開發(fā)可再生能源是應(yīng)對氣候危機的重要措施。太陽能和風能是可再生能源領(lǐng)域的巨頭，但它們的產(chǎn)量是不可預(yù)測的，而且是間歇性的。我們很難可靠地預(yù)測風力有多強或陽光有多亮。這是國家電網(wǎng)運營商面臨的一個問題，他們負責動態(tài)平衡能源供應(yīng)和負載。

然而與風能和太陽能不同，潮汐能是一種自然可預(yù)測的可再生能源。太陽、月亮和地球的相對距離和位置都會影響地球兩次潮汐隆起的大小和幅度。在地方一級，潮汐的大小受海岸線形狀和天氣條件的影響。由于潮汐是由行星運動驅(qū)動的，它們的時間可以精確預(yù)測，這使得電力系統(tǒng)運營商能夠更科學地規(guī)劃潮汐發(fā)電機。

英國潮汐能創(chuàng)新公司Orbital Marine Power目前已在全球多地成功部署其潮汐渦輪發(fā)電機，Orbital公司開發(fā)了一種獨特的浮動結(jié)構(gòu)，在兩個可伸縮的漂浮臺腿部各安裝一個渦輪機。這些渦輪發(fā)電機在蘇格蘭奧克尼海岸上能夠產(chǎn)生額定2MW輸出，這有助于英國國家電網(wǎng)減少對化石燃料能源的依賴。

然而，對于電氣和電子系統(tǒng)來說，北大西洋是一個嚴酷的工作環(huán)境。因此Orbital公司選用了堅固的Xsens MTi慣性運動傳感器來保持浮動渦輪機的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

MTi運動傳感器作為Gable Technologies的Gable IMU（慣性測量單元）的一部分被集成到系統(tǒng)中，Gable Technologies使用了EtherCAT接口，可將Xsens傳感器無縫集成到工業(yè)應(yīng)用中，如Orbital的潮汐發(fā)電機。這種組合利用了Xsens傳感器的準確性，確保即使在惡劣的條件下也能獲得可靠的性能。

脫離海底：軌道創(chuàng)新

Orbital設(shè)計團隊取得的突破來自于其對之前將潮汐渦輪機固定在海底嘗試的多次觀察：許多采用這種方法的公司因租用建筑船只和建造固定水下結(jié)構(gòu)的巨額成本而資金短缺。

Orbital O2發(fā)電機的浮動結(jié)構(gòu)消除了這些建造成本，并使用更簡單的系泊系統(tǒng)來保持船體就位。船體的每一側(cè)都有一個以渦輪機為特色的收縮腿：這一部分可以降低到最具動力的潮汐流所在的深度，或者在預(yù)測極端天氣時升高以保護結(jié)構(gòu)。

為了讓渦輪機有效工作，該結(jié)構(gòu)需要在地理位置和姿態(tài)上都保持穩(wěn)定：過度運動“滾動或俯仰”會減少通過渦輪機的流量，從而影響總功率輸出。因此必須在極具挑戰(zhàn)性的條件下保持這種穩(wěn)定的位置。例如，漂浮在島嶼之間的狹窄海峽中，那里的潮汐流特別強，或?qū)⒋w暴露在風、鹽水侵入和陽光下。

在所有條件下保持穩(wěn)定的位置（保持固定的位置和姿態(tài)）需要一系列傳感器，包括測量潮汐流速度的多普勒傳感器、兩條伸縮腿上的負載測量儀、用于地理定位的GPS衛(wèi)星傳感器和各種天氣傳感器，如風速計。

除此之外，Xsens MTi運動傳感器還可以持續(xù)測量船體的俯仰和滾動以及低頻振動。MTi傳感器的精度和性能在業(yè)內(nèi)深受好評——這些設(shè)備被用于許多以毫米精度測量運動的應(yīng)用中，對于潮汐發(fā)電機應(yīng)用來說綽綽有余。

Orbital公司的動力系統(tǒng)經(jīng)理安吉爾·魯阿·桑塔克拉拉認為，MTi傳感器的性能將滿足潮汐發(fā)電機的需求，而由Movella公司提供的MT軟件套件所具備的綜合磁校準能力將作為有力后盾。

但同時他也說到，同樣重要的是傳感器在惡劣海洋環(huán)境中可靠運行的能力。他說:“船體內(nèi)部將保持干燥——這有利于維修和保養(yǎng)。但不可避免的是，浮動結(jié)構(gòu)總是要暴露在鹽水和潮濕的大氣中，所以我們使用的每個電氣和電子元件都必須經(jīng)過嚴格指定，以承受這些惡劣的條件。

“Orbital公司在開發(fā)這一項目時首先考慮到的就是使用專門的運動傳感器，這些傳感器早期是向石油和天然氣行業(yè)銷售的，用于鉆機和鉆井平臺。但是我們發(fā)現(xiàn)它們超出了我們的要求，例如，它們可以在很深的地方工作。MTi運動傳感器系列提供了我們需要的性能。Gable IMU具有IP67防護等級的外殼，這意味著它可以承受發(fā)電機中的潮濕空氣以及與鹽水的反復接觸。該傳感器自從安裝在我們位于奧克尼海岸的發(fā)電機上以來，一直運行可靠。”安吉爾說到。

潮汐發(fā)電大有可為

安吉爾表示，在配置O2潮汐發(fā)電機后，Orbital公司已經(jīng)證明了潮汐發(fā)電的可行性，并準備擴大其運營規(guī)模，建造更多的發(fā)電機用于英國水域和其他各地。“潮汐發(fā)電在電網(wǎng)的無碳未來中有著重要作用，它可以部署在任何有強潮汐流的地方。我們的設(shè)計，包括控制船體運動的傳感器系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)得到了驗證，我們期待著向全世界提供一種全新的可再生資源獲取方式。”