바이코가 해양 에너지 시스템 분야의 글로벌 선도기업인 C-Power(Columbia Power Technologies)의 자율 해양 전력 시스템(AOPS: Autonomous Offshore Power System)에 자사의 전력변환 솔루션을 공급했다.
C-Power의 자율 해양 전력 시스템은 해양 석유 및 가스 탐사와 생산, 해양 탄소격리, 해양학 연구, 양식 및 국토방위와 같은 광범위한 애플리케이션에 사용할 수 있도록 기계적으로 파도 에너지를 포집하여 전력으로 변환하는 솔루션이다. C-Power는 해양 자산을 위한 안정적이고, 비용 효율적인 에너지 발전 및 스토리지를 개발하고, 새로운 형태의 데이터 및 통신 서비스를 실현함으로써 해양 경제의 발전에 기여하고 있다.
킬로와트급 해양 에너지 하베스팅
미국 오리건주 코밸리스에 위치한 C-Power는 2005년에 설립되었으며, 빠르게 성장하는 해양 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 분야의 기술 발전에 주력하고 있다 (그림 1). C-Power는 다른 기업들이 대규모 메가와트 시스템을 추구하는 것과 달리, WEBS(Wave Energy Buoy System)라는 DARPA 프로젝트를 통해 초기부터 해상 데이터 통신을 위한 킬로와트급 원격 전력 시스템에 주력해 왔다.
C-Power는 WEBS 프로젝트를 통해 환경 데이터를 수집하는데 사용되는 수중 차량과 해저 운영장비 및 외양 센서(Open-Ocean Sensor)를 위한 로컬 발전 분야의 성장 가능성을 포착했다. 이전에는 다루기 힘들고 재충전이 불가능한 고가의 선상 배터리나 선박 또는 디젤 발전기에서 공급되는 해저용 전기 테더를 사용하여 이러한 애플리케이션에 전력을 공급했다. C-Power가 개발한 AOPS는 통신 도관을 두 배로 확장할 수 있는 자율적이고 친환경적인 해양 전력원을 공급함으로써 새로운 애플리케이션의 무한한 가능성을 열었다.
씨레이(SeaRAY), 전력 효율성 및 데이터 통신 향상
C-Power가 최근 중점을 두고 있는 최신 AOPS 플랫폼인 씨레이(SeaRay)는 파도에서 10W ~ 1MW까지 에너지를 생성하기 위한 전력 시스템의 핵심이다. 낮은 전력 스펙트럼에서 이러한 목표를 달성하기 위해 C-Power는 바이코의 전력변환 기술을 사용하여 중량 대비 전력 비율이 높은 씨레이 AOPS를 설계했다. 이 설계는 작은 풋프린트로 구현되어 이동성과 상업적 활용 가능성을 향상시킨 것은 물론, 보다 쉽게 씨레이를 공급 및 설치할 수 있어 일일 운영비용을 획기적으로 절감할 수 있도록 해준다.
C-Power의 R&D 수석 전기 엔지니어인 조 프루델(Joe Prudell)은 “해양 파도의 전력 펄스를 반안정(semi-stable) DC 버스로 변환하기 위해 이를 제어하고, 레귤레이션할 수 있는 광범위한 DC-DC 솔루션이 반드시 필요했다. 이는 매우 어려운 과제였다. 바이코의 전력 모듈을 사용하여 다양한 전력 레벨에서 이를 수행할 수 있게 되었으며, 이를 통해 상당한 이점을 얻을 수 있었다.”고 밝혔다.
또한 씨레이 설계는 자율 원격 데이터 통신을 통해 바다에서 발생하는 일을 실시간으로 클라우드로 전송할 수 있다. 기존의 해양 데이터 수집 시스템은 데이터 수집 범위 및 빈도가 제한적이었다. 셀룰러 네트워크와 위성 통신을 사용하여 클라우드와 씨레이 간에 실시간으로 데이터를 전달함으로써 더 많은 데이터를 더 자주 수집하고, 제공할 수 있다
끊임없이 변화하는 전원 소스에서 에너지 하베스팅
C-Power를 위한 전력 설계의 핵심은 해양 파도 에너지의 특성과 씨레이의 까다로운 전력변환 요건을 조화시키는 것이었다. 파도의 예측할 수 없는 특성을 반영하기 위해 매우 넓은 30:1의 입력 범위가 설정되었다. 바이코의 전력 시스템 설계 팀은 높은 효율로 전력을 변환하고, 에너지 스토리지 장치를 충전할 수 있는 시스템을 제공했다. 또한 이 장치는 C-Power 시스템의 외부 제어 신호를 받아들여 실시간으로 전력변환 요구사항을 정확하게 충족할 수 있다.
C-Power의 레스트 레만(Reenst Lesemann) CEO는 “비용 효율적이고 실용적인 솔루션으로 매우 열악한 전력 프로파일을 변환한 다음, 해당 전력을 조정하여 다양한 모바일 및 고정형 페이로드에 사용할 수 있는 에너지로 전환할 수 있는 기능은 최첨단 기술로만 가능하다. 다른 어떤 기업도 아직까지 이러한 수준에 도달하지 못했다.”고 밝혔다.
씨레이의 확장 가능한 전력 설계는 바이코의 BCM® 고정 비율 버스 컨버터와 복잡한 다중 스테이지 디스크리트 컨버터를 갖춘 PRMTM 레귤레이터 모듈을 사용하여 난기류로 인해 예측할 수 없는 파도 에너지를 효율적으로 변환하여 제어된 전력을 제공한다. 이를 통해 C-Power는 씨레이 설계의 변환 효율성을 85% ~ 94%까지 높일 수 있었다.
안정적으로 광범위한 입력을 지원하는 바이코의 DC-DC 컨버터는 씨레이가 파도 전력 펄스를 다양한 DC 버스로 변환하는 동시에, 다양한 전력 레벨에서 정전류를 생성할 수 있도록 함으로써 C-Power에 필수적인 제어 기능을 제공했다. 또한 바이코 모듈에 사용된 전력변환 토폴로지는 센서의 측정 정확도를 손상시킬 수 있는 씨레이 내장 전자파 간섭 및 노이즈를 최소화할 수 있다.
레만 CEO는 “파도 에너지를 포집하고 변환하고자 하는 많은 회사들이 있지만, 소형의 컴팩트한 폼팩터로 이를 수행하면서 운영 및 물류 측면에서도 고객의 요구를 충족하는 것은 또 다른 문제이다. 우리는 바이코의 지원을 통해 다른 어떤 기업보다 앞서 나갈 수 있게 되었다.”고 밝혔다.
