Введение

Национальная лаборатория Соединенных Штатов Америки.

История

Закон об исследованиях, разработке и демонстрации солнечной энергии 1974 года учредил Институт исследований солнечной энергии, который открылся в 1977 году и находился под управлением MRIGlobal. При администрации Джимми Картера его деятельность расширилась за пределы исследований и разработок в области солнечной энергетики, поскольку он стремился популяризировать знания об уже существующих технологиях, таких как пассивная солнечная энергетика. Во время администрации Рональда Рейгана бюджет института был сокращен почти на 90%; многие сотрудники были уволены в связи с сокращением штата, а деятельность института была сведена к НИОКР. В сентябре 1991 года президент Джордж Буш-старший присвоил институту статус национальной лаборатории Министерства энергетики США, и его название было изменено на Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии. Возросший интерес к энергетическим проблемам укрепил позиции лаборатории, однако финансирование оставалось нестабильным на протяжении многих лет. В 2011 году ожидаемый дефицит бюджета Конгресса привел к программе добровольного увольнения для сокращения штата на 100–150 человек, а в 2015 году сокращение бюджета привело к увольнениям и дальнейшим программам увольнения по соглашению сторон. Мартин Келлер стал девятым директором NREL в ноябре 2015 года и в настоящее время занимает должность директора лаборатории и президента ее оператора, Alliance for Sustainable Energy, LLC. Он сменил Дэна Арвизу, который ушел в отставку в сентябре 2015 года после 10 лет работы в этих должностях.

Финансирование Департамента энергетики

В 2020 финансовом году ассигнования Конгресса США для Министерства энергетики включали 464,3 млн долларов на NREL. Эта общая сумма включала следующие средства для программ по технологиям возобновляемой энергетики:

Солнечная энергетика: 122,4 млн долларов
Ветроэнергетика: 30,0 млн долларов
Биоэнергетика: 56,3 млн долларов
Водородная энергетика и топливные элементы: 17,6 млн долларов
Геотермальная энергетика: 1,8 млн долларов
Гидроэнергетика: 15,8 млн долларов

Коммерциализация и передача технологий

Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) осуществляет передачу технологий, сотрудничая с партнерами из частного сектора для содействия применению результатов исследований в области возобновляемой энергии и энергоэффективных технологий на практике. В знак признания достижений в области инноваций и передачи технологий, NREL удостоена многочисленных премий R&D 100. Эти премии отмечают прорывы в научных исследованиях, имеющих потенциал коммерческого использования. Кроме того, NREL предоставляет программу внешнего доступа для пользователей, позволяющую исследователям из других организаций использовать возможности Энергетического центра системной интеграции (ESIF) и сотрудничать с сотрудниками NREL в разработке и оценке энергетических технологий.

Национальный центр фотоэлектрики

Целью исследований в области фотоэлектричества (ФЭ), проводимых в NREL, является снижение "зависимости страны от электроэнергии, производимой из ископаемого топлива, путем снижения стоимости электроэнергии для потребителя и повышения эффективности фотоэлектрических модулей и систем". Фотоэлектрические исследования в NREL проводятся в рамках Национального центра фотоэлектрики (NCPV). Основная задача NCPV – поддержка текущих усилий инициативы SunShot Министерства энергетики США, направленной на увеличение доступности солнечной энергии по цене, конкурентоспособной с другими источниками энергии. NCPV координирует свои исследования и цели с исследователями по всей стране, включая Центр квантовой энергии и устойчивых солнечных технологий (QESST) и Консорциум Bay Area PV. NCPV также сотрудничает со многими университетами и другими промышленными партнерами. NREL ежегодно привлекает десятки студентов к участию в программе SUN UP (Solar University National lab Ultra effective Program), созданной для содействия существующему и новому взаимодействию между университетами и лабораторией. Лаборатория поддерживает ряд исследовательских партнерств в области фотоэлектрической энергетики.

Исследования и разработки

Некоторые из областей исследований и разработок в области фотовольтаики включают физические свойства фотоэлектрических панелей, производительность и надежность фотоэлектрических установок, формирование p-n переходов и исследования фотоэлектрохимических материалов. Благодаря этим исследованиям NREL надеется превзойти существующие технологии по эффективности и конкурентоспособности по стоимости и достичь общей цели – генерации электроэнергии по цене 0,06 долл./кВт·ч для сетевых фотоэлектрических систем. NREL определяет следующие направления как ключевые в своей программе НИОКР в области фотовольтаики: Партнерство по тонким пленкам и Проект НИОКР в области производства фотоэлектрических элементов. Программа Партнерства по тонким пленкам в NREL координирует работу национальных исследовательских групп, состоящих из производителей, ученых и специалистов NREL, по различным вопросам, связанным с тонкопленочной фотовольтаикой. Области исследований в рамках Программы Партнерства по тонким пленкам включают аморфный кремний (a-Si), медно-индиевый диселенид (CuInSe2 или CIGS) и теллурид кадмия (CdTe), а также надежность модулей. Проект NREL по исследованиям и разработке в области производства фотоэлектрических элементов – это продолжающееся партнерство между NREL и частными компаниями, производящими солнечную энергию. Он был начат в 1991 году как проект «Технология производства фотоэлектрических элементов» (PVMaT) и расширен и переименован в 2001 году благодаря своим успехам. Основная цель исследований, проводимых в рамках Проекта НИОКР в области производства фотоэлектрических элементов, – помочь американским компаниям, работающим в сфере солнечной энергетики, сохранить прочные позиции на рынке, изучая способы снижения затрат для производителей и потребителей и совершенствуя производственный процесс. По оценкам, благодаря этому проекту удалось снизить производственные затраты на фотоэлектрические панели более чем на 50%. Примеры достижений в рамках Проекта НИОКР в области производства фотоэлектрических элементов включают разработку производственного процесса, который увеличивает выпуск кремниевых солнечных модулей на 8% без увеличения затрат, а также разработку нового процесса нанесения бора, который снижает стоимость солнечной энергии по сравнению с традиционными методами. Группа оценки производительности фотоэлектрических устройств NREL может измерять производительность фотоэлементов и модулей относительно стандартного или индивидуального эталонного набора. Это позволяет NREL выступать в качестве независимой лаборатории для проверки характеристик устройств. NREL предоставляет участникам отрасли возможность тестировать и оценивать перспективные продукты, надеясь, что это приведет к созданию более экономически эффективных и надежных технологий. Общая цель – способствовать повышению надежности в фотоэлектрической промышленности.

Развертывание

NREL также стремится повысить осведомленность общественности о фотоэлектрических технологиях посредством своих услуг по внедрению. NREL предоставляет ряд технических и нетехнических публикаций, предназначенных для повышения осведомленности и понимания потребителями солнечной фотоэлектрической энергии. Ученые NREL проводят исследования энергетических рынков и способов развития рынка солнечной энергетики. Они также проводят исследования и просветительскую работу в области интеграции фотоэлектрических систем в здания. NREL является активным организатором и спонсором в Solar Decathlon, проводимом Министерством энергетики США. NREL предоставляет информацию о солнечной энергии, помимо научных публикаций о результатах исследований, проводимых в лаборатории. Лаборатория предоставляет публикации о солнечных ресурсах и руководства по различным областям применения солнечных технологий, а также ряд моделей и инструментов для оценки солнечных ресурсов. Лаборатория также предоставляет различные наборы данных о солнечных ресурсах в своем Центре данных о возобновляемых ресурсах.

Объекты

В кампусе NREL в городе Голден, штат Колорадо, расположены несколько объектов, предназначенных для исследований в области фотоэлектрической энергии и биомассы. В недавно открытом Научно-техническом здании проводятся исследования солнечных элементов, тонких плёнок и наноструктур. Открытая испытательная площадка NREL позволяет исследователям тестировать и оценивать фотоэлектрические технологии в широком диапазоне условий, как в помещении, так и на открытом воздухе. Ученые NREL работают на Открытой испытательной площадке для разработки стандартов тестирования фотоэлектрических технологий. На Открытой испытательной площадке исследователи NREL калибруют первичные эталонные ячейки для использования в различных приложениях. Одним из основных зданий для исследований в области фотоэлектрической энергии в NREL является Исследовательский центр солнечной энергии (SERF). Примеры исследований, проводимых в SERF, включают исследования полупроводниковых материалов, производство прототипов солнечных элементов, а также измерения и характеристику эффективности солнечных элементов и модулей. Кроме того, крыша SERF может быть оборудована десятью фотоэлектрическими панелями для оценки и анализа производительности коммерческих зданий, интегрированных с фотоэлектрическими системами. Помимо этого, в SERF также проводятся исследования и разработки в области фотоэлектрических материалов и устройств, измерения и характеристика, а также испытания на надежность.

Национальный центр ветровой технологии

NREL разработала множество технологий, оказывающих влияние на ветроэнергетическую отрасль в мировом масштабе. Национальный центр ветровых технологий (NWTC) является обладателем 20 патентов и разработал такое программное обеспечение, как (FAST) – программное обеспечение для моделирования, используемое для моделирования ветряных турбин. NWTC расположен на кампусе Флэт-Айронс NREL, у подножия предгорий к югу от Боулдера, штат Колорадо. Кампус включает в себя полигоны для испытаний, испытательные лаборатории, промышленные цеха, машиностроительные мастерские, лаборатории электроники и приборостроения, а также офисные помещения. В NWTC также располагается Испытательный центр распределенных энергетических ресурсов NREL (DERTF). DERTF – это действующая лаборатория для проведения испытаний по подключению к сети и системной интеграции. Эта установка включает в себя технологии генерации, хранения и подключения, а также оборудование для электроэнергетических систем, способное имитировать реальную электрическую сеть. Центр является первым в Соединенных Штатах объектом с управляемой системой испытаний сетевого интерфейса, обладающей возможностями моделирования аварийных ситуаций и позволяющей производителям и операторам систем проводить испытания, необходимые для сертификации, в контролируемой лабораторной среде. Это единственная в мире система, полностью интегрированная с двумя динамометрами и имеющая возможность расширить эту интеграцию на турбины, расположенные в полевых условиях, и на матрицу электронных и механических накопителей энергии, все из которых находятся в непосредственной близости друг от друга на одной площадке.

Исследования в области устойчивого транспорта и мобильности

NREL является пионером в проведении исследований мирового уровня, ускоряя разработку устойчивых технологий и стратегий мобильности для пассажирских и грузовых перевозок, с акцентом на декарбонизацию транспортного сектора и борьбу с изменением климата. Являясь единственной национальной лабораторией, полностью посвященной вопросам энергоэффективности и возобновляемой энергии, NREL помогает своим партнерам из промышленности создавать инновационные компоненты, виды топлива, инфраструктуру и интегрированные системы для транспортных средств с аккумуляторными батареями, топливными элементами и другими видами альтернативного топлива – для использования на дорогах, вне дорог и в областях, не связанных с дорожным транспортом, включая перспективные технологии для авиации, железнодорожного транспорта и морских применений. Интегрированные инструменты моделирования и анализа, разработанные в NREL, помогают преодолевать технические препятствия и ускоряют разработку передовых транспортных технологий и систем, обеспечивающих максимальную экономию энергии и эффективность на дорогах.