Erneuerbare Energieist Energie, die aus den natürlichen Ressourcen der Erde gewonnen wird, die schneller wieder aufgefüllt werden können, als sie verbraucht werden. Gängige Beispiele sind Solarenergie, Wasserkraft und Windkraft. Der Umstieg auf diese erneuerbaren Energiequellen ist der Schlüssel zur BekämpfungKlimawandel.
Heutzutage tragen verschiedene Anreize und Subventionen dazu bei, dass Unternehmen leichter auf erneuerbare Ressourcen als stabile Energiequelle zurückgreifen können, um zur Linderung der Klimakrise beizutragen. Aber die nächste Generation sauberer Energie erfordert mehr als nur Anreize, sie braucht innovative Technologie zur Verbesserung der Energieeffizienz und Stromerzeugung, um der Welt zu helfenNetto-NullEmissionen.
Solar
Die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie erfolgt auf zwei Arten: durch Solarphotovoltaik (PV) oder durch konzentrierende solarthermische Energie (CSP). Die gebräuchlichste Methode, Solar-PV, sammelt Sonnenlicht mithilfe von Solarmodulen, wandelt es in elektrische Energie um und speichert es in Batterien für verschiedene Zwecke.
Aufgrund sinkender Materialpreise und Fortschritte bei den Installationsprozessen sind die Kosten für Solarenergie im letzten Jahrzehnt um fast 90 % gesunken, wodurch sie zugänglicher und kostengünstiger wird.1 Dies wird durch die nächste Generation der Solar-PV-Technologie, die weniger Strom produziert, noch weiter vorangetrieben und flexiblere, leistungsfähigere und effizientere Solarmodule, die auch in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung Strom erzeugen können.
Die Erzeugung von Solarenergie ist zur gleichmäßigen Verteilung auf Energiespeichersysteme (ESS) angewiesen. Mit zunehmender Erzeugungskapazität müssen die Speichersysteme also Schritt halten. Beispielsweise wird die Flow-Batterie-Technologie verbessert, um die Energiespeicherung im Netzmaßstab zu unterstützen. Flow-Batterien sind eine kostengünstige, zuverlässige und skalierbare Form von ESS und können mit einer einzigen Ladung Hunderte Megawattstunden Strom speichern. Dies ermöglicht es den Versorgungsunternehmen, Energie für Zeiten geringer oder fehlender Produktion langfristig zu speichern, was dazu beiträgt, die Last zu verwalten und ein stabiles und belastbares Stromnetz zu schaffen.
Die Erweiterung der ESS-Funktionen wird immer wichtigerDekarbonisierungBemühungen und eine Zukunft mit sauberer Energie, da die Kapazität für erneuerbare Energien erweitert wird. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) steigerten erneuerbare Energien allein im Jahr 2023 ihre weltweite Kapazität um 50 %, wobei Solar-PV drei Viertel dieser Kapazität ausmachte. Und im Zeitraum zwischen 2023 und 2028 wird erwartet, dass die erneuerbare Stromkapazität um 7.300 Gigawatt wächst, wobei sich die Nutzung von Solar-PV und Onshore-Wind bis 2028 in Indien, Brasilien, Europa und den USA gegenüber dem aktuellen Niveau mindestens verdoppeln wird.2
Wind
Seit Generationen nutzt der Mensch Windkraft zur Erzeugung mechanischer und elektrischer Energie. Als saubere, nachhaltige und kostengünstige Energiequelle bietet Windenergie ein enormes Potenzial, den Übergang zu erneuerbaren Energien weltweit voranzutreiben und dabei nur minimale Auswirkungen auf die Ökosysteme zu haben. Basierend auf der IEA-Prognose wird erwartet, dass sich die Windstromerzeugung bis 2028 auf 350 Gigawatt (GW) mehr als verdoppeln wird3, wobei Chinas Markt für erneuerbare Energien allein im Jahr 2023 um 66 % wachsen wird.4
Windkraftanlagen haben sich von Kleinwindkraftanlagen wie Windmühlen für den Hausgebrauch zu Großwindkraftanlagen für Windparks entwickelt. Aber einige der aufregendsten Entwicklungen in der Windtechnologie finden sich in der Offshore-Windenergieerzeugung, wobei viele Offshore-Windprojekte in tiefere Gewässer vordringen. Es werden große Windparks entwickelt, um stärkere Offshore-Winde zu nutzen und so die Kapazität der Offshore-Windenergie potenziell zu verdoppeln. Im September 2022 kündigte das Weiße Haus Pläne an, bis 2030 30 GW schwimmende Offshore-Windenergie einzusetzen. Diese Initiative soll 10 Millionen weitere Haushalte mit sauberer Energie versorgen, zur Senkung der Energiekosten beitragen, Arbeitsplätze im Bereich saubere Energie fördern und die Abhängigkeit des Landes weiter verringern auf fossile Brennstoffe.5
Da immer mehr saubere Energie in die Stromnetze integriert wird, wird die Prognose der Erzeugung erneuerbarer Energien für die Verwaltung einer stabilen, belastbaren Stromversorgung von entscheidender Bedeutung.Prognose für erneuerbare Energienist eine Lösung, auf der aufgebaut istAI, Sensoren,maschinelles Lernen,Geodaten, erweiterte Analysen, erstklassige Wetterdaten und mehr, um genaue, konsistente Prognosen für variable erneuerbare Energiequellen wie Wind zu erstellen. Genauere Prognosen helfen den Betreibern, mehr erneuerbare Energietechnologien in das Stromnetz zu integrieren. Sie verbessern die Effizienz und Zuverlässigkeit, indem sie besser prognostizieren, wann die Produktion hoch- oder heruntergefahren werden muss, und senken so die Betriebskosten. Zum Beispiel Omega EnergiaErhöhte Nutzung erneuerbarer Energien durch Verbesserung der Prognosegenauigkeit—15 % für Wind und 30 % für Solar. Diese Verbesserungen trugen dazu bei, die Wartungseffizienz zu steigern und die Betriebskosten zu minimieren.
Wasserkraft
Wasserkraftsysteme nutzen die Wasserbewegung, einschließlich Fluss- und Bachströmung, Meeres- und Gezeitenenergie, Stauseen und Dämme, um Turbinen zur Stromerzeugung zu drehen. Nach Angaben der IEA wird Wasserkraft bis 2030 der größte Anbieter sauberer Energie bleiben, wobei spannende neue Technologien am Horizont stehen.6
Kleinwasserkraft nutzt beispielsweise Mini- und Mikronetze, um ländliche Gebiete und Gebiete, in denen eine größere Infrastruktur (z. B. Staudämme) möglicherweise nicht realisierbar ist, mit erneuerbarer Energie zu versorgen. Kleinwasserkraftwerke nutzen eine Pumpe, eine Turbine oder ein Wasserrad, um den natürlichen Fluss kleiner Flüsse und Bäche in Strom umzuwandeln, und stellen eine nachhaltige Energiequelle mit minimalen Auswirkungen auf die lokalen Ökosysteme dar. In vielen Fällen können Gemeinden sich an ein zentrales Netz anschließen und überschüssigen produzierten Strom zurückverkaufen.
Im Jahr 2021 platzierte das National Renewable Energy Laboratory (NREL) drei Turbinen aus einem neuen thermoplastischen Verbundmaterial, das weniger korrodierbar und besser recycelbar als herkömmliche Materialien ist, im New Yorker East River. Die neuen Turbinen erzeugten in der gleichen Zeit die gleiche Energiemenge wie ihre Vorgänger, jedoch ohne erkennbare strukturelle Schäden.7 Extreme Zustandstests sind weiterhin erforderlich, aber dieses kostengünstige, wiederverwertbare Material hat das Potenzial, den Wasserkraftmarkt zu revolutionieren, wenn für den breiten Einsatz übernommen.
Geothermie
Geothermiekraftwerke (im großen Maßstab) und geothermische Wärmepumpen (GHPs) (im kleinen Maßstab) wandeln Wärme aus dem Erdinneren mithilfe von Dampf oder Kohlenwasserstoff in Elektrizität um. Geothermische Energie war einst ortsabhängig und erforderte den Zugang zu geothermischen Reservoirs tief unter der Erdkruste. Die neuesten Forschungsergebnisse tragen dazu bei, die Geothermie ortsunabhängiger zu machen.
Erweiterte Geothermiesysteme (Enhanced Geothermal Systems, EGS) bringen das benötigte Wasser von unterhalb der Erdoberfläche dorthin, wo es nicht vorhanden ist, und ermöglichen so die Erzeugung geothermischer Energie an Orten rund um den Globus, an denen dies bisher nicht möglich war. Und während sich die ESG-Technologie weiterentwickelt, hat die Nutzung des unerschöpflichen Wärmevorrats der Erde das Potenzial, unbegrenzte Mengen an sauberer, kostengünstiger Energie für alle bereitzustellen.
Biomasse
Bioenergie wird aus Biomasse erzeugt, die aus organischem Material wie Pflanzen und Algen besteht. Obwohl Biomasse oft als wirklich erneuerbar angesehen wird, ist die heutige Bioenergie eine nahezu emissionsfreie Energiequelle.
Besonders spannend sind die Entwicklungen bei Biokraftstoffen wie Biodiesel und Bioethanol. Forscher in Australien erforschen die Umwandlung von organischem Material in nachhaltige Flugkraftstoffe (SAF). Dies könnte dazu beitragen, die Kohlenstoffemissionen von Flugzeugtreibstoff um bis zu 80 % zu reduzieren.8 In den USA entwickelt das Bioenergy Technologies Office (BETO) des US-Energieministeriums (DOE) Technologien, um die Kosten und Umweltauswirkungen der Bioenergie- und Bioproduktproduktion zu senken und gleichzeitig deren zu verbessern Qualität.9
Technologie zur Unterstützung der Zukunft erneuerbarer Energien
Eine saubere Energiewirtschaft basiert auf erneuerbaren Energiequellen, die anfällig für Umweltfaktoren sind. Da immer mehr davon in Stromnetze integriert werden, ist die Technologie zur Bewältigung dieser Risiken von entscheidender Bedeutung. IBM Environmental Intelligence kann Unternehmen dabei helfen, ihre Ausfallsicherheit und Nachhaltigkeit zu steigern, indem potenzielle Störungen vorhergesehen und Risiken im gesamten Betrieb und in erweiterten Lieferketten proaktiv reduziert werden.
1 Fossile Brennstoffe werden „obsolet“, da die Preise für Solarmodule sinken(Link befindet sich außerhalb von ibm.com), The Independent, 27. September 2023.
2 Der massive Ausbau erneuerbarer Energien öffnet die Tür zur Erreichung des auf der COP28 festgelegten globalen Verdreifachungsziels(Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Internationale Energieagentur, 11. Januar 2024.
3Wind(Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Internationale Energieagentur, 11. Juli 2023.
4Erneuerbare Energien – Strom(Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Internationale Energieagentur, Januar 2024.
5Neue Maßnahmen zum Ausbau der Offshore-Windenergie in den USA(Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Das Weiße Haus, 15. September 2022.
6Wasserkraft(Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Internationale Energieagentur, 11. Juli 2023.
710 bedeutende Errungenschaften im Bereich Wasserkraft aus dem Jahr 2021(Link befindet sich außerhalb von ibm.com), National Renewable Energy Laboratory, 18. Januar 2022.
8 Für eine Zukunft, die fürs Leben gebaut ist(Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Jet Zero Australia, abgerufen am 11. Januar 2024.
9Erneuerbare Kohlenstoffressourcen(Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, abgerufen am 28. Dezember 2023.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 31. Okt. 2024