El Laboratorio Nacional de Energías Renovables ( NREL ) de EE. UU. se especializa en la investigación y el desarrollo de energías renovables , eficiencia energética , integración de sistemas energéticos y transporte sostenible. [2] NREL es un centro de investigación y desarrollo financiado con fondos federales, patrocinado por el Departamento de Energía y operado por la Alianza para la Energía Sostenible, una empresa conjunta entre MRIGlobal y Battelle . [3] Ubicado en Golden, Colorado , NREL es el hogar del Centro Nacional de Energía Fotovoltaica, el Centro Nacional de Bioenergía y el Centro Nacional de Tecnología Eólica.
La Ley de Investigación, Desarrollo y Demostración de Energía Solar de 1974 [a] estableció el Instituto de Investigación de Energía Solar, que abrió sus puertas 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 intentó popularizar el conocimiento sobre tecnologías ya existentes, como la 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 Estados Unidos por el presidente George HW Bush, y su nombre fue cambiado a Laboratorio Nacional de Energía Renovable.
El renovado interés por 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 previstos por el Congreso llevaron a un programa de compra voluntaria para reducciones de personal de 100 a 150, [7] y en 2015 los recortes presupuestarios provocaron despidos de personal y nuevas adquisiciones. [8]
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] Sucedió a Dan Arvizu , quien se retiró en septiembre de 2015 después de 10 años en esos roles. [11]
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]
NREL trabaja con 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 idea de la transferencia de tecnología se agregó a la misión del NREL como un medio para mejorar el impacto comercial y el beneficio social, lo que en última instancia justifica el uso del dinero de los impuestos para financiar en parte los proyectos en el laboratorio. [15]
Como muchas de estas tecnologías son jóvenes y, a menudo, recién emergentes, 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 político para implementar la transferencia de tecnología: la Ley de Innovación Tecnológica Stevenson-Wydler de 1980, la Ley Bayh-Dole o Ley de Procedimientos de Patentes para Universidades y Pequeñas Empresas de 1980, y la Ley Federal de Transferencia de Tecnología. Ley de 1986. [15]
En última instancia, muchas de las tecnologías implementadas ayudan a mitigar la dependencia del petróleo de Estados Unidos, reducir las emisiones de carbono derivadas del uso de combustibles fósiles y mantener la competitividad de la industria estadounidense. El despliegue 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 al 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 teniendo en cuenta el interés de la "competitividad de la industria estadounidense". [14] El desafío para lograr estos objetivos es la seguridad de las inversiones. [dieciséis]
Parte del proceso de transferencia de tecnología es formar asociaciones que no solo se centren en la seguridad financiera, sino también considerar socios que hayan demostrado valores fundamentales que reflejen la integridad para gestionar la introducción y asimilación de los desarrollos tecnológicos. NREL se centra en los valores fundamentales de la entidad asociada, la voluntad de establecer y cumplir objetivos oportunos, la dedicación a la transparencia y la intención recíproca de seguir desarrollando. [14] Según estos acuerdos de asociación, NREL no financia proyectos realizados por sus socios privados. NREL ofrece oportunidades de financiación a través de sus contratos colocados de forma competitiva. Para formar un acuerdo de asociación tecnológica con NREL, existen esencialmente siete pasos: [16]
Se estima que el proceso demorará 45 días hábiles, sujeto a negociaciones. Los acuerdos de asociación tecnológica brindan únicamente los servicios técnicos de NREL. [dieciséis]
NREL también tiene un programa de acceso de usuarios que permite a investigadores externos utilizar el Fondo de Integración de Sistemas Energéticos (ESIF) y confiar en su personal de científicos e ingenieros para desarrollar y evaluar tecnologías energéticas. [17]
Existen varias otras formas para que las universidades y las industrias trabajen con NREL, incluido un Acuerdo de Investigación y Desarrollo Cooperativo (CRADA), un Acuerdo de Fondos de Entrada (FIA) y un Acuerdo de Servicios Técnicos (TSA). [18]
Un Acuerdo Cooperativo de Investigación y Desarrollo (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 de campo de uso exclusiva para cualquier invención que surja de CRADA. [dieciséis]
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. [19]
NREL ofrece servicios técnicos a 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 acuerdo de Trabajo para Otros. Este acuerdo se diferencia de un CRADA en que no tienen como objetivo realizar una investigación conjunta. El socio cubre el coste total del proyecto. [16] Existen tres tipos de acuerdos de Proyectos de Asociación Estratégica:
NREL ofrece licencias para muchas de sus tecnologías relacionadas con la eficiencia energética y el desarrollo de energías renovables. La concesión de licencias de propiedad intelectual de NREL está disponible para empresas de cualquier tamaño, desde empresas emergentes 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 energéticos eficientes e integrados y análisis energético estratégico. "Las tecnologías desarrolladas por NREL incluyen vehículos y combustibles, ciencias básicas, biomasa, concentración de energía solar, sistemas de infraestructura eléctrica, geotermia, hidrógeno y pilas de combustible, fotovoltaica y energía eólica". [20]
NREL tiene una lista de 150 resúmenes de mercado disponibles para concesión de licencias, y la lista incluye información sobre las descripciones de las tecnologías, sus beneficios, aplicaciones potenciales y su etapa actual de desarrollo. [20]
El objetivo de la investigación sobre energía fotovoltaica (PV) realizada en NREL es disminuir la "dependencia del país de la electricidad generada con combustibles fósiles reduciendo el costo de la electricidad entregada y mejorando la eficiencia de los módulos y sistemas fotovoltaicos ". [21]
La investigación fotovoltaica en NREL se realiza bajo el Centro Nacional de 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 Fotovoltaico del Área de la Bahía. NCPV también está asociado con muchas universidades y otros socios de la industria. NREL atrae a docenas de estudiantes anualmente a través del Programa Ultraeficaz del Laboratorio Nacional de la Universidad Solar (SUN UP), que fue creado para facilitar las interacciones nuevas y existentes entre las universidades y el laboratorio. [22]
El laboratorio mantiene una serie de asociaciones de investigación para la investigación fotovoltaica. [23]
Algunas de las áreas de investigación y desarrollo fotovoltaico incluyen las propiedades físicas de los paneles fotovoltaicos, el rendimiento y la confiabilidad de los paneles fotovoltaicos, la formación de uniones y la investigación de materiales fotoelectroquímicos. [24]
A través de esta investigación, NREL espera superar las tecnologías actuales en eficiencia y competitividad de costos y alcanzar el objetivo general de generar electricidad a $0,06/ kWh para sistemas fotovoltaicos conectados a la red .
NREL identifica los siguientes como pilares de su programa de I+D fotovoltaico: la Thin-Film Partnership y el proyecto de I+D de fabricación fotovoltaica. [25]
El Programa de Asociación de Película Fina del NREL coordina equipos de investigación nacionales de fabricantes, académicos y científicos del NREL en una variedad de temas relacionados con la energía fotovoltaica de película delgada. Las áreas de investigación del Thin Film Partnership Program incluyen silicio amorfo (a-Si), diseleniuro de cobre e indio (CuInSe2 o CIGS) y telururo de cadmio (CdTe) y confiabilidad del módulo. [26]
El Proyecto de Investigación y Desarrollo de Fabricación Fotovoltaica de NREL es una asociación continua entre NREL y empresas de fabricación solar del sector privado. Comenzó en 1991 como el proyecto de Tecnología de Fabricación Fotovoltaica (PVMaT) y fue ampliado y renombrado 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 estadounidenses investigando formas de reducir los costos para los fabricantes y clientes y mejorando el proceso de fabricación. Se estima que el proyecto ha ayudado a reducir el coste de fabricación de los paneles fotovoltaicos en más de un 50%. [27]
Ejemplos de logros bajo el 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. [27]
NREL es capaz de proporcionar pruebas y evaluaciones a la industria fotovoltaica con instalaciones de pruebas interiores, exteriores y de campo. NREL puede realizar pruebas de rendimiento, confiabilidad y fallas de componentes a largo plazo para sistemas fotovoltaicos. NREL también ha acelerado las capacidades de prueba tanto de células fotovoltaicas como de componentes del sistema para identificar áreas de posible degradación y falla a largo plazo. [28] El grupo de rendimiento de dispositivos fotovoltaicos del NREL puede medir el rendimiento de células y módulos fotovoltaicos con respecto a un conjunto de referencia estándar o personalizado. Esto permite que NREL sirva como 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. [29]
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 del NREL realizan investigaciones sobre los mercados energéticos y cómo desarrollar el mercado de la energía solar. También realizan investigación y divulgación en el área de la energía fotovoltaica integrada en edificios . NREL también es un organizador y patrocinador activo del Solar Decathlon del DOE . [30]
NREL proporciona información sobre la energía solar, más allá de los artículos científicos sobre investigaciones realizadas en el laboratorio. El laboratorio ofrece 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. [31]
El campus de NREL en Golden, Colorado, alberga varias instalaciones dedicadas a la investigación fotovoltaica y de biomasa. En el Centro de Ciencia y Tecnología recientemente inaugurado se llevan a cabo investigaciones sobre células solares, películas delgadas y nanoestructuras. La instalación de pruebas al aire libre del NREL permite a los investigadores probar y evaluar tecnologías fotovoltaicas en una variedad de condiciones, tanto en interiores como en exteriores. Los científicos del NREL trabajan en la instalación de pruebas al aire libre para desarrollar estándares para probar tecnologías fotovoltaicas. En las instalaciones de pruebas al aire libre del NREL, los investigadores calibran celdas de referencia primarias para su uso en una variedad de aplicaciones. Uno de los principales edificios para la investigación fotovoltaica en NREL es el Centro de Investigación de Energía Solar (SERF). Ejemplos de investigaciones realizadas en el SERF incluyen la investigación de materiales semiconductores, la producción de prototipos de células solares y la medición y caracterización del rendimiento de las células y módulos 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 llevan a cabo actividades de I+D en materiales y dispositivos fotovoltaicos, medición y caracterización y pruebas de fiabilidad. [32] En el Laboratorio de Investigación de Radiación Solar, NREL ha estado midiendo la radiación solar y datos meteorológicos desde 1984. [32]
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 Cooperativos de Investigación y Desarrollo (CRADA) , Acuerdos de servicio técnico (TSA), Acuerdos de servicio analítico (ASA) y Trabajo para otros (WFO) por contrato de investigación para los socios industriales del DOE". [33]
El objetivo principal de la investigación es convertir la biomasa en biocombustibles/intermedios bioquímicos mediante procesos bioquímicos y termoquímicos.
El Centro Nacional de Bioenergía se divide actualmente en determinadas áreas de tecnología e investigación: [34]
Algunos de los proyectos actuales se encuentran en las siguientes áreas:
El Centro Integrado de Investigación de Biorrefinería (IBRF) alberga múltiples trenes de proceso a escala piloto para convertir biomasa en diversos combustibles líquidos a una velocidad 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. [35]
NREL ha producido muchas tecnologías que impactan la industria eólica a nivel global. El Centro Nacional de Tecnología Eólica (NWTC) alberga 20 patentes y ha creado software como (FAST), un software de simulación que se utiliza para modelar turbinas eólicas. [36]
El NWTC está ubicado en el campus Flatirons de NREL, que se encuentra en la base de las estribaciones justo al sur de Boulder , Colorado. El campus comprende sitios de pruebas de campo, laboratorios de pruebas, áreas de trabajo industriales de gran altura, talleres mecánicos, laboratorios de electrónica e instrumentación y áreas de oficinas.
El NWTC también alberga la Instalación de prueba de recursos energéticos distribuidos (DERTF) del NREL. 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. [37]
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 de sistemas realizar las pruebas necesarias para la certificación en un entorno de laboratorio controlado. [38] 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.
NREL es pionero en investigaciones de clase mundial que aceleran el desarrollo de tecnologías y estrategias de movilidad sostenible para el transporte de pasajeros y carga, con un enfoque en la descarbonización del sector del transporte y la lucha contra el cambio climático. NREL, el único laboratorio nacional dedicado exclusivamente a la eficiencia energética y la energía renovable, ayuda a sus socios de la industria a crear componentes, combustibles, infraestructura y sistemas integrados innovadores para baterías eléctricas, pilas de combustible y otros combustibles alternativos en carretera, fuera de carretera y fuera de carretera. -vehículos de carretera, incluidas tecnologías emergentes para aplicaciones aeronáuticas, ferroviarias y marítimas.
Las herramientas integradas de modelado y análisis de NREL ayudan a superar barreras técnicas y acelerar el desarrollo de tecnologías y sistemas de transporte avanzados que maximizan el ahorro de energía y el rendimiento en carretera.
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El Internet de las Cosas (IoT) es un concepto revolucionario que interconecta objetos y dispositivos cotidianos a través de Internet. Al incorporar sensores y capacidades de comunicación en estas entidades físicas, IoT permite la recopilación, el análisis y la comunicación de datos en tiempo real, lo que marca el comienzo de una nueva era de eficiencia, automatización y experiencias de usuario mejoradas.
39°44′26″N 105°09′21″W / 39.740576°N 105.155855°W / 39.740576; -105.155855