极地冰基浮标温差能转换技术仿真研究

为了解决北极海域海洋观测与通讯导航节点浮标的供电问题,提出利用北极海域冰面上冷空气与冰下海水之间的温差能转换为电能,为冰基浮标供电。根据北极温差的时空分布特性与冰基浮标的应用场景,提出了一种基于有机朗肯循环的冰基浮标温差能发电系统,并对其进行了建模与仿真分析。根据5种工质的热力循环性能计算结果,确定R124工质作为系统的循环工质。仿真结果表明:温差能发电系统在北极冬季两个月的总发电量为745 kWh,相当于3.72 t能量密度为200 Wh/kg的锂电池。因此,北极海域温差能转换发电系统能输出相当可观的功率与电能,显著提升冰基浮标的供能水平,提高其观测能力,延长其持续工作时间,减少破冰船对其的维护频率,从而打造冰下观测网络的关键节点,支撑北极冰下移动观测网络的构建。

基于ARGOS通信技术的海冰浮标低功耗系统设计

为长期连续监测北极海冰变化情况,设计了一种多参数低功耗冰基浮标监测与通信系统。该系统基于ARGOS通信技术,采用STC12增强型超低功耗单片机为主控制器,集成温湿度、气压以及GPS等多种传感器,从硬件设计和软件管理机制层面降低系统功耗。实验结果表明,该系统在保证数据通信质量的情况下,可以长期监测北极海冰环境参数,为北极海冰监测提供了一种有效手段。