Onde a Energia Marinha Encontra Sistemas Híbridos de Alimentação: Este Laboratório Reduz os Riscos da Integração

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A Plataforma ARIES possui capacidades essenciais para emular e reduzir riscos em sistemas de energia marinha para diversas aplicações.

A energia das ondas oceânicas tem potencial para abastecer microredes offshore e costeiras, servindo para recarregar veículos subaquáticos autônomos, sustentar sensores oceânicos e sistemas de aquicultura, além de garantir energia local para comunidades remotas.

Mas para aproveitar essa energia são necessários conversores de energia das ondas interconectados a uma variedade de ativos de armazenamento e geração híbrida, que são tecnologias ainda em desenvolvimento. Entre os riscos de eletrônicos não testados e os ambientes hostis de muitas microrredes, a implementação de tecnologias de energia marinha precisa ser precisa. É aí que as capacidades únicas da plataforma Advanced Research on Integrated Energy Systems (ARIES) para validação e redução de riscos se tornam essenciais.

Operada pelo National Laboratory of the Rockies (NLR), a ARIES integra no laboratório os principais componentes do sistema, como sistemas de energia, tecnologias de energia hidrelétrica, eletrônica de potência e física oceânica emulada. Com a configuração da ARIES, comunidades, empresas e grupos de pesquisa podem simular o desempenho dos dispositivos antes de submergi-los na água, confirmando seu retorno a longo prazo e seu sucesso técnico.

“O ARIES permite que a NLR e seus parceiros validem e aprimorem sistemas híbridos complexos de energia marinha em um ambiente controlado, repetível e acessível”, disse Al LiVecchi, gerente do programa de laboratório de energia hídrica da NLR. “Isso ajuda a reduzir riscos e a preparar os sistemas para implantação oceânica, além de acelerar o desenvolvimento tecnológico. Não existe nenhuma empresa de energia marinha que tenha utilizado a infraestrutura de laboratório da NLR e não tenha incorporado os aprendizados em sistemas de próxima geração.”

Ondas no Laboratório — Oceânicas e Eletrônicas

As microredes podem suportar uma ampla gama de aplicações offshore e remotas. Do ponto de vista logístico, o fornecimento de energia para locais costeiros pode ser comprometido pela distância, criando riscos de segurança e confiabilidade.

Essa preocupação se estende a missões offshore, como o monitoramento dos oceanos e a aquicultura, bem como a bases militares americanas distantes, aldeias tribais isoladas e indústrias de mineração e pesca remotas. A energia da rede elétrica nem sempre está disponível — portanto, para algumas comunidades, pode fazer sentido buscar energia no oceano. Mas primeiro, essa fonte de energia pode ser testada com o ARIES.

“Para soluções de energia oceânica de ponta, pode ser difícil ter certeza sobre a implementação de novas tecnologias quando há tantos fatores desconhecidos”, disse Jen Kurtz, diretora de pesquisa do ARIES na NLR. “O ARIES elimina a incerteza e reduz o risco. Criamos um ambiente de sistema marinho e energético que os parceiros esperam encontrar, o mais próximo possível da realidade.”

Para replicar sistemas complexos que integram energia marinha a sistemas híbridos de geração de energia, o ARIES utiliza tanto hardware personalizado quanto gêmeos digitais.

Uma ferramenta fundamental é um simulador de ondas oceânicas que move dispositivos da mesma forma que as ondulações no oceano. A plataforma de movimento de grande amplitude, ou LAMP, foi projetada para mover conversores de energia de ondas de 10.000 quilogramas em seis graus de liberdade. O LAMP testa a resistência física dos dispositivos às condições extremas do oceano e mede sua capacidade de captar energia em vários ângulos. Os pesquisadores do NLR caracterizaram o LAMP de forma exaustiva para que as propriedades das ondas sejam refletidas com precisão.

Enquanto o LAMP ondula como o oceano, o restante do ARIES replica a integração em redes elétricas. Os dispositivos em teste são conectados a um conjunto abrangente de emuladores de sistemas elétricos para pesquisa e aos seus mecanismos de comunicação cibernética. O ARIES consegue replicar qualquer sistema elétrico e, para maior fidelidade, utiliza uma variedade de recursos energéticos locais.

“Os recursos ciberfísicos do ARIES são excepcionais e em constante expansão”, disse Kurtz. “Independentemente da natureza dos sistemas de energia dos parceiros — sejam eles conectados a eletrolisadores, baterias ou cargas responsivas — garantimos que o ARIES consiga simulá-los. É assim que conseguimos capturar os detalhes mais profundos da integração de energia marinha.”

O LAMP é adequado para muitos conversores de energia das ondas, e os dinamômetros no campus Flatirons da NLR oferecem uma capacidade complementar para validar sistemas de extração de energia. Em vez de recriar as forças dimensionais da água, eles geram a rotação necessária para a geração elétrica. Foi assim que os pesquisadores do ARIES estudaram o sistema de energia offshore autônomo SeaRAY. Ao gerar a mesma energia produzida pelo dispositivo em alto-mar, a equipe do ARIES pôde testar configurações de microrredes e nanorredes para aplicações como o carregamento de veículos subaquáticos.

O dinamômetro ARIES, os emuladores LAMP e de grade são úteis para testar sistemas de retirada de potência tanto em geradores rotativos quanto lineares, abrangendo uma ampla gama de dispositivos baseados em ondas, marés e correntes fluviais. Qualquer configuração de microgrid baseada em ondas ou energia hidrocinética é viável, e os parceiros são convidados a aproveitá-la.

Versatilidade para Sistemas de Energia Marinha e Híbridos

Ao longo das costas dos EUA e dispersos pelas ilhas e arquipélagos do país, existem centenas de microgrids com conexão limitada ou nenhuma conexão com a rede principal. Para comunidades e empresas que consideram o uso de energia marinha em microgrids, a eletrônica de potência é um componente essencial nessa equação.

A eletrônica de potência converte e filtra a eletricidade para que possa ser utilizada de forma confiável pela rede elétrica. A energia das ondas, por exemplo, envia uma potência variável e instável para a terra, o que complica a capacidade da rede de utilizar essa energia. São necessários equipamentos eletrônicos com controles e hardware adequados para converter essa energia bruta em eletricidade utilizável. Essa interconexão entre recursos terrestres e aquáticos é um foco do ARIES.

Um exemplo de validação em eletrônica de potência é o projeto HERO WEC, um conversor de energia das ondas por osmose reversa hidráulica e elétrica, no qual a NLR utilizou o ARIES para validar um dispositivo de energia das ondas integrado a ativos de rede simulados. Os pesquisadores desenvolveram um controlador de carga para gerenciar melhor o fluxo de energia entre o gerador offshore e a bateria em terra. Ao validar esse controlador de carga, os pesquisadores atualizaram o ARIES para realizar validações futuras de forma rápida, flexível e com alta fidelidade.

Participe

Para aprofundar o conhecimento sobre microredes de energia hidrocinética e marinha, a NLR lançou uma série de webinars em 2026 focados nos desafios da integração de tecnologias de energia marinha em microredes remotas e insulares, incluindo como o ARIES pode ser aplicado em microredes do mundo real. A série de webinars também é voltada para participantes de programas relacionados do Departamento de Energia dos EUA, como a Community Microgrid Assistance Partnership e o Energy Technology Innovation Partnership Project, entre outros.

Aprenda mais sobre a plataforma ARIES e o LAMP. Para fazer parceria conosco, entre em contato com Rebecca.Fao@nlr.gov.

Artigo da NLR.