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水下设备及仪器在远海区域进行长期作业是一种挑战。虽然电池技术已取得较大进步，但仍无法满足长期作业的要求。
近十年来，许多项目都在研究基于远程电力系统为海底供电的方法，以此为海底生产系统、摇控无人潜水器（ROV）或自主水下航行器（AUV）提供动力，或为长期远程海洋观测站提供动力。有些项目测试使用波浪能或洋流转换器；有的项目甚至对核能方案进行了评估。
最近，有国外公司提出了燃料电池的解决方案，并宣称获得了里程碑式的进展。该研究项目由德国基尔海姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR Helmholtz Centre）牵头。
近期，该项目测试将燃料电池技术用于长期海底观测站，为机器人提供动力。
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GEOMAR项目经理Sascha Flogel博士表示：“海底长期观测系统的需求大幅上升，并将继续成为未来关注的重点。”这种系统可以用于跟踪环境和气候变化的趋势，或用于勘探项目。
在这些项目中，可移动的、模块化的解决方案将大有益处。然而，这些需求消耗的电力也更多，特别是将能源密集型机器人系统加入到项目中时。
目前，水下设备或传感器的电力来源于电池或电缆。对于不管距离海岸多远的项目而言，电缆的成本都是极其高的；而对于仅使用几年的系统而言，电池也是既昂贵又浪费。
GEOMAR的解决方案是使用燃料电池。
该系统与Ulm (ZSW)太阳能和氢研究中心共同开发，是德国联邦经济技术部资助的ARIM-FUEL项目的一部分（ARIM指“用于海底-海洋中上层监测的自主机器人海底基础设施”）。这是一种质子交换膜（PEM）燃料电池，这种电池将氢和氧注入聚合物膜电解质和铂基电极来发电，产生热能和水作为副产品。
GEOMAR系统由11瓶氢气、5瓶氧气和由ZSW开发的燃料电池组成。Flogel博士表示：“这种系统可以为我们提供大约120千瓦的电力，帮助我们用于海底监测工作。”
此外，该系统还配有一个4千瓦的充电电池，由燃料电池来充电。“如果想使用原电池产生同样规模的电能，我们大约需要13200块电池，而单次充电大约需要2万欧元。不但成本非常高，还对环境产生影响。” 大多数研究所使用原电池，而少数使用可充电电池。对比之下，GEOMAR设计的电池充电成本仅为1250欧元，是上述成本的十五分之一。
该系统可以提供150瓦至1千瓦的输出功率。与之前从原电池或可充电电池获取电能的解决方案相比，这种系统明显提高了效率。Flogel博士表示，这种系统将满足多种需求，包括长期深海监测以及未来使用感应式海底充电装置为自动水下航行器和海底爬行器充电等。
系统目前的工作深度达1200米， 2023年至2024年工作深度可达3000米。
去年11月，GEOMAR与德国陆军第71国防技术服务部队在波罗地海进行了为期48小时的试验。今年2月，该公司又进行了多次测试，并计划于3月份在RV Alkor号上进行进一步的海试，并将测试时间延长至72小时。
这些测试主要集中在稳定性和电源管理上 – 在限制过多次开关燃料电池（对电池来说并非益事）的前提下有效地为电池充电。
未来几年，该系统将用于一系列机器人监测项目。Flogel博士表示：“这种为水下系统设计的新能源供应为我们更长时间地使用这些设备创造了全新的可能性。”
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发表于 2022-3-12 15:15
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