Национальная лаборатория возобновляемой энергии ( NREL ) в США специализируется на исследованиях и разработках в области возобновляемой энергии , энергоэффективности , интеграции энергетических систем и устойчивой транспортировки. [2] NREL — это финансируемый из федерального бюджета научно-исследовательский и опытно-конструкторский центр, спонсируемый Министерством энергетики и управляемый Альянсом за устойчивую энергетику, совместным предприятием MRIGlobal и Battelle . [3] Расположенная в Голдене, штат Колорадо , NREL является домом для Национального центра фотоэлектричества, Национального центра биоэнергетики и Национального центра ветровых технологий.
Закон об исследованиях, разработках и демонстрации солнечной энергии 1974 года учредил Научно-исследовательский институт солнечной энергии, [4] который открылся в 1977 году и управлялся MRIGlobal . [5] [6] При администрации Джимми Картера его деятельность вышла за рамки исследований и разработок в области солнечной энергии, поскольку он пытался популяризировать знания об уже существующих технологиях, таких как пассивная солнечная энергия . Во время администрации Рональда Рейгана бюджет института был урезан почти на 90%; многие сотрудники были «сокращены в штате», а деятельность института была сведена к НИОКР. В сентябре 1991 года президент Джордж Буш-старший назначил институт национальной лабораторией Министерства энергетики США , и его название было изменено на Национальная лаборатория возобновляемой энергии.
Возобновление интереса к проблемам энергетики улучшило положение лаборатории, но финансирование колебалось на протяжении многих лет. [7] В 2011 году ожидаемый дефицит бюджета Конгресса привел к программе добровольного выкупа, предусматривающей сокращение от 100 до 150 сотрудников, [8] а в 2015 году сокращение бюджета привело к увольнениям сотрудников и дальнейшим выкупам. [9]
Мартин Келлер стал девятым директором NREL в ноябре 2015 года [10] и в настоящее время является директором лаборатории и президентом ее действующего подрядчика Alliance for Sustainable Energy, LLC. [11] Он сменил Дэна Арвизу , который вышел на пенсию в сентябре 2015 года после 10 лет работы на этих должностях. [12]
В 2020 финансовом году ассигнования Конгресса для Министерства энергетики содержали $464,3 млн для NREL. Эта сумма включала следующие суммы для его программ технологий возобновляемой энергии: [14]
Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) занимается передачей технологий, сотрудничая с партнерами из частного сектора для содействия применению исследований в области возобновляемой энергии и технологий энергоэффективности в практических условиях. [15]
В знак признания ее усилий в области инноваций и передачи технологий NREL получила множество наград R&D 100 Awards. Эти награды отмечают достижения в научных исследованиях с потенциальными рыночными приложениями. [16] Кроме того, NREL предлагает программу доступа для внешних пользователей. Эта программа разработана для того, чтобы позволить исследователям из-за пределов лаборатории использовать Energy Systems Integration Facility (ESIF), предоставляя им возможность сотрудничать с персоналом NREL в разработке и оценке энергетических технологий. [17]
Целью исследований в области фотоэлектричества (ФЭ), проводимых в NREL, является снижение «зависимости страны от электроэнергии, вырабатываемой с помощью ископаемого топлива, за счет снижения стоимости поставляемой электроэнергии и повышения эффективности фотоэлектрических модулей и систем ». [18]
Фотоэлектрические исследования в NREL проводятся под руководством Национального центра фотоэлектричества (NCPV). Основной задачей NCPV является поддержка текущих усилий инициативы SunShot Министерства энергетики США, которая стремится повысить доступность солнечной энергии по цене, конкурентоспособной 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 через программу Solar University-National lab Ultra-effective Program (SUN UP), которая была создана для содействия существующим и новым взаимодействиям между университетами и лабораторией. [19]
Лаборатория поддерживает ряд исследовательских партнерств в области исследований фотоэлектрических систем. [20]
Некоторые области исследований и разработок в области фотоэлектрических систем включают физические свойства фотоэлектрических панелей, производительность и надежность фотоэлектрических систем, формирование переходов и исследования фотоэлектрохимических материалов. [21]
Благодаря этому исследованию NREL надеется превзойти существующие технологии по эффективности и конкурентоспособности затрат и достичь общей цели по производству электроэнергии по цене 0,06 долл. США/ кВтч для сетевых фотоэлектрических систем. [ необходима ссылка ]
NREL выделяет следующие направления в качестве краеугольных камней своей программы исследований и разработок в области фотоэлектрических систем: партнерство в области тонкопленочных технологий и проект исследований и разработок в области производства фотоэлектрических систем. [22]
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 Программы партнерства по тонким пленкам включают аморфный кремний (a-Si), диселенид меди и индия (CuInSe2 или CIGS) и теллурид кадмия (CdTe), а также надежность модулей. [23]
Проект NREL по исследованию и разработке производства фотоэлектрических систем (PV Manufacturing Research and Development Project) — это продолжающееся партнерство между NREL и частными компаниями по производству солнечных батарей. Он начался в 1991 году как проект Photovoltaic Manufacturing Technology (PVMaT) и был расширен и переименован в 2001 году из-за его успеха как проекта. Общая цель исследований, проводимых в рамках проекта PV Manufacturing R&D Project, заключается в том, чтобы помочь сохранить сильную позицию на рынке для американских компаний по производству солнечных батарей путем исследования способов снижения затрат для производителей и клиентов и улучшения производственного процесса. По оценкам, проект помог снизить себестоимость производства фотоэлектрических панелей более чем на 50%. [24]
Примерами достижений в рамках проекта исследований и разработок в области производства фотоэлектрических систем являются разработка производственного процесса, который увеличивает производство кремниевых солнечных модулей на 8% без увеличения затрат, а также разработка нового процесса нанесения борного покрытия, который снижает затраты на солнечную энергию по сравнению с традиционными процессами. [24]
NREL может предоставить тестирование и оценку для фотоэлектрической промышленности с помощью внутренних, наружных и полевых испытательных установок. NREL может предоставить тестирование долгосрочной производительности, надежности и отказа компонентов для фотоэлектрических систем. NREL также имеет возможности ускоренного тестирования как фотоэлектрических ячеек, так и компонентов системы для выявления областей потенциальной долгосрочной деградации и отказа. [25] Группа по производительности фотоэлектрических устройств в NREL может измерить производительность фотоэлектрических ячеек и модулей относительно стандартного или индивидуального эталонного набора. Это позволяет NREL выступать в качестве независимого учреждения для проверки производительности устройств. NREL позволяет членам отрасли тестировать и оценивать потенциальные продукты, надеясь, что это приведет к более экономически эффективной и надежной технологии. Общая цель — помочь повысить надежность в фотоэлектрической промышленности. [26]
NREL также стремится повысить осведомленность общественности о технологиях PV посредством своих услуг по развертыванию. NREL предоставляет ряд технических и нетехнических публикаций, призванных помочь повысить осведомленность потребителей и понимание солнечных PV. Ученые NREL проводят исследования энергетических рынков и того, как развивать рынок солнечной энергии. Они также проводят исследования и пропаганду в области интегрированных в здания PV . NREL также является активным организатором и спонсором Solar Decathlon Министерства энергетики США . [27]
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 солнечной технологии, а также ряд различных моделей и инструментов солнечных ресурсов. Лаборатория также предоставляет ряд различных наборов данных о солнечных ресурсах в своем Центре данных о возобновляемых ресурсах. [28]
В кампусе NREL в Голдене, штат Колорадо, находится несколько объектов, посвященных исследованиям в области фотоэлектрических систем и биомассы. В недавно открытом Научно-технологическом центре проводятся исследования солнечных элементов, тонких пленок и наноструктурных исследований. Испытательный центр NREL на открытом воздухе позволяет исследователям тестировать и оценивать фотоэлектрические технологии в различных условиях, как в помещении, так и на открытом воздухе. Ученые NREL работают в испытательном центре на открытом воздухе над разработкой стандартов для тестирования фотоэлектрических технологий. В испытательном центре на открытом воздухе исследователи NREL калибруют первичные эталонные ячейки для использования в различных приложениях. Одним из основных зданий для исследований в области фотоэлектрических систем в NREL является Исследовательский центр солнечной энергии (SERF). Примерами исследований, проводимых в SERF, являются исследования полупроводниковых материалов, производство прототипов солнечных элементов, а также измерение и характеристика производительности солнечных элементов и модулей. Кроме того, на крыше SERF можно разместить десять фотоэлектрических панелей для оценки и анализа производительности коммерческих интегрированных в здание фотоэлектрических систем. Кроме того, в SERF также проводятся НИОКР в области фотоэлектрических материалов и устройств, измерения и характеристики, испытания надежности. [29] В Лаборатории исследований солнечной радиации NREL измеряет солнечную радиацию и метеорологические данные с 1984 года. [29]
Национальный центр биоэнергетики (NBC) был создан в октябре 2000 года. «Национальный центр биоэнергетики 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), соглашений о технических услугах (TSA), соглашений об аналитических услугах (ASA) и исследований по контракту «Работа для других» (WFO) для промышленных партнеров DOE». [30]
Основное внимание в исследованиях уделяется преобразованию биомассы в биотопливо/биохимические промежуточные продукты посредством как биохимических, так и термохимических процессов.
В настоящее время Национальный центр биоэнергетики разделен на определенные технологические и исследовательские направления: [31]
Некоторые из текущих проектов находятся в следующих областях:
В комплексном исследовательском центре биопереработки (IBRF) размещено несколько пилотных технологических линий для преобразования биомассы в различные виды жидкого топлива со скоростью 450–900 кг (0,5–1 тонна) в день сухой биомассы. Операции блока включают промывку и измельчение сырья, предварительную обработку, ферментативный гидролиз, ферментацию, дистилляцию и разделение твердого и жидкого. Сердцем центра термохимических пользователей (TCUF) является блок разработки термохимических процессов (TCPDU) производительностью 0,5 метрической тонны в день, который может работать как в режиме пиролиза, так и в режиме газификации. [32]
NREL создала много технологий, которые влияют на ветроэнергетику на глобальном уровне. Национальный центр ветровых технологий (NWTC) является владельцем 20 патентов и создал программное обеспечение, такое как (FAST), программное обеспечение для моделирования, которое используется для моделирования ветровых турбин. [33]
NWTC расположен в кампусе NREL Flatirons, который находится у подножия предгорий к югу от Боулдера , штат Колорадо. Кампус включает в себя полевые испытательные площадки, испытательные лаборатории, промышленные рабочие зоны с высокими пролетами, механические цеха, лаборатории электроники и приборов, а также офисные помещения.
NWTC также является домом для испытательного центра распределенных энергетических ресурсов NREL (DERTF). DERTF — это рабочая лаборатория для тестирования взаимосвязей и интеграции систем. Этот центр включает в себя технологии генерации, хранения и взаимосвязи, а также оборудование для электроэнергетической системы, способное имитировать реальную электрическую систему. [34]
Центр является первым объектом в Соединенных Штатах с контролируемой системой тестирования интерфейса сети, которая имеет возможности моделирования неисправностей и позволяет производителям и операторам систем проводить испытания, необходимые для сертификации, в контролируемой лабораторной среде. [35] Это единственная система в мире, которая полностью интегрирована с двумя динамометрами и имеет возможность распространить эту интеграцию на турбины в полевых условиях и на матрицу электронных и механических устройств хранения, все из которых расположены в непосредственной близости на одной площадке.
NREL является пионером исследований мирового уровня, ускоряя разработку устойчивых технологий мобильности и стратегий для пассажирских и грузовых перевозок, уделяя особое внимание декарбонизации транспортного сектора и борьбе с изменением климата. Единственная национальная лаборатория, занимающаяся исключительно вопросами энергоэффективности и возобновляемой энергии, NREL помогает своим отраслевым партнерам создавать инновационные компоненты, виды топлива, инфраструктуру и интегрированные системы для аккумуляторных электромобилей, топливных элементов и других альтернативных видов топлива для дорожных, внедорожных и внедорожных транспортных средств, включая новые технологии для авиации, железнодорожного и морского транспорта.
Интегрированные инструменты моделирования и анализа NREL помогают преодолевать технические барьеры и ускорять разработку передовых транспортных технологий и систем, которые максимизируют экономию энергии и эксплуатационные характеристики на дороге.
{{cite report}}: Неизвестный параметр |agency=проигнорирован ( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
Интернет вещей (IoT) — это революционная концепция, которая связывает повседневные предметы и устройства через Интернет. Встраивая датчики и коммуникационные возможности в эти физические сущности, IoT обеспечивает сбор данных, анализ и коммуникацию в реальном времени, открывая новую эру эффективности, автоматизации и улучшенного пользовательского опыта.
39°44′26″с.ш. 105°09′21″з.д. / 39,740576°с.ш. 105,155855°з.д. / 39,740576; -105,155855