Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии - National Renewable Energy Laboratory

Координаты : 39.740576 ° N 105.155855 ° W 39 ° 44′26 ″ с.ш. 105 ° 09′21 ″ з.д. /  / 39.740576; -105.155855

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии
Логотип Национальной лаборатории возобновляемой энергии (2 ряда) .jpg
NREL.jpg
Бывшее название
 Научно-исследовательский институт солнечной энергии
Девиз Преобразование энергии
Учредил 1977 ; 44 года назад ( 1977 )
Тип исследования Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии
Бюджет 544,9 млн долларов США (20 финансовый год)
Директор Мартин Келлер
Сотрудники 2685 сотрудников, докторантов, стажеров, приглашенных специалистов и субподрядчиков
Место нахождения Голден, Колорадо
Операционное агентство
 Альянс за устойчивую энергетику, ООО
Веб-сайт NREL.gov

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии ( NREL ) специализируется на исследованиях и разработках по возобновляемой энергии , энергоэффективности , энергетической интеграции систем и устойчивого развития 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 . Расположенный в Голдене, штат Колорадо , NREL является домом для Национального центра фотоэлектрических систем, Национального центра биоэнергетики и Национального центра ветроэнергетики.

История

В соответствии с Законом об исследованиях, разработках и демонстрациях солнечной энергии 1974 года был учрежден Исследовательский институт солнечной энергии , который открылся в 1977 году и находился в ведении MRIGlobal . 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 «сокращены», а деятельность института сводилась к НИОКР. В сентябре 1991 года президент Джордж Буш объявил институт национальной лабораторией Министерства энергетики США, а его название было изменено на Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии.

Возобновившийся интерес к проблемам энергии улучшил положение лаборатории, но финансирование колебалось с годами. В 2011 году ожидаемый дефицит бюджета Конгресса привел к добровольной программе выкупа, предусматривающей сокращение штата на 100–150 сотрудников, а в 2015 году сокращение бюджета привело к увольнениям сотрудников и дальнейшим выкупам.

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

Финансирование Министерства энергетики

Проекты Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии , что levelized стоимость от ветровой энергии будет снижаться примерно на 25% с 2012 до 2030 года.

В 2020 финансовом году ассигнования Конгресса для Министерства энергетики составляли 464,3 миллиона долларов для NREL. В эту общую сумму включены следующие суммы для его технологических программ в области возобновляемых источников энергии:

Коммерциализация и передача технологий

NREL тесно сотрудничает с рядом частных партнеров для передачи технологических разработок в области возобновляемых источников энергии и технологий повышения энергоэффективности на рынок и социальную сферу.

Технологии NREL были отмечены 61 наградой R&D 100 Awards. Инженерия и наука, стоящие за этими успехами и наградами в области передачи технологий, демонстрируют приверженность NREL устойчивому энергетическому будущему. Идея передачи технологии была добавлена ​​к миссии NREL как средство повышения коммерческого воздействия и общественной выгоды, в конечном итоге оправдывая использование налоговых долларов для частичного финансирования проектов в лаборатории.

Поскольку многие из этих технологий являются молодыми и часто только появляются, NREL стремится снизить риск инвестиций частного сектора и внедрения их разработок. Основу политики для передачи технологии заложили три ключевых федеральных закона: Закон Стивенсона-Уайдлера о технологических инновациях 1980 года, Закон Бейха-Доула или Закон 1980 года о патентных процедурах университетов и малых предприятий и Федеральный закон 1986 года о передаче технологий. .

В конечном счете, многие из внедренных технологий помогают смягчить нефтяную зависимость Соединенных Штатов, сократить выбросы углерода в результате использования ископаемого топлива и сохранить конкурентоспособность промышленности США. Развертывание технологий осуществляется путем развития технологического партнерства с частным сектором. NREL служит платформой с уменьшенным риском для исследований, и благодаря партнерским отношениям эти достижения могут быть эффективно использованы в интересах как частного, так и государственного секторов. Энергетические цели, поставленные Министерством энергетики, находятся на переднем крае исследований, проводимых в лаборатории, и исследования отражают энергетические цели, разработанные с учетом интересов «конкурентоспособности промышленности США». Задача достижения этих целей - безопасность инвестиций.

Частью процесса передачи технологий является формирование партнерств, которые не только сосредоточены на финансовой безопасности, но и рассматривают партнеров, которые продемонстрировали основные ценности, отражающие целостность, для управления внедрением и освоением технологических достижений. NREL фокусируется на основных ценностях партнерской организации, готовности ставить и своевременно достигать целей, приверженности прозрачности и обоюдного намерения к дальнейшему развитию. В соответствии с этими соглашениями о партнерстве NREL не финансирует проекты, реализуемые их частными партнерами. NREL действительно предоставляет возможности финансирования через свои размещенные на конкурсной основе контракты. Чтобы сформировать соглашение о технологическом партнерстве с NREL, по сути, есть семь шагов:

  1. Обсудите проектное предложение с соответствующим техническим специалистом NREL.
  2. Определите, соответствует ли проект квалификациям
  3. Разработать техническое задание
  4. Обзор и / или переговоры
  5. Подписать договор
  6. Отправьте средства и приступайте к работе
  7. Управляйте приверженностью

Предполагается, что процесс займет 45 рабочих дней, при условии проведения переговоров. Соглашения о технологическом партнерстве предоставляют только технические услуги NREL.

NREL также имеет программу доступа пользователей, которая позволяет сторонним исследователям использовать Средство интеграции энергетических систем (ESIF) и полагаться на свой штат ученых и инженеров для разработки и оценки энергетических технологий.

Для университетов и промышленности существует несколько других способов работы с NREL, включая Соглашение о совместных исследованиях и разработках (CRADA), Соглашение о поступлении средств (FIA) и Соглашение о технических услугах (TSA).

Соглашение о совместных исследованиях и разработках

Соглашение о совместных исследованиях и разработках (CRADA) - это партнерство между NREL и внешней компанией. Этот тип соглашения защищает интеллектуальную собственность как NREL, так и сторонней компании, и позволяет компании-инвестору вести переговоры о предоставлении эксклюзивной лицензии на использование в области любых изобретений, выходящих из CRADA.

Соглашение CRADA между NREL и DuPont помогло химической компании разработать две ключевые технологии переработки целлюлозного этанола и привело к открытию в 2015 году нефтеперерабатывающего завода на 30 млн галлонов в Айове.

Соглашения о стратегических партнерских проектах

NREL предлагает технические услуги партнерам, которым требуются ресурсы, которые им недоступны, в форме соглашения о стратегических партнерских проектах, которое ранее было известно как соглашение о работе для других. Это соглашение отличается от CRADA тем, что оно не предназначено для проведения совместных исследований. Партнер покрывает всю стоимость проекта. Есть три типа соглашений о проектах стратегического партнерства:

  1. Межведомственное соглашение-правительство: партнерство, сформированное между Министерством энергетики и вторым федеральным агентством США. Внешнее агентство напрямую финансирует проект.
  2. Соглашение о финансировании (FIA): нефедеральная организация финансирует проект и исследования, проводимые NREL. В некоторых случаях партнер может получить право собственности на изобретения.
  3. Соглашение о технических услугах (TSA): нефедеральная организация платит NREL за услуги, связанные с аналитической проблемой. NREL предоставляет консультации и базовую техническую помощь.

Лицензирование технологий

NREL предлагает лицензирование для многих своих технологий, связанных с энергоэффективностью и развитием возобновляемых источников энергии. Лицензирование интеллектуальной собственности NREL доступно предприятиям любого размера, от стартапов до Fortune 500 . Доступные технологии подпадают под следующие категории: системы преобразования и доставки электроэнергии из возобновляемых источников, разработка и поставка возобновляемых видов топлива, эффективные и интегрированные энергетические системы и стратегический энергетический анализ. «Технологии, разработанные NREL, включают транспортные средства и топливо, фундаментальные науки, биомассу, концентрацию солнечной энергии, системы электрической инфраструктуры, геотермальную энергию, водород и топливные элементы, фотоэлектрическую энергию и энергию ветра».

NREL имеет список из 150 обзоров рынка, доступных для лицензирования, и этот список включает информацию об описании технологий, их преимуществах, потенциальных приложениях и текущем этапе их разработки.

Национальный центр фотогальваники

Цели исследований в области фотоэлектрической энергии (PV), проведенных в NREL, заключаются в том, чтобы уменьшить «зависимость страны от электроэнергии, вырабатываемой на ископаемом топливе, за счет снижения стоимости поставляемой электроэнергии и повышения эффективности фотоэлектрических модулей и систем ».

Фотоэлектрические исследования в NREL проводятся Национальным центром фотоэлектрических систем (NCPV). Основная задача NCPV - поддерживать текущие усилия Министерства энергетики США SunShot Initiative, цель которого - повысить доступность солнечной энергии по ценам, конкурентоспособным 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 солнечных батарей Bay Area. NCPV также сотрудничает со многими университетами и другими отраслевыми партнерами. NREL ежегодно привлекает десятки студентов через сверхэффективную программу Национальной лаборатории солнечного университета (SUN UP), которая была создана для облегчения существующих и новых взаимодействий между университетами и лабораторией.

Лаборатория поддерживает ряд исследовательских партнерств для исследований PV.

Исследования и разработки

Некоторые из областей исследований и разработок в области фотоэлектрических систем включают физические свойства фотоэлектрических панелей, производительность и надежность фотоэлектрических модулей, образование соединений и исследования фотоэлектрохимических материалов.

Благодаря этому исследованию NREL надеется превзойти существующие технологии по эффективности и конкурентоспособности и достичь общей цели по выработке электроэнергии по цене 0,06 долл. США / кВтч для сетевых фотоэлектрических систем.

NREL определяет в качестве краеугольных камней своей программы исследований и разработок в области фотоэлектрических технологий: Партнерство по тонкопленочным технологиям и проект НИОКР по производству фотоэлектрических элементов.

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

Проект исследований и разработок в области производства фотоэлектрических систем NREL - это продолжающееся партнерство между NREL и частными компаниями-производителями солнечной энергии. Он начался в 1991 году как проект Photovoltaic Manufacturing Technology (PVMaT) и был расширен и переименован в 2001 году в связи с его успехом как проект. Общая цель исследований, проводимых в рамках проекта исследований и разработок в области производства фотоэлектрических систем, состоит в том, чтобы помочь американским компаниям в области солнечной энергетики сохранить сильные рыночные позиции путем исследования способов снижения затрат для 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 производства фотоэлектрических элементов включают разработку производственного процесса, который увеличивает производство кремниевых солнечных модулей на 8% без увеличения затрат, и разработку нового процесса покрытия бором, который снижает затраты на солнечную энергию по сравнению с традиционными процессами.

Тестирование

NREL может предоставить тестирование и оценку для фотоэлектрической промышленности с помощью внутренних, наружных и полевых испытательных комплексов. NREL может предоставить испытания на долговременную производительность, надежность и отказ компонентов фотоэлектрических систем. NREL также имеет возможности ускоренного тестирования как фотоэлементов, так и компонентов системы, чтобы выявить области потенциальной долгосрочной деградации и отказов. Группа производительности фотоэлектрических устройств в NREL может измерять производительность фотоэлементов и модулей по отношению к стандартному или индивидуальному набору эталонов. Это позволяет NREL служить независимым средством проверки производительности устройства. NREL позволяет участникам отрасли тестировать и оценивать потенциальные продукты в надежде, что это приведет к созданию более рентабельных и надежных технологий. Общая цель - помочь повысить надежность в фотоэлектрической отрасли.

Развертывание

NREL также стремится повысить осведомленность общественности о фотоэлектрических технологиях с помощью своих услуг по развертыванию. NREL предоставляет ряд технических и нетехнических публикаций, призванных помочь повысить осведомленность потребителей и понимание солнечных фотоэлектрических систем. Ученые NREL исследуют энергетические рынки и способы развития рынка солнечной энергии. Они также проводят исследования и пропаганду в области фотоэлектрических систем, интегрированных в здания . NREL также является активным организатором и спонсором программы DOE Solar Decathlon .

NREL предоставляет информацию о солнечной энергии, помимо научных статей об исследованиях, проводимых в лаборатории. Лаборатория предоставляет публикации по солнечным ресурсам 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, Колорадо.

В кампусе NREL в Голдене, штат Колорадо, есть несколько объектов, посвященных исследованиям фотоэлектрической энергии и биомассы. В недавно открытом научно-техническом центре проводятся исследования солнечных элементов, тонких пленок и наноструктур. Открытый испытательный центр NREL позволяет исследователям тестировать и оценивать фотоэлектрические технологии в различных условиях, как в помещении, так и на улице. Ученые NREL работают на открытом испытательном стенде над разработкой стандартов для тестирования фотоэлектрических технологий. На открытом испытательном стенде исследователи NREL калибруют первичные эталонные ячейки для использования в различных приложениях. Одним из основных зданий для исследований PV в NREL является Исследовательский центр солнечной энергии (SERF). Примеры исследований, проводимых в SERF, включают исследование полупроводниковых материалов, производство прототипов солнечных элементов, а также измерение и определение характеристик солнечных элементов и модулей. Кроме того, на крыше SERF можно разместить десять фотоэлектрических панелей для оценки и анализа работы коммерческих фотоэлектрических систем, интегрированных в здание. Кроме того, в SERF также проводятся исследования и разработки в области фотоэлектрических материалов и устройств, измерение и определение характеристик, тестирование надежности. В Лаборатории исследования солнечной радиации NREL занимается измерением солнечной радиации и метеорологических данных 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 для развития 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 аналитических услугах (ASA) и контрактные исследования «Работа для других» (WFO) для отраслевых партнеров DOE ».

Основное внимание в исследовании уделяется преобразованию биомассы в биотопливо / биохимические промежуточные продукты с помощью биохимических и термохимических процессов.

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

  • Прикладная наука
  • Катализ и термохимические науки и инженерные исследования и разработки
  • Исследования и разработки в области биохимических процессов
  • Анализ биопереработки

Некоторые из текущих проектов относятся к следующим направлениям:

  • Характеристики биомассы
  • Биохимическая конверсия
  • Термохимическая конверсия
  • Химическая и каталитическая наука
  • Комплексные процессы биопереработки
  • Биотопливо из микроводорослей
  • Анализ биомассы и устойчивости

Комплексный исследовательский центр биопереработки (IBRF) включает в себя несколько экспериментальных технологических линий для преобразования биомассы в различные жидкие виды топлива с производительностью 450–900 кг (0,5–1 тонна) сухой биомассы в день. Операции установки включают промывку и измельчение сырья, предварительную обработку, ферментативный гидролиз, ферментацию, дистилляцию и разделение твердой и жидкой фаз. Ядром установки для потребителей термохимических материалов (TCUF) является установка для разработки термохимических процессов (TCPDU) производительностью 0,5 метрической тонны в день, которая может работать как в режиме пиролиза, так и в режиме газификации.

Национальный центр ветроэнергетики

Основные исследовательские ветряные турбины в NREL

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

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

NWTC также является домом для Испытательного центра распределенных энергоресурсов NREL (DERTF). DERTF - это рабочая лаборатория для тестирования межсетевого взаимодействия и системной интеграции. Этот объект включает в себя технологии генерации, хранения и соединения, а также оборудование электроэнергетической системы, способное моделировать реальную электрическую систему.

Этот центр является первым предприятием в США с управляемой системой тестирования интерфейса сети, которая имеет возможности моделирования неисправностей и позволяет производителям и системным операторам проводить тесты, необходимые для сертификации, в контролируемой лабораторной среде. Это единственная система в мире, которая полностью интегрирована с двумя динамометрами и способна распространить эту интеграцию на турбины в полевых условиях и на матрицу электронных и механических запоминающих устройств, все из которых расположены в непосредственной близости на одном и том же сайт.

Исследования транспортных и водородных систем

Будучи единственной национальной лабораторией, на 100% посвященной возобновляемым источникам энергии и энергоэффективности, NREL сотрудничает с промышленностью, правительством и партнерами по исследованиям, чтобы создавать лучшие:

  • Электрические, гибридные, топливные элементы и традиционные автомобильные технологии
  • Биотопливо, водород, природный газ, пропан и топливо на основе нефти
  • Зарядно-заправочная инфраструктура.

Области транспортных исследований

  • Технологии коммерческого транспорта
  • Интеграция электросети электромобилей
  • Хранилище энергии
  • Производительность топлива
  • Силовая электроника и электрические машины
  • Инициатива устойчивой мобильности
  • Системный анализ и интеграция
  • Управление тепловым режимом автомобиля

Смотрите также

Примечания

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки