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在今年一月的一個(gè)小時(shí)里，一個(gè)太陽(yáng)能電池陣列、鋰離子電池、氫氣電解器和核反應(yīng)堆不僅相互協(xié)調(diào)提供了可靠電力，而且將相隔數(shù)百英里的真實(shí)和模擬技術(shù)結(jié)合起來(lái)。

這個(gè)遙遠(yuǎn)的虛擬電站是一個(gè)國(guó)家研發(fā)項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目利用能源部的能源科學(xué)網(wǎng)絡(luò)（ESnet）遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)連接能源項(xiàng)目。

研究人員結(jié)合了科羅拉多州國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）和愛(ài)達(dá)荷州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（INL）的能力，打造了一個(gè)允許他們研究目前尚不存在的能源系統(tǒng)的環(huán)境。

研究人員表示，他們證明，在一個(gè)混合系統(tǒng)內(nèi)，可再生能源和核能的結(jié)合可以互為補(bǔ)充，為電網(wǎng)提供支持。

NREL混合能源系統(tǒng)ARIES研究負(fù)責(zé)人Rob Hovsapian表示："整合部署在INL的核能資產(chǎn)項(xiàng)目并將它們并入NERL的可再生能源資產(chǎn)項(xiàng)目展示了能源混合技術(shù)的力量，重點(diǎn)表明了并網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源解決方案方面的重要性。“

測(cè)試設(shè)計(jì)

在NREL，綜合能源系統(tǒng)高級(jí)研究（ARIES）平臺(tái)提供了一個(gè)太陽(yáng)能陣列、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、氫燃料電解器和可控電網(wǎng)的接口。數(shù)字實(shí)時(shí)模擬器使研究人員能夠連接模型以及NREL和INL兩邊的反應(yīng)。

在INL，研究人員在人類系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)室對(duì)一個(gè)小型模塊化核反應(yīng)堆和高溫電解進(jìn)行了模擬。

ESnet運(yùn)行的光纖電纜在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間提供高速度、低延遲和低抖動(dòng)的數(shù)據(jù)連接。這種連接使模擬和控制信號(hào)同步，提供了資產(chǎn)的所謂 "虛擬接近度"。

研究人員稱，他們的工作表明，核電和可再生能源可以結(jié)合起來(lái)用于電網(wǎng)。對(duì)于一個(gè)額外功能設(shè)計(jì)，研究人員增加了氫氣電解器和熱電池用于儲(chǔ)存多余電力。

該混合電站有助于確保滿足電網(wǎng)需求，同時(shí)利用核熱發(fā)電機(jī)提供的熱量來(lái)生產(chǎn)清潔氫氣。

在演示過(guò)程中，研究人員模擬了因云層經(jīng)過(guò)而突然失去太陽(yáng)能的情況，這時(shí)，核反應(yīng)堆會(huì)介入以支持電網(wǎng)需求。然后，他們模擬了一場(chǎng)暴風(fēng)雨摧毀附近電力線路的情況。此時(shí)，核反應(yīng)堆降低了電網(wǎng)供電量，并重新定向以增加氫氣的生產(chǎn)和存儲(chǔ)。這些情景為可再生能源-核電混合設(shè)計(jì)的可能運(yùn)作提供了數(shù)據(jù)。

概念證明

2017年，八個(gè)實(shí)驗(yàn)室使用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了首次演示。在很大程度上，這被視為是一個(gè)成功的概念驗(yàn)證。但是，不同程度的延遲使協(xié)同模擬所需的毫秒靈敏度功率信號(hào)變得很難實(shí)現(xiàn)。

ESnet團(tuán)隊(duì)減少了延遲變化，使其從11.5毫秒降至0.02毫秒。在2021年創(chuàng)建另一個(gè)演示模型以支持一個(gè)偏遠(yuǎn)的阿拉斯加城市時(shí)，這被證明發(fā)揮了作用。

在一月份的最近一次演示中，研究人員使用了ESnet6，它具有更高的數(shù)據(jù)容量，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化并具有新的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)安全工具。

從其位于Lawrence Berkeley國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的總部，ESnet覆蓋了包括歐洲在內(nèi)的數(shù)個(gè)研究節(jié)點(diǎn)，旨在更好地使實(shí)驗(yàn)室共享超級(jí)計(jì)算機(jī)、粒子反應(yīng)堆和風(fēng)力渦輪機(jī)，不受地理位置的限制。

下一次演示預(yù)計(jì)將在八個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室中模擬全國(guó)性災(zāi)難。研究人員計(jì)劃研究颶風(fēng)或網(wǎng)絡(luò)攻擊導(dǎo)致的重大停電會(huì)如何影響分布式能源系統(tǒng)。2017年的演示運(yùn)行了80個(gè)設(shè)備，即將于2023年年底進(jìn)行的演示將以10000個(gè)設(shè)備為目標(biāo)。

原標(biāo)題：美能源部實(shí)驗(yàn)室：用光儲(chǔ)核能建成一座虛擬電站