Кіріспе

АҚШ ұлттық лабораториясы

Тарих

1974 жылғы Күн энергиясын зерттеу, дамыту және демонстрациялау туралы заңмен Күн энергиясын зерттеу институты құрылды, ол 1977 жылы ашылды және MRIGlobal компаниясы басқарды. Джимми Картер әкімшілігі кезінде институттың қызметі күн энергиясын зерттеу мен дамытутан асып түсті, ол пассивті күн энергиясы сияқты бұрыннан бар технологиялар туралы білімді таратуға тырысты. Рональд Рейган әкімшілігі кезінде институттың бюджеті шамамен 90%-ға қысқартылды; көптеген қызметкерлер жұмыстан босатылды, ал институттың қызметі ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстармен шектелді. 1991 жылдың қыркүйегінде институт АҚШ Энергетика министрлігінің ұлттық зертханасы деп тағайындалды, ал президент Джордж Буш оның атын Ұлттық жаңаруға қабілетті энергия зертханасы деп өзгертті. Энергия мәселелеріне қызығушылықтың артуы зертхананың беделін жақсартты, бірақ қаржыландыру жылдар бойы ауытқып келді. 2011 жылы күтілетін конгресс бюджетінің жетіспеуі 100-150 қызметкерді қысқарту үшін ерікті сатып алу бағдарламасына әкелді, ал 2015 жылы бюджет қысқартулары қызметкерлерді жұмыстан босатуға және одан әрі сатып алуларға соқты. Мартин Келлер 2015 жылдың қарашасында NREL-дің тоғызыншы директоры болды және қазіргі уақытта зертхана директоры және оның операциялық мердігері Alliance for Sustainable Energy, LLC президенті қызметін атқарады. Ол 2015 жылдың қыркүйегінде 10 жыл қызмет еткеннен кейін зейнеткерлікке шыққан Дан Арвизудың орнын басты.

Энергетика департаментінің қаржыландыруы

2020 қаржы жылында Энергетика департаментіне бөлінген Конгресс қаражаты NREL үшін 464,3 миллион долларды құрады. Бұл жалпы сомаға оның жаңартылатын энергия технологиялары бағдарламаларына келесі сомалар кірді:

Күн энергиясы: 122,4 миллион доллар
Жел энергиясы: 30,0 миллион доллар
Биоэнергия: 56,3 миллион доллар
Сутегі және отын жасушалары: 17,6 миллион доллар
Геотермальдық энергия: 1,8 миллион доллар
Су энергиясы: 15,8 миллион доллар

Коммерциялық және технологияны беру

Ұлттық жаңартылатын энергия зертханасы (NREL) технологияны берумен айналысады, жеке сектордағы серіктестермен бірлесіп, жаңартылатын энергия және энергия үнемдеу технологияларындағы зерттеулерді практикалық қолдануға көмектеседі. Инновациялар мен технологияны берудегі үлкен еңбегі үшін NREL көптеген R&D 100 сыйлықтарын алды. Бұл сыйлықтар нарықта қолданылуы мүмкін ғылыми зерттеулердегі жетістіктерді мойындайды. Сонымен қатар, NREL сыртқы қолданушыларға арналған қолжетімділік бағдарламасын ұсынады. Бұл бағдарлама зертханадан тыс зерттеушілерге Энергия жүйелерін интеграциялау орталығын (ESIF) пайдалануға мүмкіндік береді, соның арқасында олар NREL қызметкерлерімен энергия технологияларын әзірлеу және бағалау бойынша ынтымақтастық жасай алады.

Фотоэлектрлік ұлттық орталығы

NREL-де жүргізілетін фотоэлектрлік (ФЭ) зерттеулердің мақсаты – "елдің табиғи жанар-жағармайдан өндірілген электр қуатына тәуелділігін азайту, осы қуатты жеткізу құнын төмендету және ФЭ модульдері мен жүйелерінің тиімділігін арттыру". NREL-дегі фотоэлектрлік зерттеулер Ұлттық фотоэлектрлік орталығының (NCPV) құрамында жүзеге асырылады. NCPV-нің басты міндеті – АҚШ Энергетика департаментінің (DOE) SunShot бағдарламасының күш-жігерін қолдау, бұл бағдарлама күн энергиясын басқа энергия көздерімен бәсекелесе алатын бағамен қолжетімді етуді мақсат етеді. NCPV өз зерттеулері мен мақсаттарын елдің әртүрлі аймақтарындағы зерттеушілермен, соның ішінде Кванттық энергия және тұрақты күн технологиялары (QESST) орталығымен және Сан-Франциско аймағының ФЭ консорциумымен үйлестіреді. NCPV көптеген университеттермен және өнеркәсіптік серіктестермен де ынтымақтастық етеді. NREL жыл сайын ондаған студентті күн энергиясы саласындағы ғылыми зерттеулерге қатысу үшін шақырады, бұл мақсатта "SUN UP" (Solar University National lab Ultra effective Program) бағдарламасы құрылған, ол университеттер мен зертхана арасындағы қарым-қатынасты жандандыруға көмектеседі. Зертхана ФЭ зерттеулері үшін көптеген ғылыми серіктестіктерді ұстап тұрады.

Ғылыми-зерттеу және даму

PV зерттеу және әзірлемелердің (ҒЗӘ) кейбір салаларына PV панельдерінің физикалық қасиеттері, PV-нің өнімділігі және сенімділігі, тораптардың құрылуы және фотоэлектрохимиялық материалдарды зерттеу кіреді. Осы зерттеулер арқылы NREL тиімділік және құн жағынан қазіргі технологиялардан басып өтуді және желіге қосылған PV жүйелері үшін электр энергиясын $0.06/кВт⋅сағ бағасымен өндірудің жалпы мақсатына жетуді үміттенеді. NREL өзінің PV ҒЗӘ бағдарламасының негізгі тіректері ретінде Жұқа пленкалық серіктестік және PV өндірісінің ҒЗӘ жобасын анықтайды. NREL-дегі Жұқа пленкалық серіктестік бағдарламасы жұқа пленкалы PV саласындағы түрлі тақырыптар бойынша өндірушілердің, ғалымдардың және NREL ғылым қызметкерлерінен құралған ұлттық зерттеу топтарын үйлестіреді. Жұқа пленкалық серіктестік бағдарламасының зерттеу салаларына аморфты кремний (aSi), мыс индий диселениді (CuInSe2 немесе CIGS) және кадмий теллуриді (CdTe), сондай-ақ модульдің сенімділігі кіреді. NREL-дің PV өндірісі бойынша ғылыми-зерттеу және дамыту жобасы – NREL мен жеке сектордағы күн энергиясын өндіруші компаниялар арасындағы үздіксіз серіктестік. Ол 1991 жылы Фотоэлектрлік өндіріс технологиясы (PVMaT) жобасы ретінде басталды және 2001 жылы жобаның табыстылығына байланысты кеңейтіліп, қайта аталды. PV өндірісінің ҒЗӘ жобасы аясында жүргізілетін зерттеулердің жалпы мақсаты – өндірушілер мен тұтынушылар үшін құн төмендету және өндіріс процесін жақсарту арқылы АҚШ-тың күн энергиясы компанияларының нарықтағы берік позициясын сақтауға көмектесу. Бұл жоба PV панельдерін өндіру құнын 50%-дан астамға төмендетуге септігін тигізді деп есептеледі. PV өндірісі бойынша ғылыми-зерттеу және даму жобасының жетістіктерінің мысалдарына шығындарды арттырмай, кремнийлі күн модульдерінің өндірісін 8%-ға арттыратын өндіріс процесін және дәстүрлі процестерге қарағанда күн энергиясының құнын төмендететін жаңа борлық жабын процесін әзірлеу кіреді. NREL-дің Фотоэлектрлік құрылғылардың өнімділігі тобы стандартты немесе бейімделген эталондық жиынмен салыстырғанда PV элементтері мен модульдерінің өнімділігін өлшеуге қабілетті. Бұл NREL-ге құрылғылардың жұмыс істеуін растау үшін тәуелсіз құрал ретінде қызмет етуге мүмкіндік береді. NREL өнеркәсіптік мүшелерге потенциалды өнімдерді сынауға және бағалауға мүмкіндік береді, оның нәтижесінде тиімді және сенімді технология пайда болады деп күтіледі. Жалпы мақсат – PV саласындағы сенімділікті арттыруға көмектесу.

Қатысу

NREL сонымен қатар, іске қосу қызметтері арқылы халықты фотоэлектрлік технологиялар туралы хабардар етуге ұмтылады. NREL тұтынушылардың күн энергиясына қатысты білуін арттыру және түсінуіне көмектесу үшін бірқатар техникалық және техникалық емес жарияланымдар ұсынады. NREL ғалымдары энергия нарығын және күн энергиясы нарығын дамыту жолдарын зерттейді. Олар сонымен қатар ғимаратарға енгізілген фотоэлектрлік жүйелер саласында зерттеулер мен насихат жұмыстарын жүргізеді. NREL DOE-нің Күндік Декатонның белсенді ұйымдастырушысы және демеушісі болып табылады. NREL күн энергиясы туралы ақпаратты, зертханада жүргізілген ғылыми зерттеулердің нәтижелерінен тыс, кең ауқымда ұсынады. Зертхана күн ресурстары туралы жарияланымдар мен күн технологиясының түрлі қолданыстарына арналған нұсқаулықтарды, сондай-ақ күн ресурстарын модельдеуге арналған әртүрлі модельдер мен құралдарды ұсынады. Зертхана өзінің жаңартылатын ресурстар деректер орталығында күн ресурстарының көптеген деректер жиынтығын қолжетімді етеді.

Мекемелер

NREL-дің Колорадо штатындағы Голден кампусында фотоэлектрлік және биомасса зерттеулеріне арналған бірнеше объектілер орналасқан. Жақында ашылған Ғылым және технологиялық орталықта күн жасушалары, жұқа пленкалар және наноқұрылымдар бойынша зерттеулер жүргізіледі. NREL-дің Сыртқы сынақ алаңы зерттеушілерге PV технологияларын жабық және ашық жағдайларда әртүрлі параметрлерде сынауға және бағалауға мүмкіндік береді. NREL ғалымдары Сыртқы сынақ алаңында PV технологияларын сынау стандарттарын әзірлейді. NREL Сыртқы сынақ алаңында зерттеушілер әртүрлі қолданыстар үшін бастапқы эталондық жасушаларды калибрлейді. NREL-дегі фотоэлектрлік зерттеулерге арналған негізгі ғимараттардың бірі – Күн энергиясын зерттеу орталығы (SERF). SERF-те жүргізілетін зерттеулердің мысалдары: жартылай өткізгіш материалдарды зерттеу, күн жасушаларының прототиптерін жасау, күн жасушалары мен модульдерінің өнімділігін өлшеу және сипаттау. Бұдан өзге, SERF төбесінде коммерциялық ғимараттарға енгізілген PV жүйелерінің жұмысын бағалау және талдау үшін он PV панелі орналастырылған. Сонымен қатар, SERF-те PV материалдары мен құрылғыларын зерттеу және әзірлеу, өлшеу және сипаттау, сенімділікті тексеру бойынша ғылыми-зерттеу жұмыстары жүргізіледі.

Ұлттық жел технологиясы орталығы

NREL жел энергетикасына әсер ететін көптеген технологияларды жасады. Ұлттық жел технологиясы орталығы (NWTC) 20 патентке ие және жел турбиналарын модельдеуге арналған симуляциялық бағдарламалық қамтамасыз ету (FAST) сияқты бағдарламалық жасақтаманы құрады. NWTC NREL Flatirons кампусында орналасқан, ол Колорадо штатының Боулдер қаласының оңтүстігіндегі тауалды аймақта орналасқан. Кампусқа далалық сынақ алаңдары, сынақ зертханалары, өнеркәсіптік биік жұмыс аймақтары, машина жасау шеберханалары, электроника және құралдар зертханалары мен кеңселер кіреді. NWTC сонымен қатар NREL-дің таратылған энергия ресурстарын сынау орталығына (DERTF) да үй иесі. DERTF – өзара байланыс пен жүйелерді интеграциялауды сынауға арналған жұмыс істейтін зертхана. Бұл орталықта энергия өндіру, сақтау және өзара байланыс технологиялары, сондай-ақ нақты электр жүйесін модельдеуге қабілетті электр энергиясы жүйесінің жабдықтары бар. Орталық – АҚШ-тағы қателіктерді модельдеу мүмкіндіктеріне ие және өндірушілер мен жүйе операторларына сертификаттау үшін қажетті сынақтарды бақыланатын зертханалық ортада жүргізуге мүмкіндік беретін басқарылатын желілік интерфейс сынақ жүйесімен жабдықталған алғашқы орталық. Бұл әлемдегі екі динамик тізбегімен толық интеграцияланған жалғыз жүйе және осы интеграцияны далалық турбиналарға және электрондық және механикалық сақтау құрылғыларының матрицасына дейін кеңейтуге қабілетті, олардың барлығы бір-біріне жақын орналасқан.

Тұрақты көлік және мобильділік саласындағы зерттеулер

NREL жолаушылар мен жүк тасымалы үшін тұрақты мобильділік технологиялары мен стратегияларын дамытуды үдетіп, әлемдік деңгейдегі зерттеулер жүргізеді, көліктік секторды карбондандырудан тазартуға және климаттың өзгеруімен күресуге ерекше назар бөледі. Энергия тиімділігі және жаңартылатын энергияға толыққанды арналған жалғыз ұлттық зертхана ретінде NREL өнеркәсіптік серіктестеріне аккумуляторлық электр, сутектік жасушалар және басқа да баламалы отынмен жұмыс істейтін автомобильдерде, жолдан тыс және жол емес көлік құралдарында, соның ішінде авиация, теміржол және теңіз салаларындағы жаңа технологияларды қоса алғанда, инновациялық компоненттер, отын, инфрақұрылым және біріктірілген жүйелер құруға көмектеседі. NREL-дің біріктірілген модельдеу және талдау құралдары техникалық кедергілерді жеңуге және энергияны үнемдеуді және жолдағы тиімділікті максималдайтын, жаңа көлік технологияларын және жүйелерін дамытуды жеделдетуге мүмкіндік береді.