美能源部实验室：用光储核能建成一座虚拟电站

在今年一月的一个小时里，一个太阳能电池阵列、锂离子电池、氢气电解器和核反应堆不仅相互协调提供了可靠电力，而且将相隔数百英里的真实和模拟技术结合起来。

这个遥远的虚拟电站是一个国家研发项目的一部分，该项目利用能源部的能源科学网络(ESnet)远程实时连接能源项目。

研究人员结合了科罗拉多州国家可再生能源实验室(NREL)和爱达荷州国家实验室(INL)的能力，打造了一个允许他们研究目前尚不存在的能源系统的环境。

研究人员表示，他们证明，在一个混合系统内，可再生能源和核能的结合可以互为补充，为电网提供支持。

NREL混合能源系统ARIES研究负责人Rob Hovsapian表示："整合部署在INL的核能资产项目并将它们并入NERL的可再生能源资产项目展示了能源混合技术的力量，重点表明了并网在实现可持续能源解决方案方面的重要性。“

测试设计

在NREL，综合能源系统高级研究(ARIES)平台提供了一个太阳能阵列、电池储能系统、氢燃料电解器和可控电网的接口。数字实时模拟器使研究人员能够连接模型以及NREL和INL两边的反应。

在INL，研究人员在人类系统模拟实验室对一个小型模块化核反应堆和高温电解进行了模拟。

ESnet运行的光纤电缆在两个实验室之间提供高速度、低延迟和低抖动的数据连接。这种连接使模拟和控制信号同步，提供了资产的所谓 "虚拟接近度"。

研究人员称，他们的工作表明，核电和可再生能源可以结合起来用于电网。对于一个额外功能设计，研究人员增加了氢气电解器和热电池用于储存多余电力。

该混合电站有助于确保满足电网需求，同时利用核热发电机提供的热量来生产清洁氢气。

在演示过程中，研究人员模拟了因云层经过而突然失去太阳能的情况，这时，核反应堆会介入以支持电网需求。然后，他们模拟了一场暴风雨摧毁附近电力线路的情况。此时，核反应堆降低了电网供电量，并重新定向以增加氢气的生产和存储。这些情景为可再生能源-核电混合设计的可能运作提供了数据。 

概念证明

2017年，八个实验室使用虚拟专用网络进行了首次演示。在很大程度上，这被视为是一个成功的概念验证。但是，不同程度的延迟使协同模拟所需的毫秒灵敏度功率信号变得很难实现。

ESnet团队减少了延迟变化，使其从11.5毫秒降至0.02毫秒。在2021年创建另一个演示模型以支持一个偏远的阿拉斯加城市时，这被证明发挥了作用。

在一月份的最近一次演示中，研究人员使用了ESnet6，它具有更高的数据容量，可实现实时数据可视化并具有新的自动化和网络安全工具。

从其位于Lawrence Berkeley国家实验室的总部，ESnet覆盖了包括欧洲在内的数个研究节点，旨在更好地使实验室共享超级计算机、粒子反应堆和风力涡轮机，不受地理位置的限制。

下一次演示预计将在八个国家实验室中模拟全国性灾难。研究人员计划研究飓风或网络攻击导致的重大停电会如何影响分布式能源系统。2017年的演示运行了80个设备，即将于2023年年底进行的演示将以10000个设备为目标。

文章作者：肖蓓