De grootste maar minst dichtbevolkte staat van het land, Alaska is een land van superlatieven en tegenstrijdigheden. Eeuwenlang, zijn afgelegen gemeenschappen, ruig terrein, extreem weer, natuurwonderen, en een overvloed aan dieren in het wild hebben de verbeeldingskracht van onverschrokken ontdekkingsreizigers van over de hele wereld aangewakkerd.

Expeditieleiders in vervlogen tijden met aangekoppelde husky's op hun slee om het bevroren terrein te doorkruisen. Nutsvoorzieningen, een nieuw type pionier maakt gebruik van een heel ander soort kracht - van oceanen en rivieren - om betrouwbare schone energie te leveren aan verafgelegen gemeenschappen in Alaska en daarbuiten.

Onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) werken samen met de industrie, stam, regering, en nationale laboratoriumpartners om de enorme mariene energiebronnen van Alaska effectiever te benutten. Door NREL geleide beoordelingen helpen het afgelegen stamdorp Igiugig bij het identificeren van zelfvoorzienende microgrid-opties, terwijl het karakteriseringswerk van het team in Cook Inlet het potentieel heeft om stroom aan het net te leveren voor distributie over de staat. De NREL-studie Marine Hydrokinetic Energy Site Identification and Ranking hielp bij het identificeren van locaties voor deze projecten.

Hoewel dat twee heel verschillende ondernemingen lijken te zijn, beide vereisen hoogwaardige gegevens en geavanceerde modellering voor ontwikkelaars van mariene energie-apparaten en projecten om te slagen.

"Daar komen we tussen, " zei NREL Senior Scientist Levi Kilcher, die beide projecten leidt en opgroeide aan de kustlijn van Cook Inlet. "Onze beoordelingen vormen de basis voor de ontwikkeling van betrouwbaardere en betaalbare mariene energietechnologieën. We helpen bij het identificeren van kortetermijnoplossingen die voldoen aan de behoeften van de plattelandsgemeenschappen van Alaska, en we leveren openbare gegevens die nodig zijn om de grootschalige mariene energieprojecten van de toekomst te ontwerpen."

De grootste getijdenkrachtbronnen van de natie aanboren

Meer dan 30% van de Amerikaanse getijdenenergie is te vinden in Cook Inlet, die ongeveer 180 mijl van zuid-centraal Alaska beslaat. Dit biedt genoeg energie om 18 miljoen huishoudens van stroom te voorzien, veel meer dan het aantal huizen in de hele staat. Uitbreiding naar Anchorage, de inham biedt de directe nabijheid van de grootste bevolkingscentra van de staat, evenals op het elektriciteitsnet "Railbelt", die 65% van de bevolking van Alaska dekt.

Tegelijkertijd, het landschap van het gebied zelf stelt uitdagingen. De rivieren die Cook Inlet binnenstromen, worden gevoed door gletsjers en vormen unieke risico's voor de mariene energietechnologie. Gletsjersedimenten in Cook Inlet-wateren kunnen slijten op de afdichtingen en lagers van getijdenturbines, turbulentie op de meest veelbelovende getijdengebieden is zo krachtig dat de schuddende beweging de turbines zou kunnen beschadigen, en ondergedompelde ijsbergen beladen met grind en zand kunnen in botsing komen met turbines en deze beschadigen. De gegevens van NREL over turbulentie en ondergedompelde ijsbergen bieden ontwikkelaars de informatie die nodig is om apparaten en systemen te ontwerpen die robuust genoeg zijn om tientallen jaren mee te gaan.

NREL's ultramoderne meetmethoden voor hulpbronnen, gecombineerd met resourcemodellering met hoge resolutie bij het samenwerkende Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) en Sandia National Laboratories, helpen om precies te onthullen waar mariene energieprojecten het meest levensvatbaar zouden kunnen zijn. Resolutie van nieuwe golfmodellen is 10 keer groter dan die van eerdere modellen, een betrouwbaarheidsniveau bieden dat het mogelijk maakt om gebieden met het grootste potentieel nauwkeurig te identificeren, evenals mogelijke uitdagingen.

"Het karakteriserings- en modelleringswerk dat we doen, legt de basis voor de industrie om systemen te ontwerpen en te ontwikkelen die in staat zijn om efficiënt mariene energiebronnen te winnen en de stroom te leveren die deze gemeenschappen - en de natie - nodig hebben, ' zei Kilcher.

NREL werkt samen met PNNL, Ocean Renewable Power Company (ORPC), en Terrasond Limited op het door het Department of Energy (DOE) gefinancierde Cook Inlet-project, voortbouwend op eerdere getijdenstudies uitgevoerd door deze partners en de Universiteit van Washington in Puget Sound in de staat Washington en de westelijke doorgang van Maine. In gerelateerd werk van NREL en haar partners, onderzoekers plannen voor golfmodellen om uiteindelijk de hele Amerikaanse exclusieve economische zone in de territoriale wateren rond de Verenigde Staten te bestrijken. Gegevens van deze modellen worden online beschikbaar gesteld via NREL's Marine and Hydrokinetic (MHK) Atlas.

Een microgrid ontwikkelen in een afgelegen stamdorp

De 69 inwoners van Igiugig wonen meer dan 65 kilometer van het volgende dorp in het zuidwesten van Alaska. Deze stammengemeenschap van Yup'ik is niet aangesloten op het elektriciteitsnet en vertrouwt momenteel op een verzameling dieselgeneratoren als primaire energiebron.

NREL werkt samen met de Igiugig Village Council (IVC), de staat Alaska, en andere lokale partners in dit door DOE gesponsorde project om het potentieel voor een microgrid voor hernieuwbare energie te onderzoeken om meer zelfvoorziening en een kleinere ecologische voetafdruk te bieden, terwijl het dient als een testbed voor technologieën en het eren van culturele waarden. Het team onderzoekt kansen en uitdagingen voor scenario's met een hoge penetratie van hernieuwbare energie, gegevens verzamelen om energiebelastingen beter te begrijpen, en het helpen identificeren van een visie voor de komende 10 tot 20 jaar.

De nabijgelegen Kvichak-rivier presenteert een unieke energiebron, stabieler en betrouwbaarder dan ocean marine, wind, of zonnebronnen. In een apart maar gerelateerd project, NREL ondersteunt de IVC en ORPC bij de systeemvalidatie van een turbine die gepland staat voor inzet in Igiugig. Na bevestiging van systeem- en componentcompatibiliteit en evaluatie van de microgridconfiguratie, het team hoopt op deze locatie het eerste langetermijnsysteem in zijn soort op te zetten.

Hoewel de rivier het potentieel heeft om betrouwbaar basislastvermogen te leveren, de verbinding met de Bristol Bay Salmon Run - de grootste wilde sockeye-zalmrennen ter wereld - betekent dat de gemeenschap van plan is ervoor te zorgen dat de vissen uit de buurt van de turbine blijven. Eerdere onderzoeken hebben aangetoond dat vissen veilig kunnen samenleven met mariene installaties.

De gemeenschap overweegt een reeks energie-opties, inclusief maatregelen voor energie-efficiëntie van gebouwen en wind, fotovoltaïsche zonne-energie, thermische zonne-energie, en biomassaketels. Voorlopige onderzoeken door onderzoekers van NREL en de University of Alaska Fairbanks suggereren dat een gevarieerde mix van hernieuwbare energiebronnen in maar liefst 70% van Igiugig's energiebehoefte zou kunnen voorzien zonder grote stijgingen van hun energieprijzen.

Het microgrid-project is voortgekomen uit de 2018 Alaska National Lab Day Summit, die leiders uit de staat Alaska samenbracht, DOE, en NREL om beter te begrijpen hoe de overheid onderzoek effectiever kan mobiliseren om gemeenschappen op het platteland van Alaska te helpen. Als deze projecten slagen, de methodologieën en technologieën kunnen waardevol zijn voor andere plattelandsgemeenschappen over de hele wereld.

Ergens naar uitkijken, Terwijl je leert van het verleden

Grotendeels gemotiveerd door eerdere baanbrekende successen bij het karakteriseren van turbulentie om het ontwerp van windturbines te verbeteren, NREL oceanografen, ingenieurs, en datawetenschappers meten de details van hulpbronnen die essentieel zijn voor de engineering en het ontwerpen van de volgende generatie mariene energie-apparaten. Het team van Kilcher past lessen uit deze eerdere doorbraken toe op hun activiteiten in Cook Inlet, Igiugig, en verder.

"Hernieuwbare energie heeft de toekomst, en de enorme mariene hulpbronnen van Alaska hebben het potentieel om daar een grote rol te spelen, "Zei Kilcher. "Het is geweldig om betrokken te zijn bij het leggen van de basis voor schone, betrouwbare energieprojecten - en de banen die daarbij horen - in mijn thuisstaat."