Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии
Национальная лаборатория США

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии
Прежнее название
Научно-исследовательский институт солнечной энергии (SERI)
ДевизПреобразование энергии
Учредил1977 ; 48 лет назад (1977)
Тип исследованияЭнергоэффективность и возобновляемые источники энергии
Бюджет544,9 млн долларов США (2020 финансовый год) [1]
ДиректорМартин Келлер
Персонал3675 сотрудников, научных сотрудников, стажеров, приглашенных специалистов и субподрядчиков [1]
РасположениеГолден, Колорадо
Оперирующее агентство
Альянс за устойчивую энергетику, ООО
Веб-сайтnrel.gov

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.

История

Учреждение

Во время нефтяного кризиса 1973 года цены на энергоносители резко возросли. Это вызвало широкомасштабные проблемы в других аспектах, таких как продовольствие, инфляция. Президент Джеральд Форд открыто признал проблему на Всемирной энергетической конференции 1974 года в Детройте. [4] Месяц спустя был подписан Закон об исследованиях, разработках и демонстрации солнечной энергии 1974 года . Раздел 10 законопроекта четко описывал создание Научно-исследовательского института солнечной энергии, [5] который открылся в 1977 году и управлялся Научно-исследовательским институтом Среднего Запада . [6] [7] Пол Раппапорт был директором-основателем. Это был первый случай, когда были предприняты общенациональные усилия по развитию солнечной энергетики. [8]

До 1991 г.

Деятельность SERI вышла за рамки исследований и разработок в области солнечной энергетики, поскольку она пыталась популяризировать знания об уже существующих технологиях, таких как преобразование биомассы, пассивное солнечное и хранение энергии. В первый год тонкопленочные солнечные элементы достигли 10% эффективности. [8] В следующем году администрация Джимми Картера приняла Закон об исследованиях, разработках и демонстрации солнечной фотоэлектрической энергии 1978 года . [9] Однако к 1978 году национальные усилия по поиску альтернативного источника энергии обратились к ядерной энергии. Затем произошла авария на Три-Майл-Айленде , и страсть к чистой энергии возобновилась.

1991 - настоящее время

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 колебалось на протяжении многих лет. [10] В 2011 году ожидаемый дефицит бюджета Конгресса привел к программе добровольного выкупа, предусматривающей сокращение от 100 до 150 сотрудников, [11] а в 2015 году сокращение бюджета привело к увольнениям сотрудников и дальнейшим выкупам. [12]

Мартин Келлер стал девятым директором NREL в ноябре 2015 года [13] и в настоящее время является как директором лаборатории, так и президентом ее действующего подрядчика Alliance for Sustainable Energy, LLC. [14] Он сменил Дэна Арвизу , который вышел на пенсию в сентябре 2015 года после 10 лет работы на этих должностях. [15]

Финансирование Министерства энергетики

Национальная лаборатория возобновляемой энергии прогнозирует, что приведенная стоимость ветроэнергетики снизится примерно на 25% с 2012 по 2030 год. [ 16]

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: [17]

Коммерциализация и трансфер технологий

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. [18]

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. [19] Кроме того, NREL предлагает программу доступа 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. [20]

Национальный центр фотоэлектричества

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 ». [21]

Фотоэлектрические исследования в NREL проводятся под эгидой 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. [22]

Лаборатория поддерживает ряд исследовательских партнерств в области исследований в области фотоэлектрических систем. [23]

Исследования и разработки

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. [24]

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. [25]

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. [26]

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%. [27]

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. [27]

Тестирование

NREL может проводить испытания и оценку для фотоэлектрической промышленности с помощью внутренних, наружных и полевых испытательных установок. NREL может проводить испытания на долгосрочную производительность, надежность и отказ 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. [28] Группа по производительности фотоэлектрических устройств в NREL может измерять 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. [29]

Развертывание

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 . [30]

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. [31]

Удобства

Интеграционный центр энергетических систем в Голдене, штат Колорадо.

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. [32] В Лаборатории исследований солнечной радиации NREL измеряет солнечную радиацию и метеорологические данные с 1984 года. [32]

Национальный центр биоэнергетики

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». [33]

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: [34]

  • Прикладная наука
  • Катализ и термохимические науки и инженерные исследования и разработки
  • НИОКР биохимических процессов
  • Анализ биоперерабатывающего завода

Некоторые из текущих проектов находятся в следующих областях:

  • Характеристики биомассы
  • Биохимическое преобразование
  • Термохимическая конверсия
  • Химическая и каталитическая наука
  • Интегрированные процессы биопереработки
  • Биотопливо из микроводорослей
  • Анализ процессов переработки и устойчивости биомассы

В комплексном исследовательском центре биопереработки (IBRF) размещается несколько пилотных технологических линий для преобразования биомассы в различные жидкие виды 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. [35]

Национальный центр ветровых технологий

Основные исследовательские ветровые турбины в NREL

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. [36]

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. [37]

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. [38] 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.

Исследования в области устойчивого транспорта и мобильности

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.

Направления исследований в области транспорта и мобильности

  • Технологии для коммерческих транспортных средств
  • Декарбонизация транспорта
  • Интеграция электромобилей в сеть
  • Хранение энергии
  • Топливо и горение
  • Интеллектуальный анализ энергии транспортного средства
  • Наука о поведении мобильности
  • Силовая электроника и электрические машины
  • Устойчивая авиация
  • Устойчивая мобильность
  • Интеграция транспортных технологий
  • Управление температурным режимом транспортного средства

Смотрите также

Примечания

Ссылки

  1. ^ ab "О NREL". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 21 января 2021 г.
  2. ^ "Миссия и программы". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 21 января 2021 г.
  3. ^ Адамс, Кимберли (7 июля 2020 г.). Что такое финансируемые из федерального бюджета научно-исследовательские и опытно-конструкторские центры? (Отчет). Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 21 января 2021 г.
  4. ^ "История Национальной лаборатории возобновляемой энергии: 1977–2016" (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Октябрь 2022 г.
  5. ^ "Текст S. 3234 (93rd): Закон об исследованиях солнечной энергии (принятая Конгрессом версия)". GovTrack.us . Получено 7 декабря 2024 г. .
  6. ^ "Национальная лаборатория возобновляемой энергии: 25 лет передового опыта в исследованиях (1977–2002)" (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии. Июль 2002 г. . Получено 21 января 2021 г. .
  7. ^ "Национальная лаборатория возобновляемой энергии". MRIGlobal . Получено 21 января 2021 г.
  8. ^ ab "Первый год" (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии .
  9. ^ "HR12874 - 95-й Конгресс (1977-1978): Закон 1978 года об исследованиях, разработках и демонстрации солнечной фотоэлектрической энергии". www.congress.gov . 4 ноября 1978 г. . Получено 9 декабря 2024 г. .
  10. ^ "История финансирования". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Архивировано из оригинала 23 июня 2018 г. Получено 27 июня 2017 г.
  11. ↑ Планкетт, Чак (3 октября 2011 г.). «Национальная лаборатория возобновляемой энергии в Голдене сократит 100–150 рабочих мест путем выкупа». Denver Post . Получено 21 января 2021 г.
  12. ^ Уоллес, Алисия (7 октября 2017 г.). «NREL сокращает четыре процента рабочей силы, увольняет исследователей солнечной энергетики». Denver Post . Получено 27 июня 2017 г.
  13. ^ "Доктор Мартин Келлер назначен директором Национальной лаборатории возобновляемой энергии". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  14. ^ "Доктор Мартин Келлер – Директор лаборатории" . Получено 30 января 2017 г.
  15. ^ Сторум, Дуг (20 марта 2015 г.). «Директор NREL Дэн Арвизу уйдет на пенсию в сентябре». BizWest . Получено 28 июня 2017 г.
  16. ^ Э. Ланц, М. Хэнд и Р. Вайзер (13–17 мая 2012 г.) «Прошлая и будущая стоимость ветроэнергетики», конференция Национальной лаборатории возобновляемой энергии, доклад № 6A20-54526, стр. 4
  17. ^ "Запрос бюджета Конгресса на 2021 финансовый год: лабораторные таблицы (предварительные)" (PDF) . Офис главного финансового директора, Министерство энергетики США . Февраль 2020 г.
  18. ^ "NREL Commercialization & Technology Transfer". О передаче технологий . NREL . Получено 22 марта 2011 г.
  19. ^ "Ampulse Corporation: пример передачи технологий в лабораториях Министерства энергетики США" (PDF) . Истории успеха: коммерциализация и передача технологий . Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 15 апреля 2011 г. .
  20. ^ "Energy Systems Integration Facility: User Access". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  21. ^ "NREL Photovoltaic Research Home". Photovoltaic Research . Получено 22 марта 2011 г.
  22. ^ "Solar University-National Lab Ultra-Effective Program". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  23. ^ "Work With Us". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  24. ^ "Photovoltaic Research: Research". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  25. ^ "NREL PV Research". Проекты . NREL . Получено 18 апреля 2011 г.
  26. ^ "Проект партнерства по тонкопленочным фотоэлектрическим элементам". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  27. ^ ab "Проект исследований и разработок в области фотоэлектрического производства". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  28. ^ "Аккредитация ISO". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  29. ^ "Device Performance". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  30. ^ "Развертывание технологий: развертывание солнечной энергии и трансформация рынка". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 27 июня 2017 г.
  31. ^ "NREL Renewable Resource Data Center". Данные о солнечных ресурсах . Получено 24 марта 2011 г.
  32. ^ ab "Исследования фотоэлектрических систем – Объекты". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 24 марта 2011 г.
  33. ^ "Домашняя страница Национального центра биоэнергетики".
  34. ^ «Проекты NREL по исследованию, разработке и внедрению биомассы».
  35. ^ "Исследования биомассы – Объекты". Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 21 августа 2012 г.
  36. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 31 января 2017 г. . Получено 2 февраля 2017 г. .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  37. ^ «Испытательная установка распределенных энергетических ресурсов».
  38. ^ Испытательная система интерфейса контролируемой сети NREL

Дальнейшее чтение

  • Тернер, Джон А. (30 июля 1999 г.). «Осуществимое будущее возобновляемой энергии». Science . 285 (5428): 687– 689. doi :10.1126/science.285.5428.687. PMID  10426982 . Получено 21 января 2021 г. .
На Викискладе есть медиафайлы по теме Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии .

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″N 105°09′21″W / 39.740576°N 105.155855°W / 39.740576; -105.155855

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=National_Renewable_Energy_Laboratory&oldid=1268424948"