Donde la energía marina se encuentra con los sistemas híbridos de alimentación, este laboratorio reduce los riesgos de integración

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La plataforma ARIES cuenta con capacidades esenciales para emular y reducir los riesgos de los sistemas de energía marina para una variedad de aplicaciones.

La energía generada por las olas oceánicas tiene el potencial para alimentar microredes costeras y marinas, sirviendo para recargar vehículos submarinos autónomos, respaldar sensores oceánicos y la acuicultura, así como para garantizar energía local en comunidades remotas.

Pero para aprovechar esa energía se necesitan convertidores de energía oceánica interconectados con una variedad de sistemas de almacenamiento y recursos de generación híbrida, que son tecnologías aún en desarrollo. Entre los riesgos de la electrónica no probada y los entornos hostiles de muchas microrredes, la implementación de tecnologías energéticas marinas debe ser precisa. Es allí donde las capacidades únicas de la plataforma Advanced Research on Integrated Energy Systems (ARIES) para la validación y reducción de riesgos se vuelven esenciales.

Operada por el National Laboratory of the Rockies (NLR), ARIES integra en el laboratorio componentes clave del sistema como sistemas de energía, tecnologías de energía hidráulica, electrónica de potencia y física oceánica emulada. Con la configuración de ARIES, comunidades, empresas y grupos de investigación pueden simular el rendimiento de los dispositivos antes de sumergirlos en el agua, lo que permite confirmar su rentabilidad a largo plazo y su éxito técnico.

“ARIES permite a NLR y sus socios validar y perfeccionar sistemas complejos híbridos de energía marina en un entorno controlado, reproducible y accesible”, dijo Al LiVecchi, gerente del programa de laboratorios de energía hidroeléctrica de NLR. “Esto ayuda a reducir los riesgos y preparar los sistemas para su implementación en el océano, además de acelerar el desarrollo tecnológico. No existe ninguna empresa de energía marina que haya aprovechado la infraestructura de laboratorio de NLR y no haya incorporado los conocimientos obtenidos en sistemas de próxima generación”.

Olas en el laboratorio: oceánicas y electrónicas

Las microredes pueden respaldar una amplia gama de aplicaciones en alta mar y zonas remotas. Desde el punto de vista logístico, el suministro de energía a las instalaciones costeras puede verse afectado por la distancia, lo que genera riesgos en cuanto a seguridad y fiabilidad.

Esa preocupación se extiende a misiones en alta mar como la detección oceánica y la acuicultura, así como a bases militares estadounidenses alejadas, aldeas tribales aisladas e industrias mineras y pesqueras remotas. La energía proveniente de la red eléctrica no siempre está disponible; por lo tanto, para algunas comunidades podría tener sentido buscar energía en el océano. Pero primero, esa fuente de energía puede ser probada con ARIES.

“Para soluciones de vanguardia en energía oceánica, puede ser difícil tener confianza al implementar nuevas tecnologías cuando hay tantas incógnitas”, dijo Jen Kurtz, directora de investigación de ARIES en NLR. “ARIES elimina la incertidumbre y reduce el riesgo. Creamos un entorno de sistemas marinos y energéticos que los socios esperan enfrentar, lo más cercano posible a la realidad”.

Para replicar sistemas complejos que integran energía marina con sistemas híbridos de energía, ARIES utiliza tanto hardware personalizado como gemelos digitales.

Una herramienta fundamental es un simulador de olas oceánicas en seco que hace mover los dispositivos tal como lo harían las olas en el océano. La plataforma de movimiento de gran amplitud, o LAMP, está diseñada para desplazar convertidores de energía de olas de 10.000 kilogramos a lo largo de seis grados de libertad. LAMP prueba la resistencia física de los dispositivos ante las condiciones extremas del océano y mide su capacidad para capturar energía desde múltiples ángulos. Los investigadores de NLR han caracterizado exhaustivamente a LAMP para que las propiedades de las olas se reflejen con total precisión.

Mientras LAMP ondula como el océano, el resto del sistema ARIES simula la integración en redes eléctricas. Los dispositivos sometidos a pruebas se conectan a un conjunto completo de emuladores de sistemas eléctricos de investigación y a sus sistemas de comunicación cibernética. ARIES puede replicar cualquier sistema eléctrico y, para mayor fidelidad, utiliza una variedad de recursos energéticos en el sitio.

“Los recursos ciberfísicos de ARIES son excepcionales y en constante expansión”, dijo Kurtz. “Sea cual sea la naturaleza de los sistemas de energía de los socios, ya sea que se conecten a electrolizadores, baterías o cargas reactivas, nos aseguramos de que ARIES pueda emularlos. Así es como podemos capturar los detalles más precisos de la integración de energías marinas”.

LAMP es adecuado para muchos convertidores de energía ola, y los dinamómetros del campus Flatirons de NLR ofrecen una capacidad complementaria para validar los sistemas de extracción de potencia. En lugar de recrear las fuerzas dimensionales del agua, generan la rotación necesaria para impulsar la generación eléctrica. De esta manera, los investigadores de ARIES estudiaron el sistema de energía marina autónomo SeaRAY. Al generar la misma potencia que produce el dispositivo en alta mar, el equipo de ARIES pudo probar configuraciones de microredes y nanoredes para aplicaciones como la carga de vehículos submarinos.

Los dinamómetros ARIES, los simuladores LAMP y de red son útiles para probar las tomas de potencia tanto en generadores rotativos como lineales, abarcando una amplia gama de dispositivos basados en olas, mareas y corrientes fluviales. Cualquier configuración de microrred basada en olas o energía hidrocinética es viable, y se invita a los socios a aprovecharla.

Versatilidad para sistemas de energía marina e híbridos

A lo largo de las costas de los Estados Unidos y dispersos en sus islas y archipiélagos, existen cientos de microrredes con conexión limitada o nula a la red principal. Para comunidades y empresas que consideran utilizar energía marina en sus microrredes, la electrónica de potencia es un elemento importante dentro de este proceso.

La electrónica de potencia convierte y filtra la electricidad para que pueda ser utilizada de manera fiable por la red eléctrica. La energía oceánica, por ejemplo, envía una potencia variable e inestable a tierra, lo que complica la capacidad de la red para utilizar esa energía. Se requieren electrónicos con controles y hardware adecuados para convertir esa energía bruta en electricidad utilizable. Esa interconexión entre recursos terrestres y acuáticos es un foco de atención en ARIES.

Un ejemplo de validación en electrónica de potencia es el proyecto HERO WEC, un convertidor de energía de olas mediante ósmosis inversa hidráulica y eléctrica, en el cual NLR utilizó ARIES para validar un dispositivo de energía de olas integrado con activos de red simulados. Los investigadores desarrollaron un controlador de carga para gestionar mejor el flujo de energía entre el generador en alta mar y la batería en tierra. Al validar dicho controlador de carga, los investigadores actualizaron ARIES para que pudiera realizar validaciones futuras de manera rápida, flexible y con alta fidelidad.

Participe

Para adentrarse más en las microrredes de energía hidrocinética y marina, NLR lanzó una serie de webinars en 2026 centrados en los desafíos de integrar tecnologías de energía marina en microrredes remotas y aisladas, incluyendo cómo se puede aplicar ARIES en microrredes reales. La serie de webinars también está dirigida a participantes en programas relacionados del Departamento de Energía de los EE. UU., como la Community Microgrid Assistance Partnership y el Energy Technology Innovation Partnership Project, entre otros.

Aprenda más sobre la plataforma ARIES y LAMP. Para asociarse con nosotros, contáctese a Rebecca.Fao@nlr.gov.

Artículo de NLR.