Una matriz solar, una batería de iones de litio, electrolizadores de hidrógeno y un reactor nuclear, todos coordinados entre sí para proporcionar energía confiable, componen una planta de energía híbrida única que se probó durante un período de 60 minutos en enero de 2023, en el oeste montañoso de EE.UU. Esta planta de energía fue parte de un proyecto estadounidense de investigación y desarrollo para conectar activos de energía de forma remota en tiempo real utilizando la Red de Ciencias Energéticas (ESnet) del Departamento de Energía (DOE) de Estados Unidos. La planta combinó tecnologías reales y simuladas a cientos de millas de distancia.
Al vincular las capacidades del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y el Laboratorio Nacional de Idaho (INL), los investigadores crearon un SuperLab colaborativo que les permitió estudiar sistemas de energía que actualmente no existen. En este caso, demostraron que la energía renovable y la energía nuclear, combinadas dentro de un sistema híbrido, pueden complementarse bien para respaldar la red eléctrica.
Demostración de la planta de energía híbrida virtual
La demostración de SuperLab vinculó con éxito las simulaciones de producción de energía y red de energía de dos laboratorios. Por un lado, en NREL (Golden, Colorado), la plataforma ARIES proporcionó una planta solar, un sistema de almacenamiento de baterías, un electrolizador de combustible de hidrógeno y una interfaz de red controlable. Los simuladores digitales en tiempo real permitieron a los investigadores conectar los modelos y las respuestas en ambos lados, NREL e INL.
Por otro lado, en INL (Idaho Falls, Idaho), los investigadores prepararon simulaciones de un pequeño reactor nuclear modular y electrólisis de alta temperatura en el Laboratorio de simulación de sistemas humanos (HSSL).
El cableado de fibra óptica operado por ESnet proporcionó conexiones de datos de alta velocidad y baja latencia entre los dos laboratorios. Esta conexión sincronizó simulaciones y señales de control, proporcionando la proximidad virtual de los activos.
Hibridación de energía renovable y nuclear
La demostración de SuperLab mostró que la energía nuclear y las energías renovables podrían usarse en combinación para la red eléctrica. Juntas, ofrecen energía estable durante cambios abruptos en la demanda o las condiciones climáticas. Y para un diseño extra funcional, los investigadores agregaron electrolizadores de hidrógeno y baterías térmicas para almacenar el exceso de energía.
Durante la demostración, los investigadores encontraron que su planta híbrida funcionó como se deseaba. En primer lugar, simularon una pérdida repentina de energía solar debido a una nube pasajera, y el reactor nuclear intervino para respaldar la demanda de la red. Después, cuando simularon una tormenta que derribó las líneas eléctricas de un vecindario, el reactor nuclear redujo su energía a la red y la redirigió para aumentar la producción y el almacenamiento de hidrógeno.
Estos escenarios ofrecen a los desarrolladores una línea de base y datos operativos de alta calidad sobre cómo los diseños híbridos de energías renovables y nucleares podrían operar juntos para una red eléctrica confiable.
Más investigaciones para futuras estrategias de transición energética
La demostración de enero no fue solo un logro para las centrales eléctricas híbridas, sino que también avanzó a pasos agigantados para la red troncal que respalda a SuperLab: ESnet. Esta demostración fue una de varias, con más por delante, para conectar megavatios de hardware de energía usando ESnet.
Desde su sede en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, ESnet se ramifica y converge en laboratorios de todo el país, llegando a muchos nodos de investigación, incluidos varios en Europa.
La demostración híbrida renovable-nuclear proporcionó a ESnet un modelo sobre cómo construir experimentos similares. El próximo experimento ya está en proceso. NREL, INL y otros laboratorios ya han validado y establecido sus conexiones SuperLab. La próxima demostración simulará un desastre a escala nacional en ocho laboratorios nacionales. Los investigadores planean estudiar cómo se desarrollaría una gran interrupción de un huracán o un ataque cibernético en un sistema de energía distribuida.
Una vez que se complete la demostración, será un hito para el concepto SuperLab: la comunidad de investigación tendrá la capacidad de emular escenarios a escala nacional en hardware de energía real, lo que ayudará a reducir el riesgo para futuras estrategias de transición energética.