El potencial eólico marino de EE. UU. Depende de la integración de red inteligente

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Las asociaciones y las tecnologías integradas maximizan los beneficios para las redes, los consumidores y el medio ambiente

Activa un interruptor y las luces se encienden. Eso es lo que esperan los estadounidenses, gracias a una red eléctrica que alimenta energía de fuentes renovables y tradicionales a millones de hogares y negocios.

Las turbinas eólicas que comienzan a subir en aguas frente a las costas del país tienen el potencial de proporcionar abundante energía limpia a ciudades costeras densamente pobladas y a la red nacional más grande. Pero primero, la energía que generan debe transmitirse a través de muchas millas de aguas oceánicas y costas, utilizando sistemas de transmisión que no fueron diseñados para manejar grandes cantidades de energía que se transmiten desde la costa.

Ilustración de Josh Bauer, NREL

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha lanzado planes para desarrollar las tecnologías y estrategias necesarias para integrar la próxima ola de instalaciones eólicas marinas en la red. El éxito del laboratorio con la integración, desde su trabajo de renombre mundial en sistemas de energía renovable a escala de servicios públicos hasta su visión integral para el desarrollo de la energía eólica marina y la colaboración con socios de la industria, está dirigiendo los esfuerzos para entregar energía de manera eficiente y asequible desde plantas marinas.

“La experiencia en la integración de fuentes renovables terrestres ampliamente distribuidas en los Estados Unidos y la energía eólica marina en Europa indica que la coordinación de la transmisión en grandes regiones logra economías de escala y eficiencias operativas, lo que puede generar ahorros de costos considerables”, dijo NREL Offshore Wind Grid Integration Lead Melinda Marquis. “Los desafíos incluyen la asignación de costos y las demandas técnicas que plantean las ubicaciones en el extranjero”.

Sobre la base del Estudio Nacional de Interconexión de Redes de Energía Eólica Marina (NOWEGIS) anterior del DOE, NREL planea examinar una variedad de escenarios para integrar la energía eólica marina en la red más grande mediante la evaluación de factores económicos, de confiabilidad, operativos y de estabilidad. Los investigadores están analizando la interacción entre las configuraciones y tecnologías de transmisión, los requisitos de integración de la red, las opciones de almacenamiento de energía y otras fuentes de energía renovable.

Los resultados de esta investigación brindarán a los responsables de la toma de decisiones gubernamentales y de la industria los datos científicos validados y las herramientas necesarias para establecer plantas de energía eólica marina resistentes y competitivas en el mercado que brinden los mayores beneficios posibles a la red eléctrica, las partes interesadas de la industria, los contribuyentes y el medio ambiente.

Planificación integrada: colaboraciones para maximizar los beneficios del desarrollo costa afuera

La cartera de investigación de NREL adopta un enfoque de sistema completo integrado para maximizar el rendimiento, la eficiencia y el impacto de la energía renovable, desde componentes individuales hasta plantas de energía y redes eléctricas regionales. Al cuantificar lo que las plantas eólicas marinas pueden contribuir a una red regional o nacional más amplia de soluciones energéticas, los investigadores pueden ayudar a las partes interesadas a asegurarse de que están estableciendo las prioridades de investigación, inversión y políticas adecuadas.

Hasta ahora, las empresas de servicios públicos y los desarrolladores marinos generalmente han considerado la interconexión de transmisión para cada planta eólica individualmente. Este enfoque específico del proyecto a menudo significa que los desarrolladores pierden oportunidades para agrupar recursos y conocimientos a través de redes compartidas que cubren regiones más grandes, lo que puede mejorar la viabilidad financiera, el desempeño técnico y el potencial de éxito a largo plazo.

“El desarrollo a gran escala de docenas de proyectos de energía eólica marina requerirá una integración concertada de la combinación de generación de energía, incluido el almacenamiento”, dijo Walt Musial, líder de la plataforma eólica marina de NREL. “No solo las tecnologías tienen que trabajar juntas, sino que también pueden ser necesarias colaboraciones regionales a través de regiones geográficas más grandes para una confiabilidad y accesibilidad óptimas del sistema”.

Se han asumido compromisos políticos para agregar 30 gigavatios, equivalente a aproximadamente el 3% de la capacidad de generación actual de EE. UU., En generación eólica marina a la red para el año 2035. Muchos proyectos en alta mar planificados se encuentran en la costa del Atlántico norte, pero el interés está creciendo en todas las regiones de los Estados Unidos, y existe un gran potencial para el desarrollo sinérgico y las economías de escala.

Aunque las partes interesadas de las empresas de servicios eléctricos reconocen la importancia de minimizar los costos de transmisión, puede ser difícil determinar cómo distribuir la responsabilidad entre las empresas de servicios públicos, los gobiernos estatales, los contribuyentes y los desarrolladores. Si estas entidades pueden idear una forma de compartir responsabilidades, como la planificación de líneas de interconexión compartidas y el financiamiento de líneas de transmisión, podría aumentar la confiabilidad, resiliencia y eficiencia de la red; reducir los costos del proyecto entre un 10% y un 18%; y disminuir los conflictos con la actividad pesquera comercial.

Los estados están comenzando a reconocer que la colaboración regional en la planificación de la transmisión eólica marina puede estirar los presupuestos y fortalecer la infraestructura. La Legislatura del Estado de Nueva Jersey votó recientemente para adoptar un enfoque coordinado mediante la integración de desarrollos costa afuera y actualizaciones en tierra relacionadas con el proceso de planificación del operador de red regional.

Los investigadores de NREL realizan estudios de modelado de transmisión que evalúan los impactos de varios escenarios de construcción renovable sobre la confiabilidad, la congestión, el valor de la capacidad, la resistencia y los factores económicos relacionados. El personal colabora con desarrolladores, operadores, servicios públicos, agencias gubernamentales, otras organizaciones de investigación y comunidades costeras para examinar las opciones de transmisión eólica marina desde múltiples perspectivas.

Tecnologías integradas: enfoques de sistemas completos para optimizar el rendimiento de la transmisión en alta mar

La transmisión eólica marina requiere tecnologías complejas que incluyen turbinas costa afuera, equipos para transmitir esa energía a la costa y puntos de interconexión de la red en tierra. Estos puntos de conexión deben colocarse en lugares de la red eléctrica más grande donde la energía pueda distribuirse a hogares y negocios a lo largo de la costa.

“Al observar cómo estos componentes funcionan juntos como un sistema, podemos optimizar las contribuciones de la energía eólica marina a la red”, dijo David Corbus, líder de integración de redes eólicas de NREL. “Podemos encontrar formas innovadoras de superar los desafíos tecnológicos específicos de las instalaciones en alta mar, al tiempo que mejoramos la confiabilidad, la resistencia y el rendimiento de la red en general”.

Los investigadores de NREL evalúan nuevas tecnologías y diseñan métodos de control para optimizar la integración de las fuentes de energía renovables con la red. Por ejemplo, el enfoque estándar de conectar proyectos costa afuera a puntos de interconexión terrestres existentes es ineficiente y no mejora la confiabilidad de la red.

NREL está explorando opciones innovadoras, multiterminales y avanzadas de corriente alterna / continua de alto voltaje (HVAC / HVDC) capaces de manejar transmisiones a gran escala, operando de manera confiable a pesar de las condiciones extremas relacionadas con las profundidades del océano y el clima, y ​​reduciendo las barreras a la actividad de pesca comercial. La Unión Europea ya ha desarrollado algunas tecnologías clave para estos sistemas multiterminales, especialmente para la transmisión HVDC, pero aún se necesita investigación para confirmar la compatibilidad de los componentes costa afuera y en tierra, así como los efectos de las estrategias HVDC multiterminales en el control, operación y confiabilidad de la red. y resiliencia.

NREL’s Investigación avanzada en sistemas integrados de energía (ARIES) plataforma de investigación, Campus Flatironsy Instalación de integración de sistemas de energía Proporcionar recursos informáticos y laboratorios experimentales de alto rendimiento de clase mundial para poner a prueba estas tecnologías y estrategias innovadoras de transmisión eólica marina en diversas combinaciones, configuraciones y escenarios. Las sofisticadas herramientas de software creadas por NREL permiten a los investigadores construir modelos y simular el rendimiento basándose en las formidables colecciones de datos del mundo real del laboratorio.

Visión integrada: asociaciones para impulsar los avances en la transmisión costa afuera

El trabajo de NREL y sus socios, desde recomendar opciones para identificar áreas de arrendamiento hasta diseñar estrategias efectivas para la integración de la red, continúa impulsando el desarrollo de la energía eólica marina. El laboratorio ha desarrollado un plan estratégico de 10 años para su investigación de integración eólica marina que requiere estudios en curso en las áreas de generación, transmisión, almacenamiento, operación, demanda, estabilidad y confiabilidad.

El equipo está trabajando para derribar las barreras específicas de la región a la transmisión eólica marina. Los terremotos, los profundos cañones submarinos y las deficiencias en la infraestructura terrestre existente presentan complicaciones para los sistemas de transmisión a lo largo de la costa del Pacífico. Los sistemas de transmisión en la Costa Atlántica Sur y en el Golfo de México deben hacer frente a los huracanes y adaptarse a diferentes modelos de negocio menos acostumbrados a la integración de energías renovables. Las aguas heladas y los límites de capacidad de la red también plantean desafíos únicos en los Grandes Lagos.

Además de un estudio extenso de los escenarios de energía eólica marina de la costa este, NREL está evaluando el potencial de la energía eólica marina para ayudar a Hawái a trabajar hacia su objetivo de energía 100% renovable para 2045. Los estudios futuros de NREL analizarán más de cerca las opciones de diseño de la “red troncal” de transmisión, donde Se establece una red de transmisión costera que puede dar servicio a varios estados y proyectos eólicos marinos.

Los investigadores de integración de la red también están buscando opciones de almacenamiento de energía para abordar las fluctuaciones de generación de energía en sistemas híbridos capaces de satisfacer de manera confiable los requisitos de carga utilizando energía eólica marina, eólica terrestre, energía solar y otras fuentes renovables y tradicionales.

Para abordar los desafíos de integración de la red eólica marina, NREL ha unido fuerzas con socios que incluyen la Oficina de Gestión de Energía Oceánica (BOEM), la Red de Negocios para Eólica Marina (BNOW), el Operador de Sistemas Independientes de California (CAISO), la Comisión de Servicios Públicos de California (CPUC), Comisión de Energía de California (CEC), Autoridad de Investigación y Desarrollo de Energía del Estado de Nueva York (NYSERDA), ISO-Nueva Inglaterra (ISO-NE), ISO de Nueva York (NYISO), Grupo de Energía de Maryland de Pensilvania Nueva Jersey (PJM) y Energía Eólica Nacional Offshore Consorcio de Investigación y Desarrollo (NOWRDC).

“El valor de la energía eólica marina puede aumentar una vez que se integre con la red y otras fuentes de generación renovable”, dijo Musial. “La energía eólica marina puede ayudar a diversificar el sector de la energía eléctrica y complementar otras fuentes renovables para proporcionar electricidad efectiva y asequible para hogares, empresas y la creciente flota de vehículos eléctricos”.

Este es uno en un serie de articulos en I + D eólica marina de NREL. Obtenga más información sobre el laboratorio costa afuera, basado en tierray repartido investigación eólica, junto con camaradería oportunidades.

Herramientas de integración de redes eólicas marinas de NREL

Cortesía de NREL

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