Там, де морська енергетика зустрічається з гібридними енергосистемами, ця лабораторія зменшує ризики інтеграції

Підтримайте роботу CleanTechnica через підписку на Substack, Patreon або Stripe. Допоможіть нам створювати якісний оригінальний контент щотижня, незважаючи на виклики, пов’язані з штучним інтелектом для збору контенту, антисоціальними мережами, інфляцією та іншими перешкодами.

Платформа ARIES має необхідні можливості для імітації та зниження ризиків у морських енергетичних системах для різноманітних застосувань.

Енергія від океанських хвиль може живити офшорні та прибережні мікромережі для таких цілей, як зарядка автономних підводних апаратів, підтримка океанічних датчиків та аквакультури, а також забезпечення місцевої енергією віддалених громад.

Але щоб використати цю енергію, потрібні перетворювачі хвильової енергії, взаємопов’язані з різноманітними засобами зберігання та гібридними енергогенеруючими системами, які ще знаходяться на початкових етапах розвитку. Через ризики, пов’язані з неперевіреною електронікою, та суворі умови багатьох мікромереж, впровадження технологій морської енергетики має бути дуже ретельним. Саме тут унікальні можливості платформи Advanced Research on Integrated Energy Systems (ARIES) для перевірки та зниження ризиків стають надзвичайно важливими.

Платформа ARIES, якою керує Національна лабораторія Роккі (NLR), об’єднує в лабораторних умовах ключові компоненти системи: електроенергетичні системи, технології гідроенергетики, електроніку та моделювання фізики океану. Завдяки цій платформі громади, компанії та дослідницькі групи можуть симулювати роботу пристроїв ще до того, як помістити їх у воду, щоб переконатися у їхній довгостроковій ефективності та технічному успіху.

«ARIES дозволяє NLR та його партнерам перевіряти та вдосконалювати складні гібридні системи морської енергетики в контрольованому, повторюваному та доступному для використання середовищі», — сказав Ал ЛіВеккі, керівник програми лабораторії водної енергетики NLR. «Це допомагає зменшити ризики та підготувати системи до використання в океані, а також прискорити розробку технологій. Не існує жодної компанії з морської енергетики, яка б скористалася лабораторною інфраструктурою NLR та не впровадила отримані знання у системи наступного покоління».

Хвилі в лабораторії — океанські та електронні

Мікромережі можуть підтримувати широкий спектр застосувань у відкритому морі та в віддалених районах. З логістичної точки зору, постачання електроенергії до прибережних об’єктів може бути ускладнене через велику відстань, що створює ризики для безпеки та надійності».

Ця проблема стосується також офшорних місій, таких як спостереження за океаном та аквакультура, а також віддалених військових баз США, ізольованих племінних сіл та віддалених галузей видобутку корисних копалин та рибальства. Електроенергія з електромережі не завжди є доступною — тому для деяких громад може бути доцільним шукати енергію в океані. Але спочатку цей джерело енергії можна протестувати за допомогою ARIES.

«Щодо передових рішень у сфері океанської енергетики, складно бути впевненим у використанні нових технологій, коли існує стільки невідомих факторів», — сказала Джен Курц, керівникка досліджень ARIES у NLR. «ARIES усуває невизначеність та зменшує ризики. Ми створюємо середовище морських та енергетичних систем, з яким, на думку партнерів, доведеться стикатися, максимально наближене до реального».

Щоб відтворити складні системи, які поєднують океанську енергію з гібридними енергетичними системами, ARIES використовує як спеціальне обладнання, так і цифрові двійники.

Одним із ключових інструментів є симулятор океанських хвиль у сухому вигляді, який змушує пристрої рухатися так, ніби це хвилі в океані. Платформа для руху з великою амплітудою, або LAMP, призначена для переміщення перетворювачів енергії хвиль вагою 10 000 кілограмів у шести ступенях свободи. LAMP перевіряє фізичну стійкість пристроїв до навантажень океану та вимірює їхню здатність до збору енергії під різними кутами. Дослідники NLR детально описали характеристики LAMP, щоб властивості хвиль відтворювалися абсолютно точно.

Поки LAMP створює хвилеподібні рухи, решта системи ARIES імітує інтеграцію в електромережу. Пристрої, які проходять тестування, під’єднані до повного набору емуляторів дослідницьких енергетичних систем та їхніх кіберкомунікацій. ARIES може імітувати будь-яку енергетичну систему, а для ще більшої точності використовує різноманітні місцеві джерела енергії.

«Кіберфізичні ресурси ARIES є винятковими та постійно розширюються», — сказав Курц. «Якою б не була природа систем енергопостачання партнерів — чи це з’єднання з електролізерами, акумуляторами чи реактивними навантаженнями — ми гарантуємо, що ARIES може їх імітувати. Саме так ми здатні враховувати всі деталі інтеграції морської енергетики».

LAMP підходить для багатьох перетворювачів хвильової енергії, а динамометри на кампусі NLR у Флатайронсах забезпечують додаткові можливості для перевірки систем виведення потужності. Замість того, щоб відтворювати силові впливи води, вони створюють обертання, яке забезпечує генерацію електроенергії. Саме так дослідники ARIES вивчали автономну офшорну енергетичну систему SeaRAY. Створюючи ту саму потужність, яку пристрій генерує в офшорних умовах, команда ARIES могла тестувати конфігурації мікро- та наномереж для застосувань, таких як зарядка підводних апаратів.

Динамометр ARIES, пристрої LAMP та емулятори мережі є корисними для тестування приводів, призначених для роботи як обертових, так і лінійних генераторів, а також пристроїв, що використовують хвилі, припливи та річковий струм. Можлива будь-яка конфігурація мікромережі на основі хвиль чи гідрокінетичної енергії, і ми запрошуємо партнерів скористатися цими можливостями.

Багатофункціональність для морської енергетики та гібридних енергосистем

Уздовж узбережжя США та на островах та архіпелагах країни існує сотні мікромереж з обмеженим або взагалі безпосереднім з’єднанням із основною мережею. Для громад та компаній, які розглядають використання енергії морських джерел у мікромережах, електроніка потужності є важливою складовою.

Електроніка потужностей перетворює та фільтрує електроенергію, щоб вона могла надійно використовуватися електромережею. Енергія хвиль, наприклад, постачає на сушу змінну та нестабільну потужність, що ускладнює можливості мережі її використання. Для перетворення цієї необробленої енергії у придатну для використання електроенергію потрібна електроніка з відповідними системами керування та апаратурою. Цей зв’язок між наземними та підводними джерелами є пріоритетом у проекті ARIES.

Прикладом перевірки пристроїв електроніки високої потужності є проект гідравлічного та електричного перетворювача енергії хвиль з технологією зворотної осмосу, або HERO WEC, у рамках якого NLR використав ARIES для перевірки пристрою для отримання енергії з хвиль, інтегрованого зі штучними елементами електромережі. Дослідники розробили контролер заряджання для кращого керування потоком енергії між офшорним генератором та наземною батареєю. Під час перевірки цього контролера заряджання дослідники оновили ARIES, щоб він міг швидко, гнучко та з високою точністю виконувати майбутні перевірки.

Долучіться

Щоб детальніше дослідити гідрокінетичні та морські енергетичні мікромережі, NLR у 2026 році запустив серію вебінарів, присвятованих проблемам інтеграції технологій морської енергетики в віддалені, острівні мікромережі, включаючи можливості застосування ARIES у реальних мікромережах. Ця серія вебінарів також призначена для учасників схожих програм Міністерства енергетики США, таких як Community Microgrid Assistance Partnership та Energy Technology Innovation Partnership Project.

Дізнайтеся більше про платформу ARIES та LAMP. Щоб стати нашим партнером, зв’яжіться за адресою Rebecca.Fao@nlr.gov.

Стаття від NLR.