Laboratorio Nacional de Energías Renovables


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Coordenadas : 39 ° 44'26 "N 105 ° 09'21" W  /  39.740576 ° N 105.155855 ° W / 39,740576; -105.155855

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable ( NREL ) se especializa en la investigación y el desarrollo de energía renovable , eficiencia energética, integración de sistemas de energía y transporte sostenible. [2] NREL es un centro de investigación y desarrollo financiado por el gobierno federal patrocinado por el Departamento de Energía y operado por Alliance for Sustainable Energy, una empresa conjunta entre MRIGlobal y Battelle . [3] Ubicado en Golden, Colorado, NREL alberga el Centro Nacional de Energía Fotovoltaica, el Centro Nacional de Bioenergía y el Centro Nacional de Tecnología Eólica.

Historia

La Ley de Investigación, Desarrollo y Demostración de Energía Solar de 1974 [a] estableció el Instituto de Investigación de Energía Solar , que se inauguró en 1977 y fue operado por MRIGlobal . [4] [5] Bajo la administración de Jimmy Carter , sus actividades fueron más allá de la investigación y el desarrollo en energía solar, ya que trató de popularizar el conocimiento sobre tecnologías ya existentes, como la energía solar pasiva. Durante la administración de Ronald Reagan , el presupuesto del instituto se redujo en casi un 90%; muchos empleados fueron "reducidos en plantilla" y las actividades del instituto se redujeron a I + D. En septiembre de 1991, el instituto fue designado laboratorio nacional del Departamento de Energía de EE. UU. por el presidente George HW Bush y su nombre fue cambiado a Laboratorio Nacional de Energía Renovable.

El renovado interés en los problemas energéticos mejoró la posición del laboratorio, pero la financiación ha fluctuado a lo largo de los años. [6] En 2011, los déficits presupuestarios anticipados del Congreso llevaron a un programa de adquisiciones voluntarias de 100 a 150 reducciones de personal, [7] y en 2015 los recortes presupuestarios llevaron a despidos de personal y más adquisiciones. [8]

El Dr. Martin Keller se convirtió en el noveno director de NREL en noviembre de 2015, [9] y actualmente se desempeña como director del laboratorio y presidente de su contratista operativo, Alliance for Sustainable Energy, LLC. [10] Reemplazó a Dan Arvizu, quien se retiró en septiembre de 2015 después de 10 años en esos roles. [11]

Financiamiento del Departamento de Energía

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable proyecta que el costo nivelado de la energía eólica disminuirá aproximadamente un 25% entre 2012 y 2030. [12]

En el año fiscal 2020, las asignaciones del Congreso para el Departamento de Energía contenían $ 464,3 millones para NREL. Este total incluía las siguientes cantidades para sus programas de tecnología de energía renovable: [13]

  • Energía solar : 122,4 millones de dólares
  • Energía eólica : $ 30.0 millones
  • Bioenergía : $ 56,3 millones
  • Hidrógeno y pilas de combustible : 17,6 millones de dólares
  • Geotermia : $ 1.8 millones
  • Energía hidráulica : $ 15,8 millones

Comercialización y transferencia de tecnología

NREL trabaja en estrecha colaboración con varios socios privados para transferir desarrollos tecnológicos en energías renovables y tecnologías de eficiencia energética al mercado y al ámbito social. [14]

Las tecnologías de NREL han sido reconocidas con 61 premios R&D 100. La ingeniería y la ciencia detrás de estos éxitos y premios de transferencia de tecnología demuestran el compromiso de NREL con un futuro de energía sostenible. [15] La idea de transferencia de tecnología se agregó a la misión de NREL como un medio para mejorar el impacto comercial y el beneficio social, justificando en última instancia el uso de dólares de impuestos para financiar en parte los proyectos en el laboratorio. [dieciséis]

Dado que muchas de estas tecnologías son jóvenes y, a menudo, recién emergen, NREL tiene como objetivo reducir el riesgo de la inversión del sector privado y la adopción de sus desarrollos. [14] Tres piezas clave de la legislación federal establecieron el marco de políticas para promulgar la transferencia de tecnología: la Ley de Innovación Tecnológica Stevenson-Wydler de 1980, la Ley Bayh-Dole o la Ley de Procedimientos de Patentes de Universidades y Pequeñas Empresas de 1980 y la Ley Federal de Transferencia de Tecnología Ley de 1986. [16]

En última instancia, muchas de las tecnologías implementadas ayudan a mitigar la dependencia del petróleo de los Estados Unidos, reducir las emisiones de carbono del uso de combustibles fósiles y mantener la competitividad de la industria estadounidense. La implementación de tecnologías se logra mediante el desarrollo de asociaciones tecnológicas con la industria privada. NREL sirve como una plataforma de investigación de riesgo reducido y, a través de asociaciones, esos avances pueden traducirse efectivamente en el servicio de los intereses tanto del sector privado como del sector público. Los objetivos energéticos establecidos por el DOE están a la vanguardia de la investigación realizada en el laboratorio, y la investigación refleja los objetivos energéticos, que están diseñados con el interés de la "competitividad de la industria estadounidense" en mente. [14]El desafío para lograr estos objetivos es la seguridad de la inversión. [17]

Parte del proceso de transferencia de tecnología es formar asociaciones que no solo se centren en la seguridad financiera, sino que también consideren a los socios que han demostrado valores fundamentales que reflejan la integridad para gestionar la introducción y asimilación de los desarrollos tecnológicos. NREL se enfoca en los valores centrales de la entidad asociada, la voluntad de establecer y cumplir metas oportunas, la dedicación a la transparencia y la intención recíproca de un mayor desarrollo. [14] En virtud de estos acuerdos de asociación, NREL no financia proyectos realizados por sus socios privados. NREL ofrece oportunidades de financiamiento a través de sus contratos colocados de manera competitiva. Para formar un Acuerdo de Asociación Tecnológica con NREL, hay esencialmente siete pasos: [17]

  1. Discutir la propuesta de proyecto con el contacto técnico apropiado de NREL
  2. Determinar si el proyecto cumple con las calificaciones
  3. Desarrollar una declaración de trabajo
  4. Revisar y / o negociar
  5. Firmar acuerdo
  6. Envía fondos y empieza a trabajar
  7. Gestionar compromiso [17]

Se estima que el proceso requiere 45 días hábiles, sujeto a negociaciones. Los acuerdos de asociación tecnológica proporcionan solo los servicios técnicos de NREL. [17]

NREL también tiene un programa de acceso de usuarios que permite a los investigadores externos utilizar Energy Systems Integration Facility (ESIF) y confiar en su personal de científicos e ingenieros para desarrollar y evaluar tecnologías energéticas. [18]

Existen varias otras formas para que las universidades y la industria trabajen con NREL, incluido un Acuerdo de Investigación y Desarrollo Cooperativo (CRADA), un Acuerdo de Financiamiento (FIA) y un Acuerdo de Servicios Técnicos (TSA). [19]

Acuerdo de investigación y desarrollo cooperativo

Un Acuerdo de Investigación y Desarrollo Cooperativo (CRADA) es una asociación entre NREL y una empresa externa. Este tipo de acuerdo protege la propiedad intelectual tanto de NREL como de la empresa externa, y permite a la empresa inversora negociar una licencia exclusiva de campo de uso para cualquier invención que surja del CRADA. [17]

Un CRADA entre NREL y DuPont ayudó a la compañía química a desarrollar dos tecnologías clave para procesar etanol celulósico y condujo a la apertura de una refinería de 30 millones de galones en Iowa en 2015. [20]

Acuerdos de proyectos de asociación estratégica

NREL ofrece servicios técnicos a los socios que requieren recursos que no están disponibles para ellos a través de un acuerdo de Proyectos de Asociación Estratégica, que anteriormente se conocía como un acuerdo de Trabajo para Otros. Este acuerdo se diferencia de un CRADA en que no tienen el propósito de realizar una investigación conjunta. El socio cubre el costo total del proyecto. [17] Hay tres tipos de acuerdos de proyectos de asociación estratégica:

  1. Acuerdo interinstitucional-Gobierno: una asociación formada entre el DOE y una segunda agencia federal de EE. UU. La agencia externa financia el proyecto directamente. [17]
  2. Acuerdo de financiamiento (FIA): una entidad no federal financia el proyecto y la investigación realizada por NREL. En algunas ocasiones, el socio puede obtener la titularidad de las invenciones. [17]
  3. Acuerdo de servicios técnicos (TSA): una entidad no federal paga a NREL por los servicios relacionados con un problema analítico. NREL proporciona consultas y asistencia técnica básica. [17]

Licencia de tecnología

NREL ofrece licencias para muchas de sus tecnologías relacionadas con la eficiencia energética y el desarrollo de energías renovables. La licencia de la propiedad intelectual de NREL está disponible para empresas de cualquier tamaño, desde la puesta en marcha hasta Fortune 500 . Las tecnologías disponibles se clasifican en las categorías de: sistemas de conversión y suministro de electricidad renovable, formulación y suministro de combustibles renovables, sistemas de energía eficientes e integrados y análisis de energía estratégica. "Las tecnologías desarrolladas por NREL incluyen vehículos y combustibles, ciencias básicas, biomasa, energía solar de concentración, sistemas de infraestructura eléctrica, geotermia, hidrógeno y celdas de combustible, energía fotovoltaica y eólica". [21]

NREL tiene una lista de 150 resúmenes de mercado disponibles para licenciamiento, y la lista incluye información sobre las descripciones de las tecnologías, sus beneficios, aplicaciones potenciales y su etapa actual de desarrollo. [21]

Centro Nacional de Energía Fotovoltaica

Los objetivos de la investigación de energía fotovoltaica (PV) realizada en NREL son disminuir "la dependencia de la nación de la electricidad generada con combustibles fósiles reduciendo el costo de la electricidad entregada y mejorando la eficiencia de los módulos y sistemas fotovoltaicos ". [22]

La investigación fotovoltaica en NREL se realiza bajo el Centro Nacional de Energía Fotovoltaica (NCPV). Una misión principal del NCPV es apoyar los esfuerzos en curso de la Iniciativa SunShot del DOE, que quiere aumentar la disponibilidad de energía solar a un costo competitivo con otras fuentes de energía. El NCPV coordina su investigación y sus objetivos con investigadores de todo el país, incluido el Centro de Energía Cuántica y Tecnologías Solares Sostenibles (QESST) y el Consorcio PV del Área de la Bahía. La NCPV también se asocia con muchas universidades y otros socios de la industria. NREL atrae a docenas de estudiantes anualmente a través del Programa Ultraeficaz de Laboratorio Nacional de la Universidad Solar (SUN UP), que fue creado para facilitar las interacciones existentes y nuevas entre las universidades y el laboratorio. [23]

El laboratorio mantiene una serie de asociaciones de investigación para la investigación fotovoltaica. [24]

Investigación y desarrollo

Algunas de las áreas de I + D fotovoltaica incluyen las propiedades físicas de los paneles fotovoltaicos, el rendimiento y la fiabilidad de la fotovoltaica, la formación de uniones y la investigación de materiales fotoelectroquímicos. [25]

A través de esta investigación, NREL espera superar las actuales tecnologías en eficiencia y competitividad de costes y alcanzar el objetivo general de la generación de electricidad a $ 0.06 / kWh para la red de sistemas fotovoltaicos -amarradas.

NREL identifica las siguientes como piedras angulares de su programa de I + D fotovoltaico: la Asociación de película fina y el Proyecto de I + D de fabricación fotovoltaica. [26]

El Programa de Asociación de Película Delgada de NREL coordina equipos de investigación nacionales de fabricantes, académicos y científicos de NREL en una variedad de temas relacionados con la fotovoltaica de película delgada. Las áreas de investigación del Programa de Asociación de Película Delgada incluyen silicio amorfo (a-Si), diselenuro de cobre e indio (CuInSe2 o CIGS) y telururo de cadmio (CdTe), y la confiabilidad del módulo. [27]

El proyecto de investigación y desarrollo de fabricación fotovoltaica de NREL es una asociación en curso entre NREL y las empresas de fabricación solar del sector privado. Comenzó en 1991 como el proyecto de Tecnología de Fabricación Fotovoltaica (PVMaT) y fue ampliado y rebautizado en 2001 debido a su éxito como proyecto. El objetivo general de la investigación realizada en el marco del Proyecto de I + D de fabricación fotovoltaica es ayudar a mantener una posición sólida en el mercado para las empresas solares de EE. UU. Investigando formas de reducir los costos para los fabricantes y clientes y mejorar el proceso de fabricación. Se estima que el proyecto ha ayudado a reducir el costo de fabricación de los paneles fotovoltaicos en más del 50%. [28]

Algunos ejemplos de logros en el marco del Proyecto de investigación y desarrollo de fabricación fotovoltaica incluyen el desarrollo de un proceso de fabricación que aumenta la producción de módulos solares de silicio en un 8% sin aumentar los costos y el desarrollo de un nuevo proceso de recubrimiento de boro que reduce los costos solares en comparación con los procesos tradicionales. [28]

Pruebas

NREL es capaz de proporcionar pruebas y evaluación a la industria fotovoltaica con instalaciones de prueba en interiores, exteriores y de campo. NREL puede proporcionar pruebas de rendimiento a largo plazo, confiabilidad y fallas de componentes para sistemas fotovoltaicos. NREL también ha acelerado las capacidades de prueba tanto de las células fotovoltaicas como de los componentes del sistema para identificar áreas de posible degradación y falla a largo plazo. [29]El grupo de rendimiento de dispositivos fotovoltaicos de NREL puede medir el rendimiento de las células y módulos fotovoltaicos con respecto a un conjunto de referencia estándar o personalizado. Esto permite que NREL funcione como una instalación independiente para verificar el rendimiento del dispositivo. NREL permite a los miembros de la industria probar y evaluar productos potenciales, con la esperanza de que conduzca a una tecnología más rentable y confiable. El objetivo general es ayudar a mejorar la confiabilidad en la industria fotovoltaica. [30]

Despliegue

NREL también busca aumentar la conciencia pública sobre las tecnologías fotovoltaicas a través de sus servicios de implementación. NREL proporciona una serie de publicaciones técnicas y no técnicas destinadas a ayudar a aumentar la conciencia y la comprensión de los consumidores sobre la energía solar fotovoltaica. Los científicos de NREL investigan los mercados energéticos y cómo desarrollar el mercado de la energía solar. También realizan investigación y divulgación en el área de energía fotovoltaica integrada en edificios . NREL también es un organizador y patrocinador activo en el Solar Decathlon del DOE . [31]

NREL proporciona información sobre la energía solar, más allá de los trabajos científicos sobre investigaciones realizadas en el laboratorio. El laboratorio proporciona publicaciones sobre recursos solares y manuales sobre diferentes aplicaciones de la tecnología solar, así como una serie de diferentes modelos y herramientas de recursos solares. El laboratorio también pone a disposición varios conjuntos de datos de recursos solares diferentes en su Centro de datos de recursos renovables. [32]

Instalaciones

La instalación de integración de sistemas de energía en Golden, Colorado.

NREL's Golden, ColoradoEl campus alberga varias instalaciones dedicadas a la investigación de la energía fotovoltaica y la biomasa. En la Instalación de Ciencia y Tecnología, recientemente inaugurada, se realizan investigaciones sobre células solares, películas delgadas y nanoestructuras. La instalación de prueba al aire libre de NREL permite a los investigadores probar y evaluar tecnologías fotovoltaicas en una variedad de condiciones, tanto en interiores como en exteriores. Los científicos de NREL trabajan en Outdoor Test Facility para desarrollar estándares para probar tecnologías fotovoltaicas. En las instalaciones de prueba al aire libre, los investigadores de NREL calibran las celdas de referencia primarias para su uso en una variedad de aplicaciones. Uno de los principales edificios para la investigación fotovoltaica en NREL es la Instalación de Investigación de Energía Solar (SERF). Ejemplos de investigación realizada en el SERF incluyen investigación de materiales semiconductores, producción de prototipos de células solares,y medición y caracterización del rendimiento de módulos y células solares. Además, el techo del SERF puede albergar diez paneles fotovoltaicos para evaluar y analizar el rendimiento de los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios comerciales. Además, en el SERF también se realizan I + D en materiales y dispositivos fotovoltaicos, medición y caracterización, y pruebas de confiabilidad.[33] En el Laboratorio de Investigación de Radiación Solar, NREL ha estado midiendo la radiación solar y los datos meteorológicos desde 1984. [33]

Centro Nacional de Bioenergía

El Centro Nacional de Bioenergía (NBC) se estableció en octubre de 2000. "El Centro Nacional de Bioenergía está compuesto por cuatro grupos técnicos y un líder técnico para el desarrollo de asociaciones con la industria. El desarrollo de asociaciones incluye el trabajo realizado en NREL bajo acuerdos de investigación y desarrollo cooperativos (CRADA) , Acuerdos de servicio técnico (TSA), Acuerdos de servicio analítico (ASA) e Investigación de contratos de Trabajo para otros (WFO) para los socios de la industria del DOE ". [34]

El objetivo principal de la investigación es convertir la biomasa en biocombustibles / intermedios bioquímicos a través de procesos bioquímicos y termoquímicos.

El Centro Nacional de Bioenergía se divide actualmente en determinadas áreas de investigación y tecnología: [35]

  • Ciencia aplicada
  • I + D + i en Catálisis y Ciencias Termoquímicas e Ingeniería
  • I + D de procesos bioquímicos
  • Análisis de biorrefinería

Algunos de los proyectos actuales se encuentran en las siguientes áreas:

  • Características de la biomasa
  • Conversión bioquímica
  • Conversión termoquímica
  • Ciencia química y catalizadora
  • Procesos integrados de biorrefinería
  • Biocombustibles de microalgas
  • Proceso de biomasa y análisis de sostenibilidad.

La Instalación de Investigación de Biorefinería Integrada (IBRF) alberga múltiples trenes de procesos a escala piloto para convertir biomasa en varios combustibles líquidos a una tasa de 450 a 900 kg (0,5 a 1 tonelada) por día de biomasa seca. Las operaciones unitarias incluyen lavado y molienda de materia prima, pretratamiento, hidrólisis enzimática, fermentación, destilación y separación sólido-líquido. El corazón de la Instalación de usuarios termoquímicos (TCUF) es la Unidad de desarrollo de procesos termoquímicos (TCPDU) de 0,5 toneladas métricas por día, que puede funcionar en modo de pirólisis o gasificación. [36]

Centro Nacional de Tecnología Eólica

Las principales turbinas eólicas de investigación en NREL

NREL ha producido muchas tecnologías que impactan en la industria eólica a nivel mundial. El Centro Nacional de Tecnología Eólica (NWTC) alberga 20 patentes y ha creado software como (FAST), software de simulación que se utiliza para modelar turbinas eólicas. [37]

El NWTC está ubicado en el campus Flatirons de NREL, que se encuentra en la base de las colinas al sur de Boulder , Colorado. El campus comprende sitios de prueba de campo, laboratorios de prueba, áreas de trabajo industriales de gran altura, talleres de maquinaria, laboratorios de electrónica e instrumentación y áreas de oficinas.

El NWTC también alberga la instalación de prueba de recursos energéticos distribuidos de NREL (DERTF). El DERTF es un laboratorio de trabajo para pruebas de interconexión e integración de sistemas. Esta instalación incluye tecnologías de generación, almacenamiento e interconexión, así como equipos de sistemas de energía eléctrica capaces de simular un sistema eléctrico del mundo real. [38]

El centro es la primera instalación en los Estados Unidos con un sistema de prueba de interfaz de red controlable que tiene capacidades de simulación de fallas y permite a los fabricantes y operadores del sistema realizar las pruebas necesarias para la certificación en un entorno de laboratorio controlado. [39] Es el único sistema en el mundo que está completamente integrado con dos dinamómetros y tiene la capacidad de extender esa integración a turbinas en el campo y a una matriz de dispositivos de almacenamiento electrónicos y mecánicos, todos los cuales están ubicados muy cerca. en el mismo sitio.

Investigación en sistemas de transporte y de hidrógeno

Como el único laboratorio nacional dedicado al 100% a la energía renovable y la eficiencia energética, NREL colabora con la industria, el gobierno y los socios de investigación para crear mejores:

  • Tecnologías de vehículos eléctricos, híbridos, de pila de combustible y convencionales
  • Biocombustibles, hidrógeno, gas natural, propano y combustibles derivados del petróleo
  • Infraestructura de carga y repostaje.

Áreas de investigación del transporte

  • Tecnologías de vehículos comerciales
  • Integración de la red de vehículos eléctricos
  • Almacen de energia
  • Rendimiento de combustibles
  • Electrónica de potencia y máquinas eléctricas
  • Iniciativa de movilidad sostenible
  • Análisis e integración de sistemas
  • Gestión térmica del vehículo

Ver también

  • Lista de organizaciones de energía renovable
  • Energía renovable
  • Comercialización de energías renovables en Estados Unidos
  • Modelo simple de la transferencia radiativa atmosférica de la luz solar (SMARTS), software publicado por NREL

Notas

  1. ^ Pub.L.  93–473

Referencias

  1. ^ a b "Acerca de NREL" . Laboratorio Nacional de Energías Renovables . Consultado el 21 de enero de 2021 .
  2. ^ "Misión y programas" . Laboratorio Nacional de Energías Renovables . Consultado el 21 de enero de 2021 .
  3. ^ Adams, Kimberly (7 de julio de 2020). ¿Qué son los centros de investigación y desarrollo financiados con fondos federales? (Reporte). Laboratorio Nacional de Energías Renovables. Oficina de Información Científica y Técnica, Departamento de Energía de EE. UU . Consultado el 21 de enero de 2021 .
  4. ^ "Laboratorio nacional de energías renovables: 25 años de excelencia en investigación (1977-2002)" (PDF) . Laboratorio Nacional de Energías Renovables. Julio de 2002 . Consultado el 21 de enero de 2021 .
  5. ^ "Laboratorio Nacional de Energías Renovables" . MRIGlobal . Consultado el 21 de enero de 2021 .
  6. ^ "Historial de financiación" . Laboratorio Nacional de Energías Renovables . Archivado desde el original el 23 de junio de 2018 . Consultado el 27 de junio de 2017 .
  7. ^ Plunkett, Chuck (3 de octubre de 2011). "Laboratorio Nacional de Energías Renovables en Golden para cortar 100-150 puestos de trabajo mediante adquisiciones" . Denver Post . Consultado el 21 de enero de 2021 .
  8. ^ Wallace, Alicia (7 de octubre de 2017). "NREL recorta el cuatro por ciento de la fuerza laboral, despide a los investigadores solares" . Denver Post . Consultado el 27 de junio de 2017 .
  9. ^ "Dr. Martin Keller nombrado Director del Laboratorio Nacional de Energía Renovable" . Laboratorio Nacional de Energías Renovables . Consultado el 27 de junio de 2017 .
  10. ^ "Dr. Martin Keller - Director de laboratorio" . Consultado el 30 de enero de 2017 .
  11. ^ Storum, Doug (20 de marzo de 2015). "El director de NREL, Dan Arvizu, se jubilará en septiembre" . BizWest . Consultado el 28 de junio de 2017 .
  12. ^ E. Lantz, M. Hand y R. Wiser (13-17 de mayo de 2012) "El costo pasado y futuro de la energía eólica", documento de conferencia del Laboratorio Nacional de Energía Renovable no. 6A20-54526, página 4
  13. ^ "Solicitud de presupuesto del Congreso para el año fiscal 2021: Tablas de laboratorio (preliminar)" (PDF) . Oficina del Director Financiero, Departamento de Energía de EE. UU . Febrero de 2020.
  14. ^ a b c d "Comercialización de NREL y transferencia de tecnología" . Acerca de la transferencia de tecnología . NREL . Consultado el 22 de marzo de 2011 .
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  35. ^ Proyectos de investigación, desarrollo y despliegue de biomasa de NREL
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  38. ^ Instalación de prueba de recursos energéticos distribuidos
  39. ^ Sistema de prueba de interfaz de red controlable NREL

Otras lecturas

  • Turner, John A. (30 de julio de 1999). "Un futuro de energía renovable realizable" . Ciencia . 285 (5428): 687–689. doi : 10.1126 / science.285.5428.687 . PMID  10426982 . Consultado el 21 de enero de 2021 .

enlaces externos

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