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. [2] NREL — это финансируемый из федерального бюджета центр исследований и разработок, спонсируемый Министерством энергетики и управляемый Альянсом за устойчивую энергетику, совместным предприятием MRIGlobal и Battelle . [3] Расположенный в Голдене, штат Колорадо , NREL является домом для Национального центра фотоэлектрической энергии, Национального центра биоэнергетики и Национального центра ветровых технологий.
Законом об исследованиях, разработках и демонстрации солнечной энергии 1974 года был учрежден Институт исследований солнечной энергии [4] , который открылся в 1977 году и находился под управлением компании MRIGlobal . [5] [6] При администрации Джимми Картера ее деятельность выходила за рамки исследований и разработок в области солнечной энергии, 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 «сокращёны», а деятельность института свелась к НИОКР. В сентябре 1991 года президент Джордж Буш-старший назначил институт национальной лабораторией Министерства энергетики США , и его название было изменено на Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии.
Возобновление интереса к проблемам энергетики улучшило положение лаборатории, но финансирование с годами колебалось. [7] В 2011 году ожидаемый дефицит бюджета Конгресса привел к добровольной программе 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 одновременно директором лаборатории и президентом ее эксплуатационного подрядчика, Alliance for Sustainable Energy, LLC. [11] Он сменил Дэна Арвизу , который ушел в отставку в сентябре 2015 года после 10 лет работы на этих должностях. [12]
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: [14]
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. [15]
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. [16] 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. [17]
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 ». [18]
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. [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 панелей, формирование переходов и исследования фотоэлектрохимических материалов. [21]
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 . [ нужна цитата ]
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. [22]
Программа партнерства по тонким пленкам в NREL координирует национальные исследовательские группы производителей, ученых и ученых NREL по различным темам, связанным с тонкопленочными фотоэлектрическими модулями. 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. [23]
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%. [24]
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. [24]
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. [25] Группа производительности фотоэлектрических устройств в NREL может измерять производительность фотоэлектрических элементов и модулей по отношению к стандартному или индивидуальному эталонному набору. 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. [26]
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 . NREL также является активным организатором и спонсором Solar Decathlon Министерства энергетики . [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 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. [28]
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 характеристику 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, испытания надежности. [29] В Лаборатории исследования солнечной радиации NREL измеряет солнечную радиацию и метеорологические данные с 1984 года. [29]
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». [30]
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: [31]
Некоторые из текущих проектов относятся к следующим направлениям:
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. [32]
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. [33]
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. [34]
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. [35] Это единственная система в мире, которая полностью интегрирована с двумя динамометрами и способна распространить эту интеграцию на турбины в полевых условиях, а также на матрицу электронных и механических запоминающих устройств, все из которых расположены в непосредственной близости. на том же сайте.
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.
Интегрированные инструменты моделирования и анализа NREL помогают преодолеть технические барьеры и ускорить разработку передовых транспортных технологий и систем, которые максимизируют экономию энергии и повышают производительность на дороге.
{{cite report}}: Неизвестный параметр |agency=игнорируется ( справка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
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 в реальном времени, открывая новую эру эффективности, автоматизации и улучшения пользовательского опыта.
39 ° 44'26 "N 105 ° 09'21" W / 39,740576 ° N 105,155855 ° W / 39,740576; -105.155855