Там, где морская энергетика встречается с гибридными системами питания, эта лаборатория снижает риски их интеграции

Поддержите работу CleanTechnica, оформив подписку через Substack, Patreon или Stripe. Помогите нам создавать качественный оригинальный контент каждую неделю, несмотря на проблемы, связанные с искусственным интеллектом для извлечения контента, антиобщественными социальными сетями, инфляцией и другими трудностями.

Платформа ARIES обладает необходимыми возможностями для имитации и снижения рисков морских энергетических систем в различных приложениях.

Энергия океанских волн может обеспечивать электроэнергией офшорные и прибрежные микросети для таких целей, как зарядка автономных подводных аппаратов, обслуживание океанских датчиков и аквакультуры, а также обеспечение местной энергией отдаленных сообществ.

Однако для использования этой энергии необходимы преобразователи волновой энергии, соединенные с различными устройствами хранения и гибридными источниками производства энергии, что представляет собой технологии начальной стадии развития. Учитывая риски, связанные с непроверенной электроникой, и сложные условия многих микросетей, внедрение технологий морской энергетики должно осуществляться очень тщательно. Именно здесь уникальные возможности платформы Advanced Research on Integrated Energy Systems (ARIES) для проверки эффективности и снижения рисков становятся крайне важными.

Платформа ARIES, находящаяся в ведении Национальной лаборатории Скалистых гор (NLR), объединяет в лабораторных условиях ключевые компоненты системы: энергетические системы, технологии гидроэнергетики, электронику управления и моделируемую физику океана. Благодаря этой платформе сообщества, компании и исследовательские группы могут симулировать работу устройств до их погружения в воду, тем самым подтверждая их долгосрочную эффективность и технический успех.

«ARIES позволяет NLR и его партнерам проверять и совершенствовать сложные гибридные морские энергетические системы в контролируемой, воспроизводимой и доступной среде», — сказал Ал ЛиВекки, менеджер программы лаборатории водной энергетики NLR. «Это помогает снизить риски и подготовить системы к использованию в океане, а также ускорить развитие технологий. Не существует ни одной компании в области морской энергетики, которая бы использовала лабораторную инфраструктуру NLR и не применила полученные знания в системах следующего поколения».

Волны в лаборатории — океанические и электронные

Микросети могут обеспечивать работу широкого спектра прибрежных и отдаленных устройств. С точки зрения логистики, подача электроэнергии в прибрежные объекты может страдать из-за больших расстояний, что создает риски для безопасности и надежности.

Эта проблема касается как офшорных миссий, таких как изучение океана и аквакультура, так и отдаленных военных баз США, изолированных племенных деревень, а также отдаленной горнодобывающей и рыболовной промышленности. Электроэнергия из сети не всегда доступна — поэтому для некоторых сообществ может иметь смысл искать энергию в океане. Но сначала этот источник энергии можно протестировать с помощью ARIES.

«В области передовых решений для получения энергии из океана бывает сложно быть уверенным в применении новых технологий из-за большого количества неизвестных факторов», — сказала Джен Курц, директор по исследованиям ARIES в NLR. «ARIES устраняет неопределенность и снижает риски. Мы создаем условия морской среды и энергетической системы, с которыми ожидают столкнуться партнеры, максимально приближенные к реальности».

Для воспроизведения сложных систем, объединяющих морскую энергию с гибридными энергетическими системами, ARIES использует как специальное оборудование, так и цифровые двойники.

Одним из ключевых инструментов является симулятор океанских волн, имитирующий движение волн в океане с помощью специальных устройств. Платформа для движения с большой амплитудой, или LAMP, предназначена для перемещения преобразователей энергии волн массой 10 000 килограммов в шести степенях свободы. LAMP тестирует физическую устойчивость устройств к силам океана и измеряет их способность захватывать энергию под разными углами. Исследователи NLR тщательно изучили характеристики LAMP, чтобы свойства волн отражались с максимальной точностью.

Пока LAMP имитирует движение волн, остальная часть системы ARIES воспроизводит процесс интеграции в электросеть. Тестируемые устройства соединяются с полным набором эмуляторов исследовательских электроэнергетических систем и их киберсвязей. ARIES может воспроизводить любую электроэнергетическую систему, а для повышения точности использует различные местные источники энергии.

«Киберфизические ресурсы ARIES выдающиеся и постоянно расширяются», — сказал Курц. «Независимо от характеристик систем энергоснабжения партнеров — будь то подключение к электролизаторам, аккумуляторам или реактивным нагрузкам — мы обеспечиваем возможность имитации их работы с помощью ARIES. Именно так нам удается получить детальное представление об интеграции морских источников энергии».

LAMP подходит для многих преобразователей энергии волн, а динамометры на кампусе NLR Flatirons обеспечивают дополнительные возможности для проверки систем отбора мощности. Вместо воспроизведения сил, действующих на воду, они создают вращение, необходимое для генерации электроэнергии. Именно так исследователи ARIES изучали автономную офшорную энергетическую систему SeaRAY. Генерируя ту же мощность, что и устройство в офшорных условиях, команда ARIES смогла протестировать конфигурации микро- и наносетей для таких задач, как зарядка подводных аппаратов.

Динамометр ARIES, устройства LAMP и эмуляторы сети полезны для тестирования узлов отбора мощности как у вращательных, так и у линейных генераторов, а также устройств, работающих от волн, приливов и речных течений. Возможны любые конфигурации микросетей, работающих от волн или гидрокинетических сил, и партнеры приглашаются воспользоваться этими возможностями.

Универсальность для морских энергетических систем и гибридных электросистем

Вдоль побережья США и на островах и архипелагах страны существует сотни микросетей, имеющих ограниченное или отсутствующее соединение с основной сетью. Для сообществ и компаний, рассматривающих возможность использования энергии морских источников в микросетях, электроника управления мощностью является важной составляющей.

Электроника высокой мощности преобразует и фильтрует электроэнергию, чтобы она могла надежно использоваться сетью. Например, энергия волн поступает на сушу в виде переменной и нестабильной мощности, что затрудняет использование этой энергии сетью. Для преобразования такой необработанной энергии в пригодную для использования требуются электронные устройства с соответствующими системами управления и аппаратурой. Именно взаимодействие наземных и подводных источников энергии является основной темой исследований в проекте ARIES.

Пример проверки устройств электроники высокой мощности — проект гидравлического и электрического преобразователя энергии волн с использованием обратной осмоса, или HERO WEC, в рамках которого NLR применил ARIES для проверки устройства, получающего энергию от волн, интегрированного с имитированными элементами электросети. Исследователи разработали контроллер зарядки для более эффективного управления потоком энергии между офшорным генератором и наземными аккумуляторами. При проверке этого контроллера зарядки исследователи обновили ARIES, чтобы он мог быстро, гибко и с высокой точностью выполнять будущие проверки.

Присоединяйтесь

Чтобы глубже изучить вопросы гидрокинетических и морских энергетических микросетей, NLR в 2026 году организовала серию вебинаров, посвящённых проблемам интеграции технологий морской энергетики в отдалённые, островные микросети, включая способы применения технологии ARIES в реальных микросетях. Серия вебинаров также предназначена для участников связанных программ Министерства энергетики США, таких как Community Microgrid Assistance Partnership и Energy Technology Innovation Partnership Project.

Узнайте больше о платформе ARIES и проекте LAMP. Чтобы стать нашим партнёром, свяжитесь по адресу Rebecca.Fao@nlr.gov.

Статья от NLR.