Το μέλλον των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

Ηλιακός

Η μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια γίνεται με δύο τρόπους - ηλιακά φωτοβολταϊκά (PV) ή συγκεντρωτική ηλιακή-θερμική ενέργεια (CSP). Η πιο κοινή μέθοδος, τα ηλιακά φωτοβολταϊκά, συλλέγει το ηλιακό φως χρησιμοποιώντας ηλιακούς συλλέκτες, το μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια και το αποθηκεύει σε μπαταρίες για ποικίλες χρήσεις.

Λόγω της μείωσης των τιμών των υλικών και της προόδου στις διαδικασίες εγκατάστασης, το κόστος της ηλιακής ενέργειας έχει μειωθεί σχεδόν κατά 90% την τελευταία δεκαετία, καθιστώντας την πιο προσιτή και οικονομικά αποδοτική. και πιο ευέλικτα, ισχυρά και αποδοτικά ηλιακά πάνελ που μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια ακόμη και σε περιόδους χαμηλού ηλιακού φωτός.

Η παραγωγή ηλιακής ενέργειας βασίζεται σε συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS) για συνεπή διανομή—έτσι καθώς αυξάνεται η ικανότητα παραγωγής, τα συστήματα αποθήκευσης πρέπει να συμβαδίζουν. Για παράδειγμα, η τεχνολογία μπαταριών ροής βελτιώνεται για να υποστηρίζει την αποθήκευση ενέργειας σε κλίμακα δικτύου. Μια χαμηλού κόστους, αξιόπιστη και επεκτάσιμη μορφή ESS, μπαταρίες ροής μπορούν να χωρέσουν εκατοντάδες μεγαβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας με μία μόνο φόρτιση. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας να αποθηκεύουν ενέργεια μακροπρόθεσμα για περιόδους χαμηλής ή μη παραγωγής, συμβάλλοντας στη διαχείριση του φορτίου και στη δημιουργία ενός σταθερού και ελαστικού ηλεκτρικού δικτύου.

Η επέκταση των δυνατοτήτων ESS γίνεται όλο και πιο σημαντικήαπανθρακοποίησηπροσπάθειες και ένα μέλλον καθαρής ενέργειας καθώς επεκτείνεται η ικανότητα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (IEA), μόνο το 2023, η ανανεώσιμη ενέργεια αύξησε την παγκόσμια δυναμικότητά της κατά 50%, με τα ηλιακά φωτοβολταϊκά να αποτελούν τα τρία τέταρτα αυτής της χωρητικότητας. Και την περίοδο μεταξύ 2023 και 2028, η δυναμικότητα ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές αναμένεται να αυξηθεί κατά 7.300 γιγαβάτ με ηλιακή φωτοβολταϊκή και χερσαία χρήση ανέμου που αναμένεται να διπλασιαστεί τουλάχιστον σε σχέση με τα σημερινά επίπεδα στην Ινδία, τη Βραζιλία, την Ευρώπη και τις ΗΠΑ έως το 2028.2

Ανεμος

Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν την αιολική ενέργεια για να παράγουν μηχανική και ηλεκτρική ενέργεια για γενιές. Ως καθαρή, βιώσιμη και οικονομικά αποδοτική πηγή ενέργειας, η αιολική ενέργεια προσφέρει τεράστιες δυνατότητες να αυξήσει τη μετάβαση της ανανεώσιμης ενέργειας σε ολόκληρο τον κόσμο με ελάχιστες επιπτώσεις στα οικοσυστήματα. Με βάση τις προβλέψεις του IEA, η παραγωγή αιολικής ενέργειας αναμένεται να υπερδιπλασιαστεί στα 350 gigawatts (GW) έως το 20283, με την αγορά ανανεώσιμων πηγών ενέργειας της Κίνας να αυξάνεται κατά 66% μόνο το 2023.4

Οι ανεμογεννήτριες έχουν εξελιχθεί από μικρής κλίμακας, όπως οι ανεμόμυλοι για οικιακή χρήση, σε κλίμακας χρησιμότητας για αιολικά πάρκα. Αλλά μερικές από τις πιο συναρπαστικές εξελίξεις στην αιολική τεχνολογία είναι η υπεράκτια παραγωγή αιολικής ενέργειας, με πολλά υπεράκτια αιολικά έργα να πλοηγούνται σε βαθύτερα νερά. Μεγάλης κλίμακας αιολικά πάρκα αναπτύσσονται για να αξιοποιήσουν ισχυρότερους υπεράκτιους ανέμους για να διπλασιάσουν ενδεχομένως την υπεράκτια χωρητικότητα αιολικής ενέργειας. Τον Σεπτέμβριο του 2022, ο Λευκός Οίκος ανακοίνωσε σχέδια για ανάπτυξη 30 GW πλωτής υπεράκτιας αιολικής ενέργειας έως το 2030. Αυτή η πρωτοβουλία πρόκειται να προσφέρει καθαρή ενέργεια σε 10 εκατομμύρια περισσότερα σπίτια, να βοηθήσει στη μείωση του ενεργειακού κόστους, να στηρίξει θέσεις εργασίας καθαρής ενέργειας και να μειώσει περαιτέρω την εξάρτηση της χώρας για τα ορυκτά καύσιμα.5

Καθώς περισσότερη καθαρή ενέργεια ενσωματώνεται στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, η πρόβλεψη παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές καθίσταται κρίσιμη για τη διαχείριση μιας σταθερής, ανθεκτικής ηλεκτρικής παροχής.Πρόβλεψη ανανεώσιμων πηγών ενέργειαςείναι μια λύση που βασίζεταιAI, αισθητήρες,μηχανική μάθηση,γεωχωρικά δεδομένα, προηγμένα αναλυτικά στοιχεία, τα καλύτερα δεδομένα καιρού στην κατηγορία και πολλά άλλα για τη δημιουργία ακριβών, συνεπών προβλέψεων για μεταβλητές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως ο άνεμος. Πιο ακριβείς προβλέψεις βοηθούν τους φορείς εκμετάλλευσης να ενσωματώσουν περισσότερες τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία του προβάλλοντας καλύτερα πότε πρέπει να αυξηθεί ή να μειωθεί η παραγωγή, μειώνοντας το λειτουργικό κόστος. Για παράδειγμα, το Omega Energiaαυξημένη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας βελτιώνοντας την ακρίβεια των προβλέψεων—15% για αιολική και 30% για ηλιακή. Αυτές οι βελτιώσεις βοήθησαν στην ενίσχυση της αποδοτικότητας της συντήρησης και στην ελαχιστοποίηση του λειτουργικού κόστους.

Υδροηλεκτρισμός

Τα υδροηλεκτρικά ενεργειακά συστήματα χρησιμοποιούν την κίνηση του νερού, συμπεριλαμβανομένης της ροής ποταμών και ρεμάτων, θαλάσσιας και παλιρροιακής ενέργειας, δεξαμενών και φραγμάτων για την περιστροφή στροβίλων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σύμφωνα με τον IEA, η υδροηλεκτρική ενέργεια θα παραμείνει ο μεγαλύτερος πάροχος καθαρής ενέργειας έως το 2030 με συναρπαστικές νέες τεχνολογίες στον ορίζοντα.6

Για παράδειγμα, η μικρής κλίμακας υδροηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιεί μίνι και μικροδίκτυα για την παροχή ανανεώσιμης ενέργειας σε αγροτικές περιοχές και περιοχές όπου μεγαλύτερες υποδομές (όπως φράγματα) ενδέχεται να μην είναι εφικτές. Χρησιμοποιώντας μια αντλία, μια τουρμπίνα ή έναν υδροτροχό για τη μετατροπή της φυσικής ροής μικρών ποταμών και ρεμάτων σε ηλεκτρική ενέργεια, τα υδροηλεκτρικά μικρής κλίμακας παρέχουν μια βιώσιμη πηγή ενέργειας με ελάχιστες επιπτώσεις στα τοπικά οικοσυστήματα. Σε πολλές περιπτώσεις, οι κοινότητες μπορούν να συνδεθούν σε ένα κεντρικό δίκτυο και να πουλήσουν την πλεονάζουσα ενέργεια που παράγεται.

Το 2021, το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) τοποθέτησε τρεις τουρμπίνες από ένα νέο θερμοπλαστικό σύνθετο υλικό που είναι λιγότερο διαβρώσιμο και πιο ανακυκλώσιμο από τα παραδοσιακά υλικά στο East River της Νέας Υόρκης. Οι νέοι στρόβιλοι παρήγαγαν την ίδια ποσότητα ενέργειας στον ίδιο χρόνο με τους προκατόχους τους, αλλά χωρίς εμφανείς δομικές ζημιές.7 Εξακολουθούν να είναι απαραίτητες δοκιμές σε ακραίες συνθήκες, αλλά αυτό το χαμηλού κόστους, ανακυκλώσιμο υλικό έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στην αγορά υδροηλεκτρικής ενέργειας, εάν υιοθετήθηκε για ευρεία χρήση.

Γεωθερμία

Οι γεωθερμικοί σταθμοί (μεγάλης κλίμακας) και οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας (GHP) (μικρής κλίμακας) μετατρέπουν τη θερμότητα από το εσωτερικό της Γης σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας ατμό ή υδρογονάνθρακες. Η γεωθερμική ενέργεια ήταν κάποτε εξαρτώμενη από την τοποθεσία - απαιτώντας πρόσβαση σε γεωθερμικές δεξαμενές βαθιά κάτω από τον φλοιό της Γης. Η πιο πρόσφατη έρευνα συμβάλλει στο να γίνει η γεωθερμία πιο αγνωστική.

Τα ενισχυμένα γεωθερμικά συστήματα (EGS) φέρνουν το απαραίτητο νερό από κάτω από την επιφάνεια της Γης εκεί που δεν είναι, επιτρέποντας την παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας σε μέρη σε όλο τον κόσμο όπου δεν ήταν δυνατή στο παρελθόν. Και καθώς η τεχνολογία ESG εξελίσσεται, η αξιοποίηση της ανεξάντλητης παροχής θερμότητας της Γης έχει τη δυνατότητα να παρέχει απεριόριστες ποσότητες καθαρής, χαμηλού κόστους ενέργειας για όλους.

Βιομάζα

Η βιοενέργεια παράγεται από βιομάζα που αποτελείται από οργανικά υλικά όπως φυτά και φύκια. Αν και η βιομάζα αμφισβητείται συχνά ως πραγματικά ανανεώσιμη, η σημερινή βιοενέργεια είναι μια πηγή ενέργειας σχεδόν μηδενικών εκπομπών.

Οι εξελίξεις στα βιοκαύσιμα, συμπεριλαμβανομένου του βιοντίζελ και της βιοαιθανόλης, είναι ιδιαίτερα συναρπαστικές. Ερευνητές στην Αυστραλία διερευνούν τη μετατροπή οργανικού υλικού σε βιώσιμα αεροπορικά καύσιμα (SAF). Αυτό θα μπορούσε να συμβάλει στη μείωση των εκπομπών άνθρακα των καυσίμων αεριωθουμένων έως και κατά 80%.8 Στην Πολιτεία, το Γραφείο Τεχνολογιών Βιοενέργειας του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) αναπτύσσει τεχνολογία για να βοηθήσει στη μείωση του κόστους και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της παραγωγής βιοενέργειας και βιοπροϊόντων, βελτιώνοντας παράλληλα την ποιότητα.9

Τεχνολογία για την υποστήριξη του μέλλοντος των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

Μια οικονομία καθαρής ενέργειας βασίζεται σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που είναι ευάλωτες σε περιβαλλοντικούς παράγοντες και όσο περισσότερες ενσωματώνονται στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, η τεχνολογία που βοηθά στη διαχείριση αυτών των κινδύνων είναι ζωτικής σημασίας. Το IBM Environmental Intelligence μπορεί να βοηθήσει τους οργανισμούς να ενισχύσουν την ανθεκτικότητα και τη βιωσιμότητα προβλέποντας πιθανές διακοπές και μειώνοντας προληπτικά τον κίνδυνο σε όλες τις λειτουργίες και τις εκτεταμένες αλυσίδες εφοδιασμού.

1 Τα ορυκτά καύσιμα «γίνονται απαρχαιωμένα» καθώς οι τιμές των ηλιακών πάνελ πέφτουν κατακόρυφα(ο σύνδεσμος βρίσκεται εκτός ibm.com), The Independent, 27 Σεπτεμβρίου 2023.

2 Η μαζική επέκταση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας ανοίγει την πόρτα για την επίτευξη του παγκόσμιου τριπλασιασμού του στόχου που τέθηκε στο COP28(ο σύνδεσμος βρίσκεται εκτός ibm.com), Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας, 11 Ιανουαρίου 2024.

3Ανεμος(ο σύνδεσμος βρίσκεται εκτός ibm.com), Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας, 11 Ιουλίου 2023.

4Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας — Ηλεκτρισμός(ο σύνδεσμος βρίσκεται εκτός ibm.com), Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας, Ιανουάριος 2024.

5Νέες ενέργειες για την επέκταση της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας των ΗΠΑ(ο σύνδεσμος βρίσκεται έξω από το ibm.com), Ο Λευκός Οίκος, 15 Σεπτεμβρίου 2022.

6Υδροηλεκτρισμός(ο σύνδεσμος βρίσκεται εκτός του ibm.com), Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας, 11 Ιουλίου 2023.

710 σημαντικά επιτεύγματα υδροηλεκτρικής ενέργειας από το 2021(ο σύνδεσμος βρίσκεται εκτός ibm.com), Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, 18 Ιανουαρίου 2022.

8 Για να τροφοδοτήσει ένα μέλλον χτισμένο για ζωή(ο σύνδεσμος βρίσκεται εκτός ibm.com), Jet Zero Australia, πρόσβαση στις 11 Ιανουαρίου 2024.

9Ανανεώσιμες πηγές άνθρακα(ο σύνδεσμος βρίσκεται εκτός ibm.com), Γραφείο Ενεργειακής Απόδοσης και Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, πρόσβαση στις 28 Δεκεμβρίου 2023.