从乡村微电网到广阔的潮汐入口，全方位利用海洋能源

 
阿拉斯加是美国最大但人口最稠密的州，是最高级和最矛盾的国家。几个世纪以来，它偏远的社区，崎terrain的地形，极端的天气，自然奇观和丰富的野生动植物激发了来自世界各地的无畏探险者的想像力。
几天后，探险队的领导骑着哈士奇雪橇到雪橇上穿越冰冻的地形。现在，一种新型的先驱正在利用海洋和河流等截然不同的电力，将可靠的清洁能源带给阿拉斯加乃至其他遥远的社区。
国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员正在与行业，部落，政府和国家实验室合作伙伴合作，以更有效地利用阿拉斯加的大量海洋能源。由国家可再生能源实验室(NREL)领导的评估正在帮助偏远的部落村庄Igiugig识别可自我维持的微电网方案，而该团队在库克湾(Cook Inlet)进行的资源表征工作则有可能为电网供电，从而在整个州范围内进行配电。 NREL研究海洋水动能站点确定和排名有助于确定这些项目的站点。
尽管这似乎是两个截然不同的任务，但两者都需要高质量的数据和复杂的建模，才能使海洋能源设备和项目开发商成功。
NREL高级科学家Levi Kilcher说：“这就是我们介入的地方。”他负责这两个项目，并在Cook Inlet的海岸线上长大。 “我们的评估有助于开发更可靠，价格更可承受的海洋能源技术。我们正在帮助确定满足阿拉斯加农村社区需求的短期解决方案，并提供设计大型海洋能源项目所需的公共数据。未来。”
挖掘国家最大的潮汐能资源
在位于阿拉斯加中南部约180英里的库克湾(Cook Inlet)，可以发现美国30%以上的潮汐能。这提供了足够的能量来为1800万户家庭供电，远远超出了整个州的房屋数量。延伸到安克雷奇，该水口可紧邻该州最大的人口中心以及“铁路带”电网，该电网覆盖阿拉斯加的65%人口。
同时，该地区的风景也带来了挑战。流入库克湾的河流由冰川给水，对海洋发电技术构成独特风险。库克湾入海水域中的冰川沉积物可能会磨损潮汐涡轮机的密封件和轴承，最有希望的潮汐位点的湍流是如此剧烈，以至于其震动会损坏涡轮机，而充满砾石和沙子的淹没式冰山可能会与涡轮机发生碰撞并损坏涡轮机。 。 NREL关于湍流和水下冰山的数据为开发人员提供了设计足够坚固耐用的设备和系统所需的信息，这些设备和系统可以持续使用数十年。
NREL最先进的资源测量方法，再加上西北太平洋国家实验室(PNNL)和桑迪亚国家实验室的高分辨率资源建模，正在准确地揭示海洋能源项目在哪些方面最可行。新型波浪模型的分辨率比以前的模型大10倍，提供了一定的保真度，从而可以准确地识别具有最大潜力和挑战的区域。
Kilcher说：“我们正在进行的表征和建模工作为工业界设计和开发能够有效提取海洋能源资源并为这些社区乃至整个国家提供电力的系统奠定了基础。”
NREL与PNNL，海洋可再生能源公司(ORPC)和Terrasond Limited在能源部(DOE)资助的Cook Inlet项目上合作，这些伙伴和华盛顿大学在华盛顿州的普吉特海湾进行了较早的潮汐研究。和缅因州的西部通道。在NREL及其合作伙伴的相关工作中，研究人员计划建立波浪模型，最终覆盖整个美国领海中的整个美国专属经济区。这些模型的数据可通过NREL的Marine and Hydrokinetic(MHK)Atlas在线获得。
在偏远的部落村庄开发微电网
伊吉格(Igiugig)的69名居民距离阿拉斯加西南部的下一个村庄40英里(40公里)。这个Yup’ik部落社区未连接到电网，目前依靠柴油发电机组作为其主要动力。
NREL与美国能源部资助的项目Igiugig村理事会(IVC)，阿拉斯加州以及其他地方合作伙伴合作，探索可再生能源微电网在提供更大自给自足和减轻环境足迹的同时，还为服务的潜力作为技术和尊重文化价值的试验平台。该团队正在研究高渗透率可再生能源发电方案的机遇与挑战，收集数据以更好地了解能源负荷，并帮助确定未来10至20年的愿景。
附近的Kvichak河提供了独特的能源，比海洋，风能或太阳能资源更稳定，更可靠。在一个单独但又相关的项目中，NREL支持IVC和ORPC对计划在Igiugig中部署的涡轮机进行系统验证。在确认系统和组件的兼容性并评估了微电网的配置后，该团队希望在该地区建立同类的第一个长期系统。
尽管河流有潜力提供可靠的基本负荷电力，但它与世界上最大的野生红鲑鱼布里斯托尔湾鲑鱼养殖场的连接意味着社区旨在确保鱼类远离涡轮机。先前的调查表明，鱼类可以与海洋设施安全地共存。
该社区正在考虑一系列能源选择，包括建筑节能措施以及风能，太阳能光伏，太阳能热能和生物质锅炉。 NREL和阿拉斯加大学费尔班克斯分校的研究人员进行的初步调查显示，可再生能源的多种组合可以满足Igiugig多达70%的能源需求，而无需大幅度提高其能源价格。
微电网项目起源于2018年阿拉斯加国家实验室日峰会，该峰会聚集了阿拉斯加州，能源部和NREL的领导人，以更好地了解政府如何更有效地动员研究来帮助阿拉斯加农村地区的社区。如果这些项目成功，那么这些方法和技术可能对世界其他农村社区有价值。
回顾过去的同时展望未来
NREL海洋学家，工程师和数据科学家们在动荡表征方面取得了突破性的成功，很大程度上是受NREL海洋学家，工程师和数据科学家的影响，他们正在测量对设计和设计下一代海洋能源设备至关重要的资源细节。希尔彻(Kilcher)的团队正在将这些先前的突破中的经验教训应用到他们在Cook Inlet，Igiugig以及其他地区的活动中。
希尔彻说：“可再生能源是未来，阿拉斯加广阔的海洋资源有潜力在那发挥巨大作用。” “在我的家乡，参与清洁，可靠的能源项目以及与之相关的工作奠定了基础，真是太神奇了。”