Udnyttelse af havenergi på alle skalaer, fra et landsbymikronet til et stort tidevandsindløb

Nationens største, men mindst tætbefolkede stat, Alaska er et land med superlativer og modsætninger. I århundreder, dets fjerntliggende samfund, ujævnt terræn, ekstremt vejr, naturlige vidundere, og et rigt dyreliv har sat gang i fantasien hos uforfærdede opdagelsesrejsende fra hele verden.

Ekspeditionsledere i gamle dage med spændte huskyer til deres slæder for at krydse det frosne terræn. Nu, en ny type pionerer udnytter en meget anden type kraft – fra oceaner og floder – for at bringe pålidelig ren energi til fjerntliggende samfund i Alaska og videre.

National Renewable Energy Laboratory (NREL) forskere arbejder med industrien, stamme, regering, og nationale laboratoriepartnere til mere effektivt at udnytte Alaskas enorme marine energiressourcer. NREL-ledede vurderinger hjælper den fjerntliggende stammelandsby Igiugig med at identificere selvbærende mikronetmuligheder, mens teamets ressourcekarakteriseringsarbejde i Cook Inlet har potentialet til at levere strøm til nettet til distribution på tværs af staten. NREL-undersøgelsen Marine Hydrokinetic Energy Site Identification and Ranking hjalp med at identificere steder for disse projekter.

Selvom det ser ud til at være to vidt forskellige virksomheder, begge kræver data af høj kvalitet og sofistikeret modellering, for at udviklere af havenergiudstyr og -projekter kan lykkes.

"Det er der, vi træder ind, " sagde NREL seniorforsker Levi Kilcher, som styrer begge projekter og voksede op på Cook Inlets kystlinje. "Vores vurderinger informerer om udviklingen af ​​mere pålidelige og overkommelige havenergiteknologier. Vi hjælper med at identificere kortsigtede løsninger, der opfylder behovene i Alaskas landlige samfund, og vi leverer offentlige data, der er nødvendige for at designe fremtidens store havenergiprojekter."

Udnyttelse af nationens største tidevandskraftressourcer

Mere end 30% af amerikansk tidevandskraft kan findes i Cook Inlet, som dækker cirka 180 miles af det sydlige centrale Alaska. Dette giver energi nok til at drive 18 millioner hjem - langt ud over antallet af huse i hele staten. Udstrækning til Anchorage, fjorden tilbyder umiddelbar nærhed til statens største befolkningscentre, samt til "Railbelt" elnettet, som dækker 65% af Alaskas befolkning.

På samme tid, selve områdets landskab giver udfordringer. Floderne, der strømmer ind i Cook Inlet, fodres af gletsjere og udgør enestående risici for havkraftteknologi. Glaciale sedimenter i Cook-indløbsvandene kan slide på tætningerne og lejerne af tidevandsturbiner, turbulens på de mest lovende tidevandssteder er så energisk, at dens rystende bevægelse kan beskadige turbinerne, og neddykkede isbjerge fyldt med grus og sand kunne kollidere med og beskadige turbiner. NRELs data om turbulens og nedsænkede isbjerge giver udviklere den nødvendige information til at designe enheder og systemer robuste nok til at holde i årtier.

NRELs state-of-the-art ressourcemålingsmetoder, parret med højopløsningsressourcemodellering ved samarbejdende Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) og Sandia National Laboratories, hjælper med at afsløre præcis, hvor havenergiprojekter kunne vise sig mest levedygtige. Opløsningen af ​​nye bølgemodeller er 10 gange større end tidligere modellers, at give et niveau af troskab, der gør det muligt nøjagtigt at identificere områder med det største potentiale, samt mulige udfordringer.

"Det karakteriserings- og modelleringsarbejde, vi laver, lægger grunden til, at industrien kan designe og udvikle systemer, der effektivt kan udvinde marine energiressourcer og levere energi, som disse samfund – og nationen – har brug for, " sagde Kilcher.

NREL samarbejder med PNNL, Ocean Renewable Power Company (ORPC), og Terrasond Limited på det Department of Energy (DOE)-finansierede Cook Inlet-projekt, bygger på tidligere tidevandsundersøgelser udført af disse partnere og University of Washington i Washington State's Puget Sound og Western Passage of Maine. I beslægtet arbejde udført af NREL og dets partnere, forskere planlægger, at bølgemodeller i sidste ende skal dække hele USA's eksklusive økonomiske zone i territorialfarvandet omkring USA. Data fra disse modeller bliver gjort tilgængelige online via NREL's Marine and Hydrokinetic (MHK) Atlas.

Udvikling af et mikronet i en fjerntliggende stammelandsby

De 69 indbyggere i Igiugig bor mere end 60 miles fra den næste landsby i det sydvestlige Alaska. Dette Yup'ik-stammesamfund er ikke forbundet til det elektriske net og er i øjeblikket afhængig af en samling dieselgeneratorer som sin primære strømkilde.

NREL samarbejder med Igiugig Village Council (IVC), staten Alaska, og andre lokale partnere i dette DOE-sponsorerede projekt for at udforske potentialet for et vedvarende energimikronet til at give større selvforsyning og et lettere miljømæssigt fodaftryk, samtidig med at de tjener som et testbed for teknologier og ærer kulturelle værdier. Holdet undersøger muligheder og udfordringer for højpenetrationsscenarier for vedvarende energiproduktion, indsamling af data for bedre at forstå energibelastninger, og hjælpe med at identificere en vision for de næste 10 til 20 år.

Den nærliggende Kvichak-flod præsenterer en unik energiressource, mere stabile og mere pålidelige end ocean marine, vind, eller solkilder. I et separat, men relateret projekt, NREL støtter IVC og ORPC i systemvalidering af en turbine, der er planlagt til udrulning i Igiugig. Efter at have bekræftet system- og komponentkompatibilitet og evalueret mikronetkonfigurationen, holdet håber at etablere det første langsigtede system af sin art på dette sted.

Mens floden har potentialet til at levere pålidelig baseload power, dens forbindelse til Bristol Bay Salmon Run - det største vilde sockeye lakseløb i verden - betyder, at samfundet er opsat på at sikre, at fiskene forbliver fri af turbinen. Tidligere undersøgelser har vist, at fisk sikkert kan sameksistere med marine installationer.

Samfundet overvejer en række energimuligheder, herunder bygningsenergieffektivitetsforanstaltninger og vind, solcelleanlæg, solvarme, og biomassekedler. Foreløbige undersøgelser foretaget af forskere ved NREL og University of Alaska Fairbanks tyder på, at en mangfoldig blanding af vedvarende energikilder kunne levere så meget som 70 % af Igiugigs energibehov uden store stigninger i deres energipriser.

Microgrid-projektet voksede ud af Alaska National Lab Day Summit 2018, som samlede ledere fra staten Alaska, DOE, og NREL for bedre at forstå, hvordan regeringen mere effektivt kan mobilisere forskning for at hjælpe samfund i det landlige Alaska. Hvis disse projekter lykkes, Metoderne og teknologierne kan være værdifulde for andre landdistrikter rundt om i verden.

Ser frem til, Mens man lærer af fortiden

Motiveret i høj grad af tidligere banebrydende succeser med karakterisering af turbulens for at forbedre vindmølledesign, NREL oceanografer, ingeniører, og dataforskere måler ressourcedetaljer, der er afgørende for konstruktion og design af den næste generation af havenergienheder. Kilchers team anvender erfaringer fra disse tidligere gennembrud på deres aktiviteter i Cook Inlet, Igiugig, og videre.

"Vedvarende energi er fremtiden, og Alaskas enorme marine ressourcer har potentialet til at spille en enorm rolle der, " sagde Kilcher. "Det er fantastisk at være med til at lægge grunden til rent, pålidelige energiprojekter - og de job, der følger med dem - i min hjemstat."