L'État le plus grand et le moins densément peuplé du pays, L'Alaska est une terre de superlatifs et de contradictions. Depuis des siècles, ses communautés éloignées, terrain accidenté, conditions météorologiques extrêmes, merveilles naturelles, et une faune abondante ont suscité l'imagination d'explorateurs intrépides du monde entier.

Les chefs d'expédition d'autrefois attachaient des huskies à leurs traîneaux pour traverser le terrain gelé. Maintenant, un nouveau type de pionnier exploite un type d'énergie très différent - des océans et des rivières - pour apporter une énergie propre et fiable aux communautés éloignées de l'Alaska et au-delà.

Les chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) travaillent avec l'industrie, tribal, gouvernement, et des laboratoires nationaux partenaires pour exploiter plus efficacement les vastes ressources énergétiques marines de l'Alaska. Les évaluations dirigées par le NREL aident le village tribal isolé d'Igiugig à identifier des options de micro-réseaux autonomes, tandis que le travail de caractérisation des ressources de l'équipe à Cook Inlet a le potentiel de fournir de l'électricité au réseau pour une distribution dans tout l'État. L'étude NREL Marine Hydrokinetic Energy Site Identification and Ranking a permis d'identifier des sites pour ces projets.

Bien qu'il s'agisse de deux entreprises très différentes, les deux nécessitent des données de haute qualité et une modélisation sophistiquée pour que les développeurs de projets et d'appareils d'énergie marine réussissent.

"C'est là que nous intervenons, " a déclaré Levi Kilcher, scientifique principal du NREL, qui dirige les deux projets et a grandi sur le rivage de Cook Inlet. "Nos évaluations éclairent le développement de technologies énergétiques marines plus fiables et abordables. Nous aidons à identifier des solutions à court terme qui répondent aux besoins des communautés rurales de l'Alaska, et nous fournissons les données publiques nécessaires pour concevoir les projets d'énergie marine à grande échelle du futur. »

Exploiter les plus grandes ressources d'énergie marémotrice du pays

Plus de 30 % de l'énergie marémotrice des États-Unis se trouve à Cook Inlet, qui couvre environ 180 miles du centre-sud de l'Alaska. Cela offre suffisamment d'énergie pour alimenter 18 millions de foyers, bien au-delà du nombre de maisons dans tout l'État. Extension à Anchorage, l'entrée offre une proximité immédiate des plus grands centres de population de l'État, ainsi qu'au réseau électrique "Railbelt", qui couvre 65% de la population de l'Alaska.

À la fois, le paysage même de la région pose des défis. Les rivières qui se jettent dans Cook Inlet sont alimentées par les glaciers et présentent des risques uniques pour la technologie de l'énergie marine. Les sédiments glaciaires dans les eaux de Cook Inlet peuvent user les joints et les paliers des hydroliennes, la turbulence sur les sites de marée les plus prometteurs est si énergique que son mouvement de secousse pourrait endommager les turbines, et les icebergs submergés chargés de gravier et de sable pourraient entrer en collision et endommager les turbines. Les données du NREL sur les turbulences et les icebergs submergés fournissent aux développeurs les informations nécessaires pour concevoir des dispositifs et des systèmes suffisamment robustes pour durer des décennies.

Les méthodes de mesure des ressources de pointe du NREL, jumelé à une modélisation des ressources à haute résolution au laboratoire national du Pacifique Nord-Ouest (PNNL) et aux laboratoires nationaux de Sandia, aident à révéler exactement où les projets d'énergie marine pourraient s'avérer les plus viables. La résolution des nouveaux modèles de vagues est 10 fois supérieure à celle des modèles précédents, fournir un niveau de fidélité qui permet d'identifier avec précision les zones à plus fort potentiel, ainsi que les défis possibles.

"Le travail de caractérisation et de modélisation que nous effectuons jette les bases pour que l'industrie conçoive et développe des systèmes capables d'extraire efficacement les ressources énergétiques marines et de fournir l'énergie dont ces communautés - et la nation - ont besoin, " a déclaré Kilcher.

NREL est partenaire du PNNL, Ocean Renewable Power Company (ORPC), et Terrasond Limited sur le projet Cook Inlet financé par le ministère de l'Énergie (DOE), en s'appuyant sur des études antérieures sur les marées menées par ces partenaires et l'Université de Washington dans le Puget Sound de l'État de Washington et le Western Passage of Maine. Dans les travaux connexes du NREL et de ses partenaires, les chercheurs prévoient que les modèles de vagues couvriront éventuellement l'ensemble de la zone économique exclusive des États-Unis dans les eaux territoriales entourant les États-Unis. Les données de ces modèles sont mises à disposition en ligne via l'atlas marin et hydrocinétique (MHK) du NREL.

Développement d'un micro-réseau dans un village tribal éloigné

Les 69 habitants d'Igiugig vivent à plus de 40 miles du prochain village dans le sud-ouest de l'Alaska. Cette communauté tribale Yup'ik n'est pas connectée au réseau électrique et compte actuellement sur un ensemble de générateurs diesel comme principale source d'alimentation.

NREL travaille avec le Conseil du village d'Igiugig (IVC), l'État de l'Alaska, et d'autres partenaires locaux sur ce projet parrainé par le DOE pour explorer le potentiel d'un micro-réseau d'énergie renouvelable pour fournir une plus grande autosuffisance et une empreinte environnementale plus légère, tout en servant de banc d'essai pour les technologies et en honorant les valeurs culturelles. L'équipe examine les opportunités et les défis pour les scénarios de production d'énergie renouvelable à forte pénétration, collecter des données pour mieux comprendre les charges énergétiques, et aider à identifier une vision pour les 10 à 20 prochaines années.

La rivière Kvichak à proximité présente une ressource énergétique unique, plus stable et plus fiable que l'océan marin, vent, ou sources solaires. Dans un projet distinct mais connexe, Le NREL soutient l'IVC et l'ORPC dans la validation du système d'une turbine dont le déploiement est prévu à Igiugig. Après avoir confirmé la compatibilité du système et des composants et évalué la configuration du micro-réseau, l'équipe espère établir le premier système à long terme de ce type à cet endroit.

Bien que la rivière ait le potentiel de fournir une alimentation de base fiable, son lien avec la Bristol Bay Salmon Run – la plus grande montaison de saumons rouges sauvages au monde – signifie que la communauté a l'intention de s'assurer que les poissons restent à l'écart de la turbine. Des études antérieures ont démontré que les poissons peuvent coexister en toute sécurité avec des installations marines.

La communauté envisage une gamme d'options énergétiques, y compris les mesures d'efficacité énergétique des bâtiments et l'éolien, Panneau photovoltaïque, solaire thermique, et chaudières à biomasse. Des enquêtes préliminaires menées par des chercheurs du NREL et de l'Université d'Alaska Fairbanks suggèrent qu'un mélange diversifié de sources d'énergie renouvelables pourrait fournir jusqu'à 70 % des besoins énergétiques d'Igiugig sans augmentation importante de leurs prix de l'énergie.

Le projet de micro-réseau est né du sommet 2018 de la Journée nationale des laboratoires de l'Alaska, qui a réuni des dirigeants de l'État d'Alaska, BICHE, et NREL pour mieux comprendre comment le gouvernement peut mobiliser plus efficacement la recherche pour aider les communautés rurales de l'Alaska. Si ces projets sont couronnés de succès, les méthodologies et les technologies pourraient être utiles à d'autres communautés rurales à travers le monde.

Avoir hâte de, Tout en apprenant du passé

Motivé en grande partie par des succès révolutionnaires antérieurs dans la caractérisation de la turbulence pour améliorer la conception des éoliennes, les océanographes du NREL, ingénieurs, et les scientifiques des données mesurent les détails des ressources essentiels à l'ingénierie et à la conception de la prochaine génération de dispositifs d'énergie marine. Kilcher's team is applying lessons from these previous breakthroughs to their activities in Cook Inlet, Igiugig, et au-delà.

"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."