Dove l’energia marina incontra i sistemi di alimentazione ibridi, questo laboratorio riduce i rischi legati all’integrazione

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La piattaforma ARIES dispone di capacità essenziali per emulare e ridurre i rischi dei sistemi energetici marini per una vasta gamma di applicazioni.

L’energia ottenuta dalle onde marine ha il potenziale di alimentare microreti offshore e costiere per utilizzi come la ricarica di veicoli sottomarini autonomi, il supporto ai sensori oceanici e all’acquacoltura, nonché la fornitura di energia locale alle comunità remote.

Tuttavia, per sfruttare tale energia sono necessari convertitori di energia delle onde interconnessi a una serie di sistemi di accumulo e asset per la generazione ibrida, che rappresentano tecnologie ancora in fase di sviluppo. Tra i rischi legati all’elettronica non testata e gli ambienti ostili presenti in molte microreti, l’introduzione delle tecnologie energetiche marine deve avvenire con precisione. È in questo contesto che le capacità uniche della piattaforma Advanced Research on Integrated Energy Systems (ARIES) per la validazione e la riduzione dei rischi diventano essenziali.

Gestita dal National Laboratory of the Rockies (NLR), ARIES integra in laboratorio i componenti chiave dei sistemi, come sistemi di alimentazione, tecnologie idroelettriche, elettronica di potenza e modelli fisici dell’oceano. Grazie a questa piattaforma, comunità, aziende e gruppi di ricerca possono simulare le prestazioni dei dispositivi prima di immergerli in acqua, verificandone il rendimento a lungo termine e il successo tecnico.

“ARIES permette a NLR e ai suoi partner di validare e perfezionare complessi sistemi ibridi di energia marina in un ambiente controllato, ripetibile e accessibile”, ha dichiarato Al LiVecchi, responsabile del programma di laboratorio per l’energia idraulica di NLR. “Questo aiuta a ridurre i rischi e a preparare i sistemi per il loro impiego negli oceani, accelerando allo stesso tempo lo sviluppo tecnologico. Non esiste alcuna azienda nel settore dell’energia marina che abbia utilizzato le infrastrutture di laboratorio di NLR senza integrare le conoscenze acquisite nei sistemi di nuova generazione.”

Onde in laboratorio: oceaniche ed elettroniche

I microreti possono supportare un’ampia gamma di applicazioni in mare aperto e in zone remote. Dal punto di vista logistico, l’approvvigionamento energetico alle località costiere può essere compromesso a causa della distanza, creando rischi per la sicurezza e l’affidabilità.

Questa preoccupazione riguarda anche le missioni in mare aperto come la rilevazione oceanica e l’acquacoltura, nonché le basi militari statunitensi distanti, i villaggi tribali isolati e le industrie minerarie e ittiche remote. L’energia proveniente dalla rete elettrica non è sempre disponibile; pertanto, per alcune comunità potrebbe essere sensato cercare energia nell’oceano. Ma prima di tutto, questa fonte di energia può essere testata con ARIES.

“Per soluzioni all’avanguardia nell’ambito dell’energia oceanica, può essere difficile avere fiducia nell’adozione di nuove tecnologie quando ci sono così tante incognite”, ha detto Jen Kurtz, direttrice della ricerca su ARIES presso il NLR. “ARIES elimina l’incertezza e riduce i rischi. Creiamo un ambiente per sistemi marini ed energetici il più simile possibile a quello che i partner si aspettano di affrontare.”

Per replicare sistemi complessi che integrano l’energia marina con sistemi energetici ibridi, ARIES utilizza sia hardware su misura che gemelli digitali.

Uno strumento fondamentale è un simulatore a secco delle onde oceaniche che fa muovere i dispositivi come fanno le onde nell’oceano. La piattaforma per movimenti ad ampia ampiezza, o LAMP, è progettata per spostare convertitori di energia ondosa da 10.000 chilogrammi attraverso sei gradi di libertà. LAMP mette alla prova la resistenza fisica dei dispositivi alle forze violente dell’oceano e ne misura la capacità di catturare energia da diversi angoli. I ricercatori del NLR hanno caratterizzato LAMP in modo approfondito affinché le proprietà delle onde vengano riprodotte con precisione.

Mentre LAMP si muove ondulando come l’oceano, il resto di ARIES riproduce l’integrazione nella rete elettrica. I dispositivi sottoposti a test vengono collegati a un insieme completo di emulatori di sistemi elettrici per la ricerca e alle loro comunicazioni informatiche. ARIES è in grado di replicare qualsiasi sistema elettrico e, per una maggiore fedeltà, utilizza una serie di risorse energetiche presenti sul posto.

“Le risorse cibero-fisiche di ARIES sono eccezionali e in continua espansione”, ha detto Kurtz. “Qualunque sia la natura dei sistemi energetici dei partner, che si tratti di collegamenti con elettrolizzatori, batterie o carichi reattivi, ci assicuriamo che ARIES possa emularli. È così che riusciamo a cogliere i dettagli più precisi sull’integrazione dell’energia marina.”

LAMP è adatto a molti convertitori di energia delle onde, e i dinamometri presenti nel campus Flatirons della NLR offrono una funzionalità complementare per verificare i sistemi di estrazione di potenza. Invece di riprodurre le forze dimensionali dell’acqua, essi generano la rotazione necessaria per produrre elettricità. È così che i ricercatori di ARIES hanno studiato il sistema energetico autonomo offshore SeaRAY. Generando la stessa potenza prodotta dal dispositivo in mare, il team di ARIES è riuscito a testare configurazioni di microreti e nanorreti per applicazioni come la ricarica dei veicoli sottomarini.

I dinamometri ARIES, i simulatori LAMP e quelli a griglia sono utili per testare le uscite di potenza sia dei generatori rotativi che di quelli lineari, nonché per i dispositivi basati su onde, maree e correnti fluviali. Qualsiasi configurazione di microrete basata su onde o energia idrocinetica è possibile, e si invita le aziende partner a trarne vantaggio.

Versatilità per le energie marine e i sistemi di alimentazione ibridi

L’elettronica di potenza converte e filtra l’elettricità affinché possa essere utilizzata in modo affidabile dalla rete. L’energia delle onde, ad esempio, trasmette una potenza variabile e instabile a terra, il che complica la capacità della rete di utilizzare tale energia. Sono necessarie elettroniche dotate di controlli e hardware adeguati per convertire tale energia grezza in elettricità utilizzabile. Quell’interfaccia tra risorse terrestri e marine è al centro degli studi di ARIES.

Esempio di validazione nell’ambito dell’elettronica di potenza è il progetto HERO WEC, relativo al convertitore di energia delle onde basato sull’osmosi inversa idraulica ed elettrica, in cui NLR ha utilizzato ARIES per verificare un dispositivo a energia delle onde integrato con asset di rete simulati. I ricercatori hanno sviluppato un controller di carica per gestire meglio il flusso energetico tra il generatore offshore e la batteria onshore. Durante la validazione di tale controller, i ricercatori hanno aggiornato ARIES per consentire verifiche future in modo rapido, flessibile e con alta fedeltà.

Partecipa

Per approfondire l’argomento delle microreti a energia idrocinetica e marina, il NLR ha organizzato una serie di webinar nel 2026 dedicati alle sfide legate all’integrazione delle tecnologie energetiche marine in microreti remote e isolate, inclusi i modi in cui ARIES può essere applicato alle microreti reali. La serie di webinar è rivolta anche ai partecipanti a programmi correlati del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, come il Community Microgrid Assistance Partnership e il Energy Technology Innovation Partnership Project, tra gli altri.

Scopri di più sulla piattaforma ARIES e su LAMP. Per collaborare con noi, contatta Rebecca.Fao@nlr.gov.

Articolo del NLR.