La Marina de los EE. UU., KIUC, AES y NREL innovan y colaboran para la resiliencia y el proyecto de energía limpia rentable en Kauai

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Durante más de una década, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) se ha asociado con el Departamento de la Marina de los EE. UU. Para apoyar la energía limpia y la resiliencia en instalaciones en todo el mundo. Uno de los últimos proyectos exitosos e innovadores se completó en la instalación de alcance de misiles del Pacífico (PMRF) de la Marina de los EE. UU., Ubicada en el lado oeste de la isla hawaiana de Kauai.

El esfuerzo de colaboración reunió a la Marina de los Estados Unidos; la Cooperativa de Servicios Públicos de la Isla de Kauai (KIUC), la compañía eléctrica de la isla; AES, una empresa energética global; y NREL, entre otros.

Hace años que, un miembro del equipo NREL asignado con la Marina en Pearl Harbor trabajó con las partes interesadas para catalizar el concepto del proyecto como parte de la iniciativa de la Marina para desplegar 1 gigavatio (GW) de recursos energéticos distribuidos para apoyar la resiliencia energética. La Marina emitió una solicitud de propuestas (RFP), que fue otorgada a KIUC, y posteriormente KIUC emitió una RFP para el desarrollo del proyecto otorgada a AES. Durante el curso del proceso de ingeniería y construcción, AES buscó aprovechar las instalaciones de validación de microrredes únicas en su tipo en Campus Flatirons de NREL en Colorado para configurar, integrar, ajustar y validar las capacidades operativas de la microrred antes de la implementación en PMRF, ahorrando tiempo y reduciendo el riesgo.

Entre muchos beneficios, este proyecto mejora las capacidades de PMRF para volverse autosuficiente para todas sus necesidades de electricidad en caso de una pérdida de alimentación de transmisión de la red de servicios públicos. PMRF ahora puede aprovechar una instalación solar de 14 megavatios (MW) combinada con un sistema de almacenamiento de energía de batería de 70 megavatios-hora (MWh) ubicado en la base.

Flatirons Campus de NREL cerca de Boulder, Colorado, incluye instalaciones de validación de microrredes únicas. Foto de Joshua Bauer, NREL

La simulación y validación de alta tecnología ahorra tiempo y dinero

Las microrredes grandes de energía limpia para apoyar la resiliencia energética están creciendo en número e innovación tecnológica. Una de las varias innovaciones en este caso fue el desarrollo de AES de una nueva estrategia de control de microrredes con respuesta rápida automática de frecuencia y voltaje, que fue posible gracias a una arquitectura avanzada acoplada a CC y un control avanzado de electrónica de potencia. Las capacidades de evaluación y validación en el Campus Flatirons de NREL permitieron al equipo evaluar de manera rentable y segura una amplia variedad de eventos y condiciones simulados en PMRF en la vanguardia del desarrollo de tecnología de energía renovable.

“En Flatirons Campus, tenemos muchos componentes de hardware para permitir la validación de la tecnología”, dijo Przemyslaw Koralewicz, el ingeniero de integración de redes de NREL que dirigió la validación y evaluación de la tecnología. La interfaz de red controlable de NREL permite la evaluación de componentes y sistemas eléctricos en diversas condiciones y permite a los socios públicos y privados validar de forma rápida y rentable nuevas tecnologías innovadoras como sistema. En este caso, agregó Koralewicz, “El hardware de energía en el circuito es una gran capacidad que usamos para mostrar cómo el sistema que hemos instalado en Flatirons Campus se integrará con el sistema eléctrico en la isla de Kauai”.

El PMRF de la Marina gestiona el rango de prueba y entrenamiento instrumentado más grande del mundo, que cubre más de 1,100 millas cuadradas de rango submarino instrumentado y más de 42,000 millas cuadradas de espacio aéreo controlado, con un área de operación temporal de 2,1 millones de millas cuadradas cuando sea necesario para pruebas de misiles. La primera microrred de su tipo que AES desarrolló e instaló en Kauai sirve para proporcionar resistencia de energía eléctrica a la base. Como resultado, el sistema asegura que la instalación tenga energía en caso de una pérdida de la alimentación de transmisión de la red eléctrica, lo que podría suceder durante un evento meteorológico severo, por ejemplo.

“Esta asociación permite que PMRF tenga acceso directo a la fuente de energía, lo que resulta en una red de energía limpia y confiable al mismo tiempo que reduce la dependencia de los generadores diésel”, declaró el teniente comandante Terence White, oficial de obras públicas de PMRF. “Este contrato de arrendamiento de uso mejorado [EUL] El proyecto respalda mejor los objetivos de evaluación y prueba del DOD al utilizar la nueva infraestructura de consolidación de red de PMRF para aumentar la resiliencia, a través de eventos planificados y no planificados. En general, este proyecto EUL es capaz de cumplir con los sólidos requisitos eléctricos necesarios para respaldar la misión crítica de prueba y capacitación aquí en PMRF “.

Como característica adicional, el sistema de almacenamiento de energía solar más energía y la subestación están diseñados con la capacidad de “arranque en negro”. Si la alimentación de la transmisión de la red pública se cae, este sistema de energía resistente aún puede proporcionar energía a la base y arrancar sin necesidad de un generador diésel de emergencia; puede comenzar usando la energía de su propio panel solar y baterías.

“AES realizó avances significativos y rentables en los controles de microrredes utilizando la arquitectura de almacenamiento y energía solar acoplada a CC para gestionar la transición hacia y desde la operación con aislamiento eléctrico”, dijo Chris Boyer, director de soluciones de productos de AES. “Ahora podemos utilizar esta innovación en otros proyectos en todo el mundo”.

Este proyecto de asociación también se alinea con el Investigación avanzada en sistemas integrados de energía (ARIES), una plataforma de investigación que puede igualar la complejidad del sistema energético moderno y realizar investigaciones integradas para apoyar el desarrollo de nuevas tecnologías energéticas innovadoras.

Además de varias innovaciones tecnológicas, el equipo del proyecto mejoró el cronograma de construcción.

“Lo que suele ocurrir en otros proyectos de microrredes es que hay un largo período de puesta en servicio mientras se solucionan los controles”, dijo Boyer. “Esto sería muy costoso en Kauai, y podrían haber pasado meses antes de que todos los controles estuvieran ajustados y hicieran lo que se supone que deben hacer en cada evento imaginable. Lo que hicimos fue dedicar todos esos meses a ajustar los controles y paralelo ellos con nuestro período de construcción, por lo que, mientras se realizaba la construcción en la base, estábamos evaluando los controles y las respuestas a los eventos en el Campus Flatirons de NREL. Cuando llegó el momento de validar estos controles en el sitio, solo nos llevó alrededor de un mes completar las configuraciones y ajustes finales. Todas las metodologías para el ajuste y la validación in situ se resolvieron primero en NREL “.

El proyecto de microrredes PMRF es un excelente ejemplo de cómo todas las partes involucradas pudieron fomentar soluciones innovadoras al trabajar en conjunto con equipos enfocados y dedicados. El mecanismo de contratación creativo utilizado para este proyecto, un arrendamiento de uso mejorado, permitió al Departamento de la Marina, KIUC, AES, NREL y otros crear asociaciones que respaldaran la misión y los objetivos de muchas partes interesadas. KIUC recibió la solicitud inicial de propuestas impulsada por el desempeño al ofrecer proporcionar electricidad a la Marina durante una emergencia y construir una nueva subestación en la base. A cambio, KIUC pudo arrendar un sitio seguro para ubicar una nueva matriz solar y un sistema de almacenamiento de energía de batería (BESS) que podría beneficiar a las partes interesadas de la isla. KIUC emitió una solicitud de propuestas para el desarrollo del proyecto, que ganó AES. En condiciones normales, KIUC utiliza el sistema para proporcionar energía limpia y rentable a la comunidad de la isla, además de la base.

Almacenamiento de energía en la instalación de campo de misiles del Pacífico de la Marina de los EE. UU.

Paneles solares en la instalación de alcance de misiles del Pacífico de la Marina de los EE. UU.

Un sistema de almacenamiento de energía desarrollado e instalado por AES asegura que la instalación tenga energía en caso de una pérdida de la alimentación de transmisión de la red pública. Fotos cortesía de la Marina de los EE. UU. Y AES

“Este es un gran ejemplo del poder de las asociaciones sólidas que apoyan la innovación y el despliegue de sistemas de energía limpia”, afirmó Mike Callahan, gerente del grupo de Ingeniería Aplicada de NREL, quien apoyó este y otros proyectos de energía resiliente del Departamento de la Marina durante más de una década. “Con este y otros proyectos, el Departamento de Marina, KIUC, AES y la isla de Kauai y NREL están demostrando colectivamente liderazgo para avanzar en la integración y resiliencia de los sistemas de energía limpia. Hoy en día, toda la isla de Kauai funciona habitualmente con energía 100% renovable, principalmente solar, y la base ahora tiene una fuente de energía en el lugar que no depende de los envíos de combustible “.

Marchando hacia los objetivos de energía renovable e invirtiendo en la comunidad

“Nuestra misión es mejorar vidas y crear un futuro 100% libre de carbono, por lo que realmente nos enorgullecemos de nuestro enfoque holístico en la sostenibilidad, las comunidades y la innovación”, dijo Leo Moreno, presidente de AES Clean Energy, durante una visita virtual. del proyecto organizado por la Marina a mediados de mayo. “Este es un proyecto excelente para demostrar estos tres objetivos”.

Moreno también destacó que esto es beneficioso para la empresa de servicios públicos y sus clientes. Cuando la base no necesita la microrred, KIUC la usa para alimentar la comunidad de la isla.

Las vías de energía integradas modernizan nuestra red para admitir un alto nivel de energías renovables, incorporan almacenamiento y controles avanzados, y amplían la electrificación del transporte mientras se mantiene la confiabilidad y seguridad de la red.

KIUC ha tomado los objetivos de energía renovable de Hawái y los ha acelerado, aumentando la importancia del proyecto PMRF. “Nuestra junta directiva ha establecido un 70% de energías renovables para 2030, y estamos en camino de alcanzar ese objetivo temprano”, dijo Brad Rockwell, jefe de operaciones de KIUC, quien dirigió este proyecto PMRF para KIUC y ha liderado otros proyectos innovadores de energía limpia. en Kauai de principio a fin. “El próximo mandato estatal es del 40% para el 2030, del 70% para el 2040 y del 100% para el 2045”. KIUC está en camino de alcanzar el objetivo estatal del 70% una década antes.

Una perspectiva prometedora para las asociaciones y las energías renovables

“El sistema de energía está funcionando con las baterías, y KIUC está utilizando el sistema solar a diario”, dijo Koralewicz. “Ya demostraron las capacidades avanzadas de microrred”.

Koralewicz agregó que el proyecto PMRF es uno de varios proyectos en los que NREL está apoyando a AES. “Continuaremos asociándonos con AES y otros para ayudar a desarrollar innovaciones tecnológicas. Es fantástico apoyar los esfuerzos de un socio de la industria para desarrollar una tecnología, validarla y luego verlos escalarla a muchos más proyectos en todo el mundo “.

AES ha estado ocupada implementando energía renovable innovadora en Hawái, más allá de la microrred PMRF, para cumplir con los objetivos estatales de energía limpia y confiable. A finales de 2018, AES instaló la fotovoltaica de 28 MW y la de 100 MWh Proyecto de almacenamiento de energía y energía solar BESS Lāwai en Kauai. En enero de 2021, AES y KIUC nuevamente unieron fuerzas después de un proceso de licitación competitivo, esta vez en Primer proyecto hidroeléctrico solar y de almacenamiento por bombeo de Kauai, conocido como el Proyecto de Energía de West Kauai.

Proyecto AES Lawai Solar en Kauai que muestra paneles solares y unidades de almacenamiento de energía.

En 2018, AES instaló el sistema de almacenamiento solar más grande del mundo en el extremo sur de la isla hawaiana de Kauai. En NREL se probó por primera vez una versión reducida. Foto de Dennis Schroeder, NREL

AES, KIUC y la Marina son solo tres de aproximadamente 250 socios únicos de NREL, de los cuales se han obtenido más de 900 acuerdos activos con más de $ 100 millones en valor de acuerdo anual. Con AES, NREL ya se ha asociado con éxito en algunas propuestas del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) en las que, juntos, centrarán su trabajo en la ciencia fundamental.

Para el Departamento de Defensa, el subsecretario adjunto de Defensa para el Medio Ambiente y la Resiliencia Energética, Richard Kidd, dio a los asistentes a la jornada de puertas abiertas virtual de la Marina de mediados de mayo una mirada a un futuro muy brillante con un gran potencial por delante.

“El departamento tiene una larga historia de cooperación con el DOE”, dijo Kidd. “Tenemos personal de NREL trabajando para cada servicio. Aprovechamos los activos de la interagencia, pero particularmente el DOE. En este momento, en todo el departamento, tenemos proyectos fantásticos como este contados por docenas, pero tenemos oportunidades por cientos, si no miles ”.

Las microrredes avanzadas, seguras y autosuficientes como esta en PMRF tienen el potencial de proporcionar resistencia energética y son escalables en diversas aplicaciones. Asociaciones probadas e impactantes como esta, entre la Marina, KIUC, AES y NREL, preparan el escenario para la aceleración del futuro de la resiliencia energética y la energía limpia.

Artículo cortesía de Laboratorio Nacional de Energías Renovables.

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Es el momento, volverás a saber de mi una próxima vez. ¡Nos vemos!

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