被處理為程序邏輯。
至于將來(lái)，Scotrenewables 正按計(jì)劃進(jìn)行用于商業(yè)應(yīng)用的下一代 2 MW 渦輪機(jī)的開(kāi)發(fā)。SR2000 設(shè)計(jì)用于以 3 m/s 的流速實(shí)現(xiàn) 2 MW 的額定輸出，這就意味著其將成為世界上馬力最大的潮汐渦輪機(jī)，甚至可能是迄今為止馬力最大的。
用于在北海發(fā)電的潮汐渦輪機(jī)“場(chǎng)”模型。Scotrenewables 目前正在開(kāi)發(fā)的 SR2000 有望以 3 m/s 的流速實(shí)現(xiàn) 2 MW的額定輸出
帶未折疊支柱的潮汐渦輪機(jī)，其上安裝有轉(zhuǎn)子。運(yùn)行模式下（水下），轉(zhuǎn)子將延長(zhǎng)；運(yùn)輸和“生存”模式下 – 例如在巨浪下 – 轉(zhuǎn)子縮回以避免過(guò)度負(fù)荷。
評(píng)論