Tam, gdzie energia morska spotyka się z hybrydowymi systemami napędowymi, to laboratorium zmniejsza ryzyko integracji.

Podziel się z CleanTechnica swoim wsparciem poprzez subskrypcję na Substacku, Patreonie lub Stripe. Pomóż nam tworzyć wysokiej jakości, oryginalne treści, które publikujemy co tydzień, mimo wyzwań stawianych przez sztuczną inteligencję do pozyskiwania treści, antyspołeczne media, inflację i inne przeszkody.

Platforma ARIES posiada niezbędne funkcje do emulacji i zmniejszania ryzyka w systemach energetyki morskiej przeznaczonych do różnorodnych zastosowań.

Energia uzyskiwana z fal morskich może zasilać mikrosieci offshore i przybrzeżne, służąc do naładowywania autonomicznych pojazdów podwodnych, obsługi czujników morskich i akwakultury oraz zapewniania lokalnego zasilania dla odległych społeczności.

Ale wykorzystanie tej energii wymaga konwerterów energii falowej połączonych z różnorodnymi zasobami do przechowywania energii oraz systemami hybrydowej generacji, które są wciąż nowoczesnymi technologiami. W obliczu ryzyka związanego z nieprzetestowaną elektroniką oraz trudnych warunków panujących w wielu mikrosieciach, wdrożenie technologii energetyki morskiej musi być dokładne. Właśnie tutaj unikalne możliwości platformy Advanced Research on Integrated Energy Systems (ARIES) do weryfikacji i zmniejszania ryzyka stają się niezbędne.

Zarządzana przez National Laboratory of the Rockies (NLR) platforma ARIES integruje w laboratorium kluczowe komponenty systemu, takie jak systemy zasilania, technologie wykorzystujące energię wody, elektronikę przemysłową oraz symulację fizyki oceanu. Dzięki temu rozwiązaniu społeczności, firmy i zespoły badawcze mogą symulować działanie urządzeń przed umieszczeniem ich w wodzie, co pozwala potwierdzić ich długoterminową efektywność i techniczny sukces.

„ARIES umożliwia NLR i jego partnerom weryfikację oraz udoskonalanie złożonych hybrydowych systemów energetyki morskiej w kontrolowanym, powtarzalnym i dostępnym środowisku” – powiedział Al LiVecchi, kierownik programu laboratoriów energetyki wodnej NLR. „To pomaga zmniejszyć ryzyko i przygotować systemy do użycia na oceanie, a także przyspieszyć rozwój technologii. Nie ma żadnej firmy z sektora energetyki morskiej, która korzystała z infrastruktury laboratoryjnej NLR i nie wykorzystała uzyskanych informacji w systemach najnowszej generacji”.

Fale w laboratorium – oceaniczne i elektroniczne

Mikrosieci mogą wspierać szeroki zakres zastosowań na morzu i w odległych miejscach. Z logistycznego punktu widzenia dostawę energii do obszarów przybrzeżnych może utrudniać odległość, co stwarza zagrożenia dla bezpieczeństwa i niezawodności.

To zaniepokojenie dotyczy również misji morskich, takich jak badania oceanu i akwakultura, a także odległych baz wojskowych USA, izolowanych wiosek plemiennych oraz odległych gałęzi przemysłu górniczego i rybackiego. Energia z sieci elektrycznej nie zawsze jest dostępna – dlatego dla niektórych społeczności sensowne może być szukanie energii w oceanie. Ale najpierw tę źródło energii można przetestować za pomocą ARIES.

„W przypadku najnowocześniejszych rozwiązań z wykorzystaniem energii morskiej trudno jest mieć pewność co do wdrożenia nowych technologii, gdy istnieje tak wiele nieznanych czynników” – powiedziała Jen Kurtz, kierownik ds. badań ARIES w NLR. „ARIES eliminuje niepewność i zmniejsza ryzyko. Tworzymy środowisko morskie i systemu energetycznego, z którym partnerzy mogą się spotkać, w jak największym stopniu zbliżone do rzeczywistości.”

Aby odtworzyć złożone systemy łączące energię morską z hybrydowymi systemami energetycznymi, ARIES wykorzystuje zarówno specjalistyczny sprzęt, jak i cyfrowe bliźniaki.

Jednym z kluczowych narzędzi jest suchy symulator fal morskich, który porusza urządzenia w sposób podobny do fal na oceanie. Platforma ruchu o dużej amplitudzie, czyli LAMP, została zaprojektowana do poruszania konwerterów energii falowej o masie 10 000 kilogramów w sześciu stopniach swobody. LAMP sprawdza fizyczną odporność urządzeń na siły działające w oceanie oraz mierzy ich zdolność do pozyskiwania energii z różnych kątów. Badacze z NLR w pełni scharakteryzowali LAMP, dzięki czemu właściwości fal są dokładnie odzwierciedlone.

Podczas gdy LAMP faluje jak ocean, reszta systemu ARIES symuluje integrację z siecią energetyczną. Testowane urządzenia są połączone z kompletnym zestawem emulatorów systemów energetycznych oraz ich systemami komunikacji cyfrowej. ARIES potrafi odtworzyć dowolny system energetyczny, a dla większej wierności symulacji wykorzystuje różnorodne lokalne zasoby energetyczne.

„Zasoby cyberfizyczne w ARIES są wyjątkowe i stale się rozwijają” – powiedział Kurtz. „Niezależnie od charakteru systemów energetycznych partnerów – czy to połączenia z elektrolizatorami, bateriami, obciążeniami reagującymi na sygnały – zapewniamy, że ARIES potrafi je emulować. W ten sposób możemy uchwycić najdrobniejsze szczegóły integracji energii morskiej.”

LAMP nadaje się do wielu konwerterów energii falowej, a dynamometry na kampusie Flatirons w NLR dostarczają dodatkowych możliwości do walidacji systemów wyjścia mocy. Zamiast odtwarzać siły działające na wodę, generują obrót niezbędny do wytwarzania prądu. W ten sposób badacze z ARIES badali autonomiczny system energetyczny morski SeaRAY. Dzięki generowaniu tej samej mocy, jaką urządzenie wytwarza na morzu, zespół ARIES mógł testować konfiguracje mikro- i nanosieci przeznaczonych do zastosowań takich jak ładowanie pojazdów podwodnych.

Dynamometr ARIES, emulatory LAMP oraz sieciowe są przydatne do testowania układów pobierania mocy zarówno w generatorach obrotowych, jak i liniowych, obejmując różnorodne urządzenia wykorzystujące fale, prądy pływowe i rzeczne. Możliwe jest zastosowanie dowolnej konfiguracji mikrosieci opartej na falach lub siłach hydrokinetycznych, a partnerzy są zaproszeni do skorzystania z tych możliwości.

Użyteczność w systemach energii morskiej i hybrydowych

Wzdłuż wybrzeży Stanów Zjednoczonych oraz na ich wyspach i archipelagach znajduje się setki mikrosieci, które mają ograniczony lub żaden dostęp do głównej sieci. Dla społeczności i firm rozważających wykorzystanie energii morskiej w mikrosieciach, elektronika energetyczna stanowi ważny element rozwiązania.

Elektronika przemysłowa przekształca i filtruje prąd elektryczny, aby mógł być niezawodnie wykorzystywany w sieci energetycznej. Energia fal morskich na przykład dostarcza do lądu zmienną i niestabilną moc, co utrudnia sieci energetycznej wykorzystanie tej energii. Do przekształcenia tej surowej mocy w użyteczny prąd elektryczny potrzebna jest elektronika wyposażona w odpowiednie systemy sterowania i sprzęt. To połączenie zasobów lądowych i morskich jest przedmiotem badań w projekcie ARIES.

Przykładem weryfikacji w elektronice mocy jest projekt konwertera energii falowej opartego na osmozie odwrotnej, hybrydowego typu hydraulicznego i elektrycznego, czyli HERO WEC, w ramach którego NLR wykorzystał narzędzie ARIES do sprawdzenia urządzenia do wykorzystania energii falowej zintegrowanego z symulowanymi elementami sieci energetycznej. Badacze opracowali kontroler ładowania, aby lepiej zarządzać przepływem energii pomiędzy generatorami morskimi a bateriami naziemnymi. Podczas weryfikacji tego kontrolera ładowania badacze zaktualizowali ARIES, aby umożliwić szybką, elastyczną i dokładną weryfikację w przyszłości.

Dołącz do nas

Aby lepiej poznać temat mikrosiatek opartych na energii hydrokinetycznej i morskiej, NLR zorganizowało w 2026 roku serię webinariów skupionych na wyzwaniach związanym z integracją technologii energetyki morskiej do odległych, wyspiarskich mikrosiatek, w tym na sposobach zastosowania platformy ARIES w rzeczywistych mikrosiatkach. Seria webinariów jest również przeznaczona dla uczestników powiązanych programów Departamentu Energii USA, takich jak Community Microgrid Assistance Partnership oraz Energy Technology Innovation Partnership Project.

Dowiedz się więcej o platformie ARIES i projekcie LAMP. Aby nawiązać z nami współpracę, skontaktuj się pod adresem Rebecca.Fao@nlr.gov.

Artykuł od NLR.