Udvikling af en kurs for havenergi og landet for at dekarbonisere nettet

Efterhånden som klimaændringer ændrer planeten, forårsager de massive ændringer i vores oceaner. Fordi disse farvande absorberer overskydende varme og energi fra vores atmosfære, har havet opsuget 90% af den varme, der genereres fra drivhusgasemissioner. Al den varme forårsager marine hedebølger, smeltende havis og havniveaustigning, hvilket udgør store risici for havets dyreliv, økosystemer og kystsamfund.

Men én form for vedvarende energi kunne trække fra havets kraft til at hjælpe med at bekæmpe klimaændringer og beskytte planetens sårbare farvande. Havenergi – strøm genereret fra havbølger samt hav- og flodstrømme og tidevand – kan være en værdifuld del af verdens kulstoffrie vedvarende energiportefølje. Alligevel er havenergiteknologier stadig i de tidlige udviklingsstadier, til dels fordi der er få data til at guide deres fremskridt mod kommerciel succes.

Det er grunden til, at forskere ved National Renewable Energy Laboratory (NREL) udvikler dataindsamlingsværktøjer for at hjælpe med at accelerere udviklingen af ​​disse lovende teknologier.

"Marine energiteknologier kan være en stor hjælp til at bekæmpe klimaændringer," sagde NREL vandkraftforsker Casey Nichols. "Jo hurtigere vi kan få havenergiteknologier op at køre, jo hurtigere kan de hjælpe os med at drive den blå økonomi, give energi til isolerede samfund og flytte os til et vedvarende energinet."

Nichols bygger sammen med andre vandkraftforsker Andrew Simms og et bredere NREL-team værktøjer, der indsamler data af høj kvalitet til havenergiudviklere. Disse dataindsamlingssystemer kaldes Modular Ocean Data Acquisition (eller MODAQ) og kan give information om en lang række havenergiprototyper, herunder deres potentielle energiproduktion og ydeevnekarakteristika (som for eksempel hvordan de bevæger sig og reagerer på havbølger).

Med MODAQ kan brugere vurdere deres prototypers løfte hele vejen fra laboratoriebænken til det åbne hav for hurtigt at finpudse deres design.

"For at få en succesfuld implementering," sagde Nichols, "skal du indsamle de rigtige data på den rigtige måde. Hvis du ikke gør det, kan du miste masser af penge og masser af tid. Det kan virkelig hindre dit projekt. Vi udviklede MODAQ til at bruge måleudstyr af højeste kvalitet, mens vi følger industristandarder for at sikre, at de indsamlede data er nøjagtige."

MODAQ består af tre forskellige produkter:MODAQ Field, MODAQ Cloud og MODAQ Web. Sammen tilbyder disse værktøjer alt fra dataopsamling i felten og fjernstyring af havbundne enheder til datalagring og -behandling. Brugere kan få adgang til en ren, letforståelig dataoversigt næsten lige så hurtigt, som dataene er indsamlet. Og fordi MODAQ er i overensstemmelse med marineenergistandarder, kan udviklere bruge værktøjet til at udføre akkrediterede tests – tredjepartsverifikationer af en enheds ydeevne – som kan hjælpe med at øge investorernes og kundernes tillid til teknologien.

"MODAQ er ligesom legoklodser til dataopsamling," sagde Simms, der sammen med kollegaen Mark Murphy byggede MODAQs hardware (det han kalder dens "hjerne"). Simms og NREL MODAQ-teamet kan skræddersy hver enkelt legoklods til at opfylde de specifikke behov for hver prototype.

Disse specialbyggede MODAQ'er er også i høj efterspørgsel, og derfor befandt Nichols sig for nylig på en strand på Hawaii - uden tvivl et af de bedste steder at indsamle havenergidata. Statens bølger bærer hvad der svarer til 25 gange dets energibehov. At udnytte blot en del af den rene energi kan hjælpe med at opveje de høje omkostninger ved at sende råolie til øerne.

Og et forskerhold ved University of Hawaii sigter efter at gøre netop det. Med deres brugerdefinerede MODAQ raffinerer forskerne en lille skala version af deres bølgeenergiprototype, Hawaiʻi Wave Surge Energy Converter (HAWSEC, for kort), som en dag kan drive Hawaiis kystsamfund. Holdets MODAQ gjorde det muligt for dem at indsamle pålidelige data ved laboratoriebænken, i bølgetanktests ved Oregon State University og i en felttest i åbent vand ved Hawaiis Makai Research Pier. "Vi byggede grundlæggende ét hardwaresystem til tre enhedsinstallationer, hvilket vi aldrig har gjort før," sagde Simms.

"Vi brugte meget tid på at gøre MODAQ sikker og pålidelig at bruge i bølgetankområdet og på stranden," tilføjede Nichols. "Saltvandsmiljøer er hårde mod mange materialer, så vi har designet systemet til at leve igennem alt det."

Indtil videre har Hawaii-teamets MODAQ-data matchet modeller genereret med NRELs Wave Energy Converter Simulator (også kendt som WEC-Sim) – et tegn på, at WEC-Sims teoretiske modeller giver realistiske resultater. "Simuleringen og eksperimentelle data var meget tæt på, hvilket var spændende at se," sagde Nichols. Det er også spændende for HAWSEC-teamet, som trygt kan stole på alle de lyddata for at bygge en større prototype til deres næste bølgetanktest.

Til HAWSEC-teamet og andre havenergiudviklere leverer MODAQ-systemer nøjagtige, pålidelige og standardiserede data til at vurdere deres enheders ydeevne, så de kan undgå at bygge deres egne dataindsamlingssystemer fra bunden (ofte med store omkostninger). Fordi MODAQ-teamet løbende forbedrer deres system, kan udviklere starte med et solidt fundament og blot tilføje komponenter for at evaluere de unikke funktioner ved deres enhed.

"Udviklere af havenergiteknologi forsøger dybest set at gøre noget helt nyt i et af de barskeste miljøer på jorden," sagde Simms. "Data er et af de bedste værktøjer, vi har til at forbedre pålideligheden og reducere omkostningerne ved implementering af marineenergiindustrien."

I de næste par år er Nichols, Simms og resten af ​​NRELs MODAQ-team ved at udvikle MODAQ 2.0, en endnu mere tilgængelig og omkostningseffektiv version af systemet. Men indtil videre er Nichols begejstret for at se flere udviklere bruge MODAQ 1.0 under enhedsimplementeringer.

"Der er så mange anvendelser for denne teknologi," sagde Nichols, "og jeg er meget spændt på at se, hvor det vil gå hen." + Udforsk yderligere

Bølgedrevet SeaRAY forbereder sig på prøveversionen på Hawaii