El estado más grande pero menos densamente poblado de la nación, Alaska es una tierra de superlativos y contradicciones. Por siglos, sus comunidades remotas, terreno accidentado, clima extremo, maravillas naturales, y la abundante vida salvaje han despertado la imaginación de intrépidos exploradores de todo el mundo.

En el pasado, los líderes de las expediciones llevaban huskies enganchados a sus trineos para atravesar el terreno helado. Ahora, un nuevo tipo de pionero está aprovechando un tipo de energía muy diferente, procedente de océanos y ríos, para llevar energía limpia confiable a comunidades remotas de Alaska y más allá.

Los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) están trabajando con la industria, tribal, Gobierno, y laboratorios nacionales asociados para aprovechar más eficazmente los vastos recursos energéticos marinos de Alaska. Las evaluaciones dirigidas por NREL están ayudando a la remota aldea tribal de Igiugig a identificar opciones de microrredes autosostenibles. mientras que el trabajo de caracterización de recursos del equipo en Cook Inlet tiene el potencial de entregar energía a la red para su distribución en todo el estado. El estudio NREL Identificación y clasificación de sitios de energía hidrocinética marina ayudó a identificar sitios para estos proyectos.

Aunque parecen ser dos empresas muy diferentes, ambos requieren datos de alta calidad y modelos sofisticados para que los desarrolladores de proyectos y dispositivos de energía marina tengan éxito.

"Ahí es donde intervenimos, "dijo Levi Kilcher, científico sénior de NREL, quien está a cargo de ambos proyectos y creció en la costa de Cook Inlet. "Nuestras evaluaciones informan el desarrollo de tecnologías de energía marina más confiables y asequibles. Estamos ayudando a identificar soluciones a corto plazo que satisfagan las necesidades de las comunidades rurales de Alaska, y estamos entregando los datos públicos necesarios para diseñar los proyectos de energía marina a gran escala del futuro ".

Aprovechando los mayores recursos de energía de las mareas de la nación

Más del 30% de la energía de las mareas de EE. UU. Se puede encontrar en Cook Inlet, que cubre aproximadamente 180 millas del centro-sur de Alaska. Esto ofrece suficiente energía para abastecer a 18 millones de hogares, mucho más que el número de casas en todo el estado. Extendiéndose a Anchorage, la entrada ofrece proximidad inmediata a los centros de población más grandes del estado, así como a la red eléctrica "Railbelt", que cubre el 65% de la población de Alaska.

Al mismo tiempo, el propio paisaje de la zona plantea desafíos. Los ríos que desembocan en Cook Inlet son alimentados por glaciares y presentan riesgos únicos para la tecnología de energía marina. Los sedimentos glaciales en las aguas de Cook Inlet pueden desgastar los sellos y cojinetes de las turbinas mareomotrices, la turbulencia en los sitios de marea más prometedores es tan enérgica que su movimiento de agitación podría dañar las turbinas, y los icebergs sumergidos cargados de grava y arena podrían chocar y dañar las turbinas. Los datos de NREL sobre turbulencias y icebergs sumergidos proporcionan a los desarrolladores la información necesaria para diseñar dispositivos y sistemas lo suficientemente robustos como para durar décadas.

Los métodos de medición de recursos de última generación de NREL, junto con el modelado de recursos de alta resolución en colaboración con el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) y los Laboratorios Nacionales Sandia, están ayudando a revelar exactamente dónde los proyectos de energía marina podrían resultar más viables. La resolución de los modelos de nueva ola es 10 veces mayor que la de los modelos anteriores, proporcionar un nivel de fidelidad que permita identificar con precisión las áreas con mayor potencial, así como posibles desafíos.

"El trabajo de caracterización y modelado que estamos haciendo sienta las bases para que la industria diseñe y desarrolle sistemas capaces de extraer de manera eficiente los recursos energéticos marinos y suministrar energía que estas comunidades, y la nación, necesitan, "Dijo Kilcher.

NREL se está asociando con PNNL, Ocean Renewable Power Company (ORPC), y Terrasond Limited en el proyecto Cook Inlet financiado por el Departamento de Energía (DOE), basándose en estudios de mareas anteriores realizados por estos socios y la Universidad de Washington en Puget Sound del estado de Washington y el Pasaje occidental de Maine. En el trabajo relacionado de NREL y sus socios, Los investigadores planean que los modelos de olas cubran eventualmente toda la Zona Económica Exclusiva de los EE. UU. en las aguas territoriales que rodean los Estados Unidos. Los datos de estos modelos están disponibles en línea a través del Atlas marino e hidrocinético (MHK) de NREL.

Desarrollo de una microrred en una aldea tribal remota

Los 69 residentes de Igiugig viven a más de 40 millas de la siguiente aldea en el suroeste de Alaska. Esta comunidad tribal Yup'ik no está conectada a la red eléctrica y actualmente depende de una colección de generadores diesel como su principal fuente de energía.

NREL está trabajando con el Ayuntamiento de Igiugig (IVC), el estado de Alaska, y otros socios locales en este proyecto patrocinado por el DOE para explorar el potencial de una microrred de energía renovable para proporcionar una mayor autosuficiencia y una huella ambiental más ligera, al mismo tiempo que sirve como un banco de pruebas para las tecnologías y honra los valores culturales. El equipo está examinando oportunidades y desafíos para escenarios de generación de energía renovable de alta penetración, recopilar datos para comprender mejor las cargas de energía, y ayudar a identificar una visión para los próximos 10 a 20 años.

El cercano río Kvichak presenta un recurso energético único, más estable y confiable que el océano marino, viento, o fuentes solares. En un proyecto separado pero relacionado, NREL está apoyando a IVC y ORPC en la validación del sistema de una turbina que está planificada para su implementación en Igiugig. Después de confirmar la compatibilidad del sistema y los componentes y evaluar la configuración de la microrred, el equipo espera establecer el primer sistema a largo plazo de este tipo en esta ubicación.

Si bien el río tiene el potencial de proporcionar energía de carga de base confiable, su conexión con Bristol Bay Salmon Run, la mayor operación de salmón rojo salvaje del mundo, significa que la comunidad tiene la intención de asegurarse de que los peces se mantengan alejados de la turbina. Investigaciones anteriores han demostrado que los peces pueden coexistir de forma segura con las instalaciones marinas.

La comunidad está considerando una variedad de opciones de energía, incluidas las medidas de eficiencia energética de los edificios y la energía eólica, fotovoltaica solar, solar térmica, y calderas de biomasa. Las investigaciones preliminares realizadas por investigadores de NREL y la Universidad de Alaska Fairbanks sugieren que una mezcla diversa de fuentes de energía renovable podría proporcionar hasta el 70% de las necesidades energéticas de Igiugig sin grandes aumentos en los precios de la energía.

El proyecto de microrred surgió de la Cumbre del Día Nacional del Laboratorio de Alaska 2018, que reunió a líderes del estado de Alaska, GAMA, y NREL para comprender mejor cómo el gobierno puede movilizar la investigación de manera más eficaz para ayudar a las comunidades en las zonas rurales de Alaska. Si estos proyectos tienen éxito, las metodologías y tecnologías podrían ser valiosas para otras comunidades rurales de todo el mundo.

Viendo hacia adelante, Aprendiendo del pasado

Motivado en gran parte por los éxitos pioneros anteriores en la caracterización de turbulencias para mejorar el diseño de turbinas eólicas, Oceanógrafos NREL, ingenieros y los científicos de datos están midiendo detalles de recursos vitales para la ingeniería y el diseño de la próxima generación de dispositivos de energía marina. El equipo de Kilcher está aplicando lecciones de estos avances anteriores a sus actividades en Cook Inlet, Igiugig, y más allá.

"La energía renovable es el futuro, y los vastos recursos marinos de Alaska tienen el potencial de desempeñar un papel importante allí, "Dijo Kilcher." Es increíble estar involucrado en sentar las bases para la limpieza, proyectos de energía confiables, y los trabajos que los acompañan, en mi estado natal ".