在海洋能与混合动力系统交汇处，该实验室助力降低整合风险

您可以通过 Substack 订阅、Patreon 或 Stripe 支持 CleanTechnica 的工作。在面对内容抓取人工智能、反社交媒体现象、通货膨胀以及其他种种挑战的情况下，您的支持能帮助我们持续创作每周发布的优质原创内容。

ARIES 平台具备模拟各类应用场景下的海洋能源系统并降低其风险的核心功能。

海浪能量有望为海上和沿海的微电网提供动力，用于为自主水下航行器充电、支持海洋传感器与水产养殖作业，以及为偏远社区保障本地电力供应。

但要利用这种能量，就需要将波浪能转换装置与各类储能设施及混合发电设备相连，而这些技术目前还处于起步阶段。在未经测试的电子元件可能带来的风险以及许多微电网恶劣的环境条件下，海洋能源技术的推广必须十分谨慎。正因如此，集成能源系统高级研究平台（ARIES）在验证性能和降低风险方面的独特能力就显得至关重要。

由落基山国家实验室（NLR）运营的ARIES平台可在实验室内整合各种关键系统组件，包括电力系统、水力发电技术、电力电子装置以及模拟海洋物理环境的技术。借助ARIES平台，社区、企业和研究团队能够在将设备投入水中使用之前先模拟其性能，从而确认其长期效益与技术可行性。

NLR水力实验室项目经理阿尔·利韦基表示：“‘ARIES’使NLR及其合作伙伴能够在受控、可重复且易于操作的环境中，对复杂的混合海洋能源系统进行验证与优化。这有助于降低风险，为系统的海洋应用做好准备，并加速技术发展。所有利用过NLR实验室设施的海洋能源公司，都会将所得经验应用到下一代系统中。”

实验室中的海浪——海洋与电子技术

微电网能够支持多种海上及偏远地区的应用。从物流角度来看，向沿海地区供电可能会因距离问题而面临压力，从而带来安全与可靠性方面的风险。

这一需求不仅体现在海洋监测和水产养殖等海上任务中，还涉及美国偏远的军事基地、与世隔绝的部落村落以及偏僻的采矿和渔业。电网供电并非始终可靠，因此对某些社区而言，从海洋中获取能源或许是明智之举。但首先可以通过ARIES来测试这种能源来源。

NLR的ARIES研究主管Jen Kurtz表示：“在存在诸多未知因素的情况下，要放心应用先进的海洋能源解决方案并引入新技术其实相当困难。ARIES能够消除不确定性并降低风险。我们创造的海洋与电力系统环境尽可能贴近现实，符合合作伙伴的预期。”

为模拟将海洋能源与混合动力系统相结合的复杂系统，ARIES同时运用了定制硬件和数字孪生技术。

一种核心工具是海洋波浪模拟器，它能像海浪一样驱动各种装置。这种大振幅运动平台被称为LAMP，可用于在六个自由度上移动重达10,000公斤的波浪能转换器。LAMP用于测试这些装置在海洋剧烈波动环境下的物理抗性，并评估其多角度捕获能量的能力。NLR的研究人员已对LAMP进行了全面测试，以确保能够精确反映波浪的特性。

当LAMP像海浪一样起伏时，ARIES系统的其余部分则模拟电网集成环境。待测试的装置会与一套完整的研究用电力系统仿真器及其网络通信系统相连。ARIES能够模拟任何电力系统，为进一步提升真实度，它还会接入多种现场电力资源。

“ARIES所拥有的信息物理资源极为出色且仍在不断扩展，”库尔茨说道。“无论合作伙伴的电力系统是什么类型——无论是与电解槽、电池还是可响应负载相连——我们都能确保ARIES能够对其进行模拟。正是通过这种方式，我们才能捕捉到海洋能源整合的深层细节。”

LAMP适用于多种波浪能转换器，而NLR Flatirons校区里的测功机则为验证动力输出系统提供了补充功能。它们无需重现水产生的力矩，而是直接产生驱动发电的旋转动力。ARIES的研究人员正是通过这种方式研究SeaRAY自主海上电力系统的。通过生成与该设备在海上产生的相同功率，ARIES团队能够测试用于水下车辆充电等应用的微电网和纳电网配置。

ARIES测功机、LAMP以及电网模拟器可用于测试旋转式和线性发电机的功率输出，适用于各种波浪能、潮汐能及河流流能装置。任何波浪能或水力动能微电网配置均可行，欢迎合作伙伴加以利用。

海洋能源与混合动力系统的多功能性

在美国海岸线以及各岛屿和群岛上，有数百个与主电网连接有限或完全没有连接的微电网。对于那些考虑利用海洋能源构建微电网的社区和企业而言，电力电子技术是其中不可或缺的关键部分。

电力电子技术用于转换和过滤电能，使其能够被电网稳定使用。例如，波浪能会向陆地输送强度不均且不稳定的电能，这增加了电网利用这些电能的难度。需要具备适当控制装置和硬件的电子系统才能将这种原始电能转化为可使用的电力。ARIES项目正致力于研究陆上资源与水下资源之间的这种接口技术。

电力电子验证的一个实例是液压与电动反渗透波浪能转换器项目，即HERO WEC项目。在该项目中，NLR利用ARIES对集成有模拟电网资产的波浪能装置进行了验证。研究人员开发了一种电荷控制器，以更有效地管理海上发电机与陆上电池之间的能量流动。在对该电荷控制器进行验证的过程中，研究人员对ARIES进行了升级，使其能够更快速、灵活且高精度地处理未来的验证任务。

参与其中

为进一步探讨水力动能与海洋能源微电网技术，NLR在2026年推出了一系列网络研讨会，重点讨论将海洋能源技术整合到偏远岛屿型微电网中所面临的挑战，包括如何将ARIES应用于实际微电网中。这些网络研讨会也面向参与美国能源部相关项目的各方，如社区微电网援助合作伙伴计划及能源技术创新合作伙伴项目等。

欲了解更多关于ARIES平台与LAMP的信息，请联系Rebecca.Fao@nlr.gov以寻求合作。

本文来自NLR。