Lo stato più grande ma meno densamente popolato della nazione, L'Alaska è una terra di superlativi e contraddizioni. Per secoli, le sue comunità remote, terreno accidentato, tempo estremo, meraviglie naturali, e l'abbondante fauna selvatica hanno acceso l'immaginazione di intrepidi esploratori di tutto il mondo.

I capi delle spedizioni dei tempi andati da husky agganciati alle loro slitte per attraversare il terreno ghiacciato. Ora, un nuovo tipo di pioniere sta sfruttando un tipo molto diverso di energia, dagli oceani e dai fiumi, per portare energia pulita affidabile alle comunità remote in tutta l'Alaska e oltre.

I ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) stanno lavorando con l'industria, tribale, governo, e laboratori nazionali partner per sfruttare in modo più efficace le vaste risorse energetiche marine dell'Alaska. Le valutazioni guidate dal NREL stanno aiutando il remoto villaggio tribale di Igiugig a identificare opzioni di microrete autosufficienti, mentre il lavoro di caratterizzazione delle risorse del team a Cook Inlet ha il potenziale per fornire energia alla rete per la distribuzione in tutto lo stato. Lo studio NREL Marine Hydrokinetic Energy Site Identification and Ranking ha aiutato a identificare i siti per questi progetti.

Sebbene sembrino due imprese molto diverse, entrambi richiedono dati di alta qualità e modelli sofisticati affinché i dispositivi per l'energia marina e gli sviluppatori di progetti abbiano successo.

"Ecco dove entriamo, " ha affermato Levi Kilcher, scienziato senior del NREL, che sta guidando entrambi i progetti ed è cresciuto sulla costa di Cook Inlet. "Le nostre valutazioni informano lo sviluppo di tecnologie energetiche marine più affidabili e convenienti. Stiamo aiutando a identificare soluzioni a breve termine che soddisfino le esigenze delle comunità rurali dell'Alaska, e stiamo fornendo i dati pubblici necessari per progettare i progetti di energia marina su larga scala del futuro".

Sfruttare le più grandi risorse di energia delle maree della nazione

Più del 30% dell'energia delle maree degli Stati Uniti si trova a Cook Inlet, che copre circa 180 miglia dell'Alaska centro-meridionale. Questo offre energia sufficiente per alimentare 18 milioni di case, ben oltre il numero di case nell'intero stato. Estendendosi ad Anchorage, l'insenatura offre un'immediata vicinanza ai più grandi centri abitati dello stato, nonché alla rete elettrica "Railbelt", che copre il 65% della popolazione dell'Alaska.

Allo stesso tempo, il paesaggio stesso della zona pone delle sfide. I fiumi che sfociano in Cook Inlet sono alimentati dai ghiacciai e presentano rischi unici per la tecnologia dell'energia marina. I sedimenti glaciali nelle acque di Cook Inlet possono usurarsi sulle guarnizioni e sui cuscinetti delle turbine di marea, la turbolenza nei siti di marea più promettenti è così energica che il suo movimento di scuotimento potrebbe danneggiare le turbine, e gli iceberg sommersi carichi di ghiaia e sabbia potrebbero scontrarsi e danneggiare le turbine. I dati di NREL sulla turbolenza e gli iceberg sommersi forniscono agli sviluppatori le informazioni necessarie per progettare dispositivi e sistemi abbastanza robusti da durare decenni.

I metodi di misurazione delle risorse all'avanguardia del NREL, abbinato alla modellazione delle risorse ad alta risoluzione presso il Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) e i Sandia National Laboratories, in collaborazione stanno aiutando a rivelare esattamente dove i progetti di energia marina potrebbero rivelarsi più fattibili. La risoluzione dei nuovi modelli wave è 10 volte maggiore di quella dei modelli precedenti, fornendo un livello di fedeltà che consente di identificare con precisione le aree con il maggior potenziale, così come le possibili sfide.

"Il lavoro di caratterizzazione e modellazione che stiamo facendo pone le basi per l'industria per progettare e sviluppare sistemi in grado di estrarre in modo efficiente le risorse energetiche marine e fornire l'energia di cui queste comunità e la nazione hanno bisogno, " ha detto Kilcher.

NREL sta collaborando con PNNL, Ocean Renewable Power Company (ORPC), e Terrasond Limited sul progetto Cook Inlet finanziato dal Dipartimento dell'Energia (DOE), basandosi su precedenti studi sulle maree condotti da questi partner e dall'Università di Washington nel Puget Sound dello Stato di Washington e nel Western Passage of Maine. Nel lavoro correlato di NREL e dei suoi partner, i ricercatori pianificano che i modelli d'onda alla fine coprano l'intera zona economica esclusiva degli Stati Uniti nelle acque territoriali che circondano gli Stati Uniti. I dati di questi modelli vengono resi disponibili online tramite l'Atlante marino e idrocinetico (MHK) di NREL.

Sviluppo di una microgrid in un remoto villaggio tribale

I 69 residenti di Igiugig vivono a più di 40 miglia dal prossimo villaggio nell'Alaska sudoccidentale. Questa comunità tribale Yup'ik non è collegata alla rete elettrica e attualmente fa affidamento su una serie di generatori diesel come fonte di energia primaria.

NREL sta lavorando con l'Igiugig Village Council (IVC), lo Stato dell'Alaska, e altri partner locali in questo progetto sponsorizzato dal DOE per esplorare il potenziale di una microrete di energia rinnovabile per fornire una maggiore autosufficienza e un impatto ambientale più leggero, fungendo da banco di prova per le tecnologie e onorando i valori culturali. Il team sta esaminando opportunità e sfide per scenari di generazione di energia rinnovabile ad alta penetrazione, raccogliere dati per comprendere meglio i carichi energetici, e aiutando a identificare una visione per i prossimi 10-20 anni.

Il vicino fiume Kvichak presenta una risorsa energetica unica, più stabile e più affidabile della marina oceanica, vento, o fonti solari. In un progetto separato ma correlato, NREL sta supportando l'IVC e l'ORPC nella convalida del sistema di una turbina pianificata per l'implementazione a Igiugig. Dopo aver confermato la compatibilità del sistema e dei componenti e valutato la configurazione della microgrid, il team spera di stabilire il primo sistema a lungo termine del suo genere in questa posizione.

Sebbene il fiume abbia il potenziale per fornire un'alimentazione affidabile per il carico di base, il suo collegamento con la Bristol Bay Salmon Run, la più grande corsa per il salmone rosso selvatico al mondo, significa che la comunità è intenzionata a fare in modo che i pesci stiano lontani dalla turbina. Precedenti indagini hanno dimostrato che i pesci possono tranquillamente coesistere con le installazioni marine.

La comunità sta valutando una serie di opzioni energetiche, comprese le misure di efficienza energetica degli edifici e l'eolico, solare fotovoltaico, solare termico, e caldaie a biomassa. Indagini preliminari dei ricercatori del NREL e dell'Università dell'Alaska Fairbanks suggeriscono che un mix diversificato di fonti di energia rinnovabile potrebbe fornire fino al 70% del fabbisogno energetico di Igiugig senza grandi aumenti dei prezzi dell'energia.

Il progetto microgrid è nato dall'Alaska National Lab Day Summit del 2018, che ha riunito i leader dello stato dell'Alaska, daina, e NREL per capire meglio come il governo può mobilitare in modo più efficace la ricerca per aiutare le comunità nelle zone rurali dell'Alaska. Se questi progetti hanno successo, le metodologie e le tecnologie potrebbero essere preziose per altre comunità rurali in tutto il mondo.

Guardare avanti, Mentre impariamo dal passato

Motivato in gran parte dai precedenti successi pionieristici nella caratterizzazione della turbolenza per migliorare la progettazione delle turbine eoliche, oceanografi del NREL, ingegneri, e gli scienziati dei dati stanno misurando i dettagli delle risorse vitali per l'ingegneria e la progettazione della prossima generazione di dispositivi per l'energia marina. Kilcher's team is applying lessons from these previous breakthroughs to their activities in Cook Inlet, Igiugig, and beyond.

"Renewable energy is the future, and Alaska's vast marine resources have the potential to play a huge role there, " Kilcher said. "It's amazing to be involved in laying the groundwork for clean, reliable energy projects—and the jobs that go with them—in my home state."