Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии

Прежнее имя	Научно-исследовательский институт солнечной энергии
Девиз	Преобразование энергии
Учредил	1977 год ( 1977 )
Тип исследования	Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии
Бюджет	544,9 миллиона долларов (20 финансовый год)
Директор	Мартин Келлер
Персонал	3675 сотрудников, постдокторантов, стажеров, приглашенных специалистов и субподрядчиков.
Расположение	Голден, Колорадо
Операционное агентство	Альянс за устойчивую энергетику, ООО
Веб-сайт	NREL.gov

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии ( NREL ) в США специализируется на исследованиях и разработках в области возобновляемых источников энергии , энергоэффективности , интеграции энергетических систем и устойчивого транспорта. NREL — это финансируемый из федерального бюджета центр исследований и разработок, спонсируемый Министерством энергетики и управляемый Альянсом за устойчивую энергетику, совместным предприятием MRIGlobal и Battelle . В городе Голден, штат Колорадо , NREL является домом для Национального центра фотоэлектрической энергии, Национального центра биоэнергетики и Национального центра ветровых технологий.

История

Законом об исследованиях, разработках и демонстрации солнечной энергии 1974 года был учрежден Институт исследований солнечной энергии. который открылся в 1977 году и находился под управлением компании MRIGlobal . При администрации Джимми Картера ее деятельность выходила за рамки исследований и разработок в области солнечной энергетики, поскольку она пыталась популяризировать знания об уже существующих технологиях, таких как пассивная солнечная энергия . При администрации Рональда Рейгана бюджет института был сокращен почти на 90%; многие сотрудники были «сокращены», а деятельность института свелась к НИОКР. назначил институт национальной лабораторией Министерства энергетики США В сентябре 1991 года президент Джордж Буш-старший , и его название было изменено на Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии.

Возобновление интереса к проблемам энергетики улучшило положение лаборатории, но финансирование с годами колебалось. В 2011 году ожидаемый дефицит бюджета Конгресса привел к программе добровольного выкупа сокращений от 100 до 150 сотрудников. а в 2015 году сокращение бюджета привело к увольнениям сотрудников и дальнейшим выкупам компаний.

Мартин Келлер стал девятым директором NREL в ноябре 2015 года. и в настоящее время является одновременно директором лаборатории и президентом ее эксплуатационного подрядчика, Alliance for Sustainable Energy, LLC. Он сменил Дэна Арвизу , который ушел в отставку в сентябре 2015 года после 10 лет работы на этих должностях.

Финансирование Министерства энергетики

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии прогнозирует, что приведенная стоимость ветровой энергии снизится примерно на 25% с 2012 по 2030 год.

В 2020 финансовом году ассигнования Конгресса на нужды Министерства энергетики составили 464,3 миллиона долларов для NREL. В эту сумму вошли следующие суммы на программы технологий возобновляемой энергетики:

• Солнечная энергия : 122,4 миллиона долларов.
• Ветроэнергетика : 30,0 миллионов долларов США.
• Биоэнергетика : 56,3 миллиона долларов.
• Водород и топливные элементы : 17,6 миллиона долларов.
• Геотермальная энергия : 1,8 миллиона долларов.
• Гидроэнергетика : 15,8 миллиона долларов.

Коммерциализация и трансфер технологий

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) занимается передачей технологий, работая с партнерами из частного сектора, чтобы облегчить применение исследований в области возобновляемых источников энергии и технологий энергоэффективности в практических условиях.

В знак признания усилий в области инноваций и передачи технологий NREL получила множество наград R&D 100 Awards. Эти награды подтверждают достижения в научных исследованиях, имеющие потенциальное рыночное применение. Кроме того, NREL предлагает программу доступа внешних пользователей. Эта программа предназначена для того, чтобы дать возможность исследователям, не входящим в лабораторию, использовать Фонд интеграции энергетических систем (ESIF), предоставляя им возможность сотрудничать с сотрудниками NREL в разработке и оценке энергетических технологий.

Национальный центр фотоэлектрической энергии

Цель исследования фотоэлектрической энергии (PV), проводимого в NREL, состоит в том, чтобы уменьшить «зависимость страны от электроэнергии, вырабатываемой из ископаемого топлива, за счет снижения стоимости поставляемой электроэнергии и повышения эффективности фотоэлектрических модулей и систем ».

Фотоэлектрические исследования в NREL проводятся Национальным центром фотоэлектрической энергии (NCPV). Основной задачей NCPV является поддержка текущих усилий инициативы SunShot Министерства энергетики, которая стремится повысить доступность солнечной энергии по цене, конкурентоспособной по сравнению с другими источниками энергии. NCPV координирует свои исследования и цели с исследователями со всей страны, включая Центр квантовой энергии и устойчивых солнечных технологий (QESST) и Консорциум Bay Area PV. NCPV также сотрудничает со многими университетами и другими отраслевыми партнерами. NREL ежегодно привлекает десятки студентов в рамках сверхэффективной программы Солнечного университета и Национальной лаборатории (SUN UP), которая была создана для облегчения существующего и нового взаимодействия между университетами и лабораторией.

Лаборатория поддерживает ряд исследовательских партнерств в области исследований фотоэлектрических систем.

Исследования и разработки

Некоторые области исследований и разработок в области фотоэлектрических систем включают физические свойства фотоэлектрических панелей, производительность и надежность фотоэлектрических панелей, формирование переходов и исследования фотоэлектрохимических материалов.

Благодаря этому исследованию NREL надеется превзойти существующие технологии по эффективности и экономической конкурентоспособности и достичь общей цели по производству электроэнергии по цене 0,06 доллара США за кВтч для фотоэлектрических систем, подключенных к сети .

NREL определяет следующие краеугольные камни своей программы исследований и разработок в области фотоэлектрических систем: Партнерство в области тонких пленок и проект исследований и разработок в области производства фотоэлектрических систем.

Программа партнерства по тонким пленкам в NREL координирует национальные исследовательские группы производителей, ученых и ученых NREL по различным темам, связанным с тонкопленочными фотоэлектрическими системами. Области исследований Партнерской программы по тонким пленкам включают аморфный кремний (a-Si), диселенид меди и индия (CuInSe2 или CIGS) и теллурид кадмия (CdTe), а также надежность модулей.

Проект исследований и разработок в области производства фотоэлектрических систем NREL представляет собой постоянное партнерство между NREL и частными компаниями-производителями солнечной энергии. Он начался в 1991 году как проект «Технологии фотоэлектрического производства» (PVMaT), а в 2001 году был расширен и переименован в связи с успехом этого проекта. Общая цель исследований, проводимых в рамках проекта исследований и разработок по производству фотоэлектрических систем, состоит в том, чтобы помочь американским компаниям солнечной энергетики сохранить сильные позиции на рынке путем исследования способов снижения затрат производителей и клиентов и улучшения производственного процесса. По оценкам, проект помог снизить стоимость производства фотоэлектрических панелей более чем на 50%.

Примеры достижений в рамках проекта исследований и разработок в области фотоэлектрического производства включают разработку производственного процесса, который увеличивает производство кремниевых солнечных модулей на 8% без увеличения затрат, а также разработку нового процесса покрытия бором, который снижает затраты на солнечную энергию по сравнению с традиционными процессами.

Тестирование

NREL способна обеспечить тестирование и оценку фотоэлектрической отрасли с помощью испытательных стендов внутри, снаружи и в полевых условиях. NREL может обеспечить тестирование долгосрочной производительности, надежности и отказов компонентов фотоэлектрических систем. NREL также имеет возможности ускоренного тестирования как фотоэлектрических элементов, так и компонентов системы для выявления областей потенциальной долгосрочной деградации и отказа. Группа производительности фотоэлектрических устройств в NREL может измерять производительность фотоэлектрических элементов и модулей по сравнению со стандартным или индивидуальным эталонным набором. Это позволяет NREL служить независимым средством проверки производительности устройства. NREL позволяет членам отрасли тестировать и оценивать потенциальные продукты в надежде, что это приведет к созданию более экономически эффективных и надежных технологий. Общая цель — помочь повысить надежность в фотоэлектрической отрасли.

Развертывание

NREL также стремится повысить осведомленность общественности о фотоэлектрических технологиях посредством своих услуг по их внедрению. NREL предоставляет ряд технических и нетехнических публикаций, призванных помочь повысить осведомленность потребителей и их понимание солнечной фотоэлектрической энергии. Ученые NREL проводят исследования энергетических рынков и способов развития рынка солнечной энергии. Они также проводят исследования и информационно-просветительскую работу в области фотоэлектрических систем, интегрированных в здания . Министерства энергетики NREL также является активным организатором и спонсором Solar Decathlon .

NREL предоставляет информацию о солнечной энергии, помимо научных статей об исследованиях, проводимых в лаборатории. Лаборатория предоставляет публикации о солнечных ресурсах и руководства по различным применениям солнечных технологий, а также ряд различных моделей и инструментов солнечных ресурсов. Лаборатория также предоставляет ряд различных наборов данных о солнечных ресурсах в своем Центре данных по возобновляемым ресурсам.

Удобства

Центр интеграции энергетических систем в Голдене, штат Колорадо.

В кампусе NREL в Голдене, штат Колорадо, находится несколько объектов, посвященных исследованиям фотоэлектрических систем и биомассы. В недавно открытом Центре науки и технологий проводятся исследования солнечных элементов, тонких пленок и наноструктур. Наружная испытательная установка NREL позволяет исследователям тестировать и оценивать фотоэлектрические технологии в различных условиях, как внутри, так и снаружи. Ученые из NREL работают на Открытом испытательном стенде над разработкой стандартов тестирования фотоэлектрических технологий. На открытом испытательном стенде исследователи NREL калибруют первичные эталонные ячейки для использования в различных приложениях. Одним из основных зданий NREL для исследований фотоэлектрических систем является Центр исследований солнечной энергии (SERF). Примеры исследований, проводимых в SERF, включают исследование полупроводниковых материалов, производство прототипов солнечных элементов, а также измерение и определение характеристик характеристик солнечных элементов и модулей. Кроме того, на крыше SERF можно разместить десять фотоэлектрических панелей для оценки и анализа производительности коммерческих фотоэлектрических систем, интегрированных в здание. Кроме того, в SERF также проводятся исследования и разработки в области фотоэлектрических материалов и устройств, измерения и характеристики, а также испытания надежности. В Лаборатории исследования солнечной радиации NREL измеряет солнечную радиацию и метеорологические данные с 1984 года.

Национальный биоэнергетический центр

Национальный биоэнергетический центр (NBC) был создан в октябре 2000 года. «Национальный биоэнергетический центр состоит из четырех технических групп и технического руководителя по развитию партнерства с промышленностью. Развитие партнерства включает работу, выполняемую в NREL в рамках соглашений о совместных исследованиях и разработках (CRADA). , Соглашения о техническом обслуживании (TSA), Соглашения об аналитическом обслуживании (ASA) и контракты на исследования «Работа для других» (WFO) для отраслевых партнеров Министерства энергетики».

Основное внимание в исследованиях уделяется преобразованию биомассы в биотопливо/биохимические промежуточные продукты посредством как биохимических, так и термохимических процессов.

Национальный биоэнергетический центр в настоящее время разделен на определенные технологические и исследовательские направления:

• Прикладная наука
• Катализ, термохимические науки и инженерные исследования и разработки
• Исследования и разработки биохимических процессов
• Биоперерабатывающий анализ

Некоторые из текущих проектов относятся к следующим направлениям:

• Характеристики биомассы
• Биохимическая конверсия
• Термохимическая конверсия
• Химическая и каталитическая наука
• Интегрированные процессы биопереработки
• Биотопливо из микроводорослей
• Процесс переработки биомассы и анализ устойчивости

Комплексный исследовательский центр биопереработки (IBRF) располагает несколькими пилотными технологическими линиями для преобразования биомассы в различные виды жидкого топлива с производительностью 450–900 кг (0,5–1 тонны) сухой биомассы в день. Операции установки включают промывку и измельчение сырья, предварительную обработку, ферментативный гидролиз, ферментацию, дистилляцию и разделение твердой и жидкой фаз. Сердцем комплекса термохимических пользователей (TCUF) является установка разработки термохимических процессов производительностью 0,5 метрической тонны в день (TCPDU), которая может работать как в режиме пиролиза, так и в режиме газификации.

Национальный центр ветровых технологий

Основные исследовательские ветряные турбины NREL

NREL разработала множество технологий, которые влияют на ветроэнергетику на глобальном уровне. Национальный центр ветровых технологий (NWTC) имеет 20 патентов и создал такое программное обеспечение, как (FAST), программное обеспечение для моделирования, которое используется для моделирования ветряных турбин.

NWTC расположен на территории кампуса Flatirons NREL, который находится у подножия холмов к югу от Боулдера , штат Колорадо. Кампус включает в себя полигоны для полевых испытаний, испытательные лаборатории, промышленные многоярусные рабочие зоны, механические цеха, лаборатории электроники и приборостроения, а также офисные помещения.

В NWTC также находится испытательный стенд NREL по распределенным энергетическим ресурсам (DERTF). DERTF — это действующая лаборатория тестирования межсетевых соединений и системной интеграции. Этот объект включает в себя технологии генерации, хранения и соединения, а также оборудование электроэнергетической системы, способное имитировать реальную электрическую систему.

Центр является первым учреждением в Соединенных Штатах, оснащенным системой тестирования интерфейсов управляемой сети, которая имеет возможности моделирования неисправностей и позволяет производителям и системным операторам проводить испытания, необходимые для сертификации, в контролируемой лабораторной среде. Это единственная система в мире, которая полностью интегрирована с двумя динамометрами и способна распространить эту интеграцию на полевые турбины и на матрицу электронных и механических запоминающих устройств, которые расположены в непосредственной близости на одном и том же объекте. сайт.

Исследования устойчивого транспорта и мобильности

NREL является пионером исследований мирового уровня, ускоряющих разработку технологий и стратегий устойчивой мобильности для пассажирских и грузовых перевозок, уделяя особое внимание декарбонизации транспортного сектора и борьбе с изменением климата. Единственная национальная лаборатория, занимающаяся исключительно энергоэффективностью и возобновляемыми источниками энергии, NREL помогает своим отраслевым партнерам создавать инновационные компоненты, топливо, инфраструктуру и интегрированные системы для аккумуляторных батарей, топливных элементов и других альтернативных видов топлива для дорожного, внедорожного и внедорожного транспорта. -дорожные транспортные средства, включая новейшие технологии для авиационного, железнодорожного и морского применения.

NREL Интегрированные инструменты моделирования и анализа помогают преодолеть технические барьеры и ускорить разработку передовых транспортных технологий и систем, которые максимизируют экономию энергии и повышают производительность на дороге.

Области исследований в области транспорта и мобильности

• Технологии коммерческого транспорта
• Декарбонизация транспорта
• Интеграция сети электромобилей
• Хранение энергии
• Топливо и сгорание
• Интеллектуальный анализ энергии автомобиля
• Поведенческая наука о мобильности
• Силовая электроника и электрические машины
• Устойчивая авиация
• Устойчивая мобильность
• Интеграция автомобильных технологий
• Управление температурой автомобиля

См. также

• Список организаций возобновляемой энергетики
• Возобновляемая энергия
• Коммерциализация возобновляемых источников энергии в США
• Простая модель переноса солнечного света в атмосфере (SMARTS), программное обеспечение, опубликованное NREL

Дальнейшее чтение

• Тернер, Джон А. (30 июля 1999 г.). «Реализуемое будущее возобновляемой энергетики» . Наука . 285 (5428): 687–689. дои : 10.1126/science.285.5428.687 . ПМИД   10426982 . Проверено 21 января 2021 г.

Внешние ссылки

Интернет вещей (IoT) — это революционная концепция, которая соединяет повседневные объекты и устройства через Интернет. Встраивая датчики и коммуникационные возможности в эти физические объекты, Интернет вещей обеспечивает сбор, анализ и связь данных в режиме реального времени, открывая новую эру эффективности, автоматизации и улучшения пользовательского опыта.