مستقبل الطاقة المتجددة

الشمسية

يتم تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية بطريقتين: الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) أو الطاقة الشمسية الحرارية المركزة (CSP). الطريقة الأكثر شيوعًا هي الطاقة الشمسية الكهروضوئية، حيث تقوم بجمع ضوء الشمس باستخدام الألواح الشمسية، وتحويله إلى طاقة كهربائية وتخزينه في بطاريات لمجموعة متنوعة من الاستخدامات.

نظرًا لانخفاض أسعار المواد والتقدم في عمليات التركيب، انخفضت تكلفة الطاقة الشمسية بنسبة 90٪ تقريبًا على مدار العقد الماضي، مما يجعلها أكثر سهولة وفعالية من حيث التكلفة. وألواح شمسية أكثر مرونة وقوة وكفاءة يمكنها توليد الكهرباء حتى أثناء فترات انخفاض ضوء الشمس.

يعتمد توليد الطاقة الشمسية على أنظمة تخزين الطاقة (ESS) للتوزيع المتسق - لذلك مع زيادة قدرة التوليد، يجب أن تواكب أنظمة التخزين الوتيرة. على سبيل المثال، يجري تحسين تقنية بطاريات التدفق لدعم تخزين الطاقة على نطاق الشبكة. يمكن لبطاريات التدفق، وهي شكل منخفض التكلفة وموثوق وقابل للتطوير من ESS، أن تحتوي على مئات الميغاواط/ساعة من الكهرباء بشحنة واحدة. وهذا يمكّن المرافق من تخزين الطاقة على المدى الطويل لفترات الإنتاج المنخفض أو غير الإنتاجي، مما يساعد على إدارة الحمل وإنشاء شبكة طاقة مستقرة ومرنة.

أصبح توسيع قدرات ESS أمرًا ذا أهمية متزايدةإزالة الكربونالجهود ومستقبل الطاقة النظيفة مع توسع قدرة الطاقة المتجددة. ووفقا لوكالة الطاقة الدولية، في عام 2023 وحده، زادت الطاقة المتجددة قدرتها العالمية بنسبة 50٪، حيث تشكل الطاقة الشمسية الكهروضوئية ثلاثة أرباع تلك القدرة. وفي الفترة ما بين 2023 إلى 2028، من المتوقع أن تنمو قدرة الكهرباء المتجددة بمقدار 7300 جيجاوات مع استخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح البرية، ومن المتوقع أن يتضاعف على الأقل مقارنة بالمستويات الحالية في الهند والبرازيل وأوروبا والولايات المتحدة حتى عام 2028.2

رياح

لقد استخدم البشر طاقة الرياح لتوليد الطاقة الميكانيكية والكهربائية لأجيال عديدة. باعتبارها مصدرًا نظيفًا ومستدامًا وفعالاً من حيث التكلفة للطاقة، توفر طاقة الرياح إمكانات هائلة لزيادة التحول إلى الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم مع الحد الأدنى من التأثير على النظم البيئية. واستنادًا إلى توقعات وكالة الطاقة الدولية، من المتوقع أن يتضاعف توليد كهرباء الرياح إلى أكثر من الضعف ليصل إلى 350 جيجاوات بحلول عام 20283 مع زيادة سوق الطاقة المتجددة في الصين بنسبة 66% في عام 2023 وحده.

تطورت توربينات الرياح من نطاق صغير، مثل طواحين الهواء للاستخدام المنزلي، إلى نطاق المرافق لمزارع الرياح. لكن بعض التطورات الأكثر إثارة في تكنولوجيا الرياح تكمن في توليد طاقة الرياح البحرية، حيث تنتقل العديد من مشاريع الرياح البحرية إلى المياه العميقة. ويجري تطوير مزارع الرياح واسعة النطاق لتسخير الرياح البحرية القوية لمضاعفة قدرة طاقة الرياح البحرية. في سبتمبر 2022، أعلن البيت الأبيض عن خطط لنشر 30 جيجاوات من طاقة الرياح البحرية العائمة بحلول عام 2030. ومن المقرر أن لتزويد 10 ملايين منزل إضافي بالطاقة النظيفة، والمساعدة في خفض تكاليف الطاقة، ودعم وظائف الطاقة النظيفة، وتقليل اعتماد البلاد بشكل أكبر. على الوقود الأحفوري.5

ومع دمج المزيد من الطاقة النظيفة في شبكات الطاقة، يصبح التنبؤ بإنتاج الطاقة المتجددة أمرًا بالغ الأهمية لإدارة إمدادات كهربائية مستقرة ومرنة.التنبؤ بمصادر الطاقة المتجددةهو الحل المبني علىAIأجهزة الاستشعار,التعلم الآلي,البيانات الجغرافية المكانيةوالتحليلات المتقدمة وبيانات الطقس الأفضل في فئتها والمزيد لإنشاء تنبؤات دقيقة ومتسقة لموارد الطاقة المتجددة المتغيرة مثل الرياح. تساعد التنبؤات الأكثر دقة المشغلين على دمج المزيد من تقنيات الطاقة المتجددة في شبكة الكهرباء. فهي تعمل على تحسين كفاءتها وموثوقيتها من خلال التنبؤ بشكل أفضل بموعد زيادة الإنتاج أو خفضه، مما يقلل تكاليف التشغيل. على سبيل المثال، أوميغا انيرجيازيادة استخدام مصادر الطاقة المتجددة من خلال تحسين دقة التنبؤ- 15% لطاقة الرياح و30% للطاقة الشمسية. ساعدت هذه التحسينات على تعزيز كفاءة الصيانة وتقليل تكاليف التشغيل.

الطاقة الكهرومائية

تستخدم أنظمة الطاقة الكهرومائية حركة المياه بما في ذلك تدفق الأنهار والجداول، والطاقة البحرية وطاقة المد والجزر، والخزانات والسدود لتدوير التوربينات لتوليد الكهرباء. ووفقاً لوكالة الطاقة الدولية، ستظل الطاقة المائية أكبر مزود للطاقة النظيفة حتى عام 2030 مع ظهور تقنيات جديدة مثيرة في الأفق.6

على سبيل المثال، تستخدم مشاريع الطاقة المائية الصغيرة شبكات صغيرة ومتناهية الصغر لتوفير الطاقة المتجددة للمناطق الريفية والمناطق التي قد لا تكون فيها البنية التحتية الأكبر (مثل السدود) ممكنة. وباستخدام مضخة أو توربين أو عجلة مائية لتحويل التدفق الطبيعي للأنهار والجداول الصغيرة إلى كهرباء، توفر المشاريع المائية الصغيرة مصدرًا مستدامًا للطاقة بأقل تأثير على النظم البيئية المحلية. في كثير من الحالات، يمكن للمجتمعات الاتصال بشبكة مركزية وإعادة بيع الطاقة الفائضة المنتجة.

في عام 2021، قام المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) بوضع ثلاثة توربينات مصنوعة من مادة مركبة لدنة بالحرارة جديدة أقل تآكلًا وأكثر قابلية لإعادة التدوير من المواد التقليدية في النهر الشرقي لمدينة نيويورك. ولدت التوربينات الجديدة نفس كمية الطاقة في نفس مقدار الوقت الذي ولدته سابقاتها ولكن دون أي ضرر هيكلي ملحوظ. ولا يزال اختبار الظروف القاسية ضروريًا، ولكن هذه المادة منخفضة التكلفة والقابلة لإعادة التدوير لديها القدرة على إحداث ثورة في سوق الطاقة الكهرومائية إذا اعتمدت للاستخدام على نطاق واسع.

الطاقة الحرارية الأرضية

تعمل محطات الطاقة الحرارية الأرضية (واسعة النطاق) والمضخات الحرارية الأرضية (GHPs) (صغيرة الحجم) على تحويل الحرارة من باطن الأرض إلى كهرباء باستخدام البخار أو الهيدروكربون. كانت الطاقة الحرارية الأرضية تعتمد في السابق على الموقع، مما يتطلب الوصول إلى خزانات الطاقة الحرارية الأرضية العميقة تحت القشرة الأرضية. تساعد أحدث الأبحاث في جعل الطاقة الحرارية الأرضية أكثر حيادية للموقع.

تعمل أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة (EGS) على جلب المياه اللازمة من تحت سطح الأرض إلى أماكن غير موجودة، مما يتيح إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية في أماكن حول العالم لم يكن من الممكن إنتاجها من قبل. ومع تطور التكنولوجيا البيئية والاجتماعية والحوكمة، فإن الاستفادة من إمدادات الأرض التي لا تنضب من الحرارة لديها القدرة على توفير كميات لا حدود لها من الطاقة النظيفة ومنخفضة التكلفة للجميع.

الكتلة الحيوية

يتم توليد الطاقة الحيوية من الكتلة الحيوية التي تتكون من مواد عضوية مثل النباتات والطحالب. على الرغم من أن الكتلة الحيوية غالبًا ما تكون متنازع عليها باعتبارها متجددة حقًا، فإن الطاقة الحيوية اليوم هي مصدر طاقة لا تصدر عنه أي انبعاثات.

تعتبر التطورات في مجال الوقود الحيوي بما في ذلك وقود الديزل الحيوي والإيثانول الحيوي مثيرة بشكل خاص. يستكشف الباحثون في أستراليا إمكانية تحويل المواد العضوية إلى وقود طيران مستدام (SAF). يمكن أن يساعد ذلك في تقليل انبعاثات الكربون من وقود الطائرات بنسبة تصل إلى 80%.8 في الولايات المتحدة، يقوم مكتب تقنيات الطاقة الحيوية (BETO) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بتطوير تكنولوجيا للمساعدة في تقليل التكاليف والآثار البيئية للطاقة الحيوية وإنتاج المنتجات الحيوية مع تحسين إنتاجها. الجودة.9

التكنولوجيا لدعم مستقبل الطاقة المتجددة

يعتمد اقتصاد الطاقة النظيفة على مصادر الطاقة المتجددة المعرضة للعوامل البيئية، ومع دمج المزيد منها في شبكات الطاقة، فإن التكنولوجيا للمساعدة في إدارة هذه المخاطر أمر بالغ الأهمية. يمكن أن يساعد IBM Environmental Intelligence المؤسسات على تعزيز المرونة والاستدامة من خلال توقع الاضطرابات المحتملة وتقليل المخاطر بشكل استباقي عبر العمليات وسلاسل التوريد الممتدة.

1 الوقود الأحفوري "أصبح عفا عليه الزمن" مع انخفاض أسعار الألواح الشمسية(الرابط موجود خارج ibm.com)، المستقل، 27 سبتمبر 2023.

2 التوسع الهائل في الطاقة المتجددة يفتح الباب أمام تحقيق الهدف العالمي الثلاثي الذي حدده مؤتمر الأمم المتحدة المعني بتغير المناخ (COP28).(الرابط موجود خارج ibm.com)، وكالة الطاقة الدولية، 11 يناير 2024.

3رياح(الرابط موجود خارج موقع ibm.com)، وكالة الطاقة الدولية، 11 يوليو 2023.

4الطاقة المتجددة – الكهرباء(الرابط موجود خارج موقع ibm.com)، وكالة الطاقة الدولية، يناير 2024.

5إجراءات جديدة لتوسيع طاقة الرياح البحرية في الولايات المتحدة(الرابط موجود خارج ibm.com)، البيت الأبيض، 15 سبتمبر 2022.

6الطاقة الكهرومائية(الرابط موجود خارج موقع ibm.com)، وكالة الطاقة الدولية، 11 يوليو 2023.

710 إنجازات مهمة في مجال الطاقة المائية اعتبارًا من عام 2021(الرابط موجود خارج ibm.com)، المختبر الوطني للطاقة المتجددة، 18 يناير 2022.

8 لتشغيل مستقبل مبني للحياة(الرابط موجود خارج ibm.com)، Jet Zero Australia، تم الوصول إليه في 11 يناير 2024.

9موارد الكربون المتجددة(الرابط موجود خارج ibm.com)، مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة، تم الوصول إليه في 28 ديسمبر 2023.