آینده انرژی های تجدیدپذیر

خورشیدی

تبدیل نور خورشید به انرژی الکتریکی به دو صورت انجام می‌شود: فتوولتائیک خورشیدی (PV) یا انرژی متمرکز خورشیدی-گرمایی (CSP). متداول ترین روش، PV خورشیدی است که نور خورشید را با استفاده از پنل های خورشیدی جمع آوری می کند، آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و آن را در باتری ها برای مصارف مختلف ذخیره می کند.

با توجه به کاهش قیمت مواد و پیشرفت در فرآیندهای نصب، هزینه انرژی خورشیدی تقریباً 90 درصد در طول دهه گذشته کاهش یافته است و آن را در دسترس تر و مقرون به صرفه تر کرده است. و پانل های خورشیدی انعطاف پذیرتر، قدرتمندتر و کارآمدتر که می توانند برق تولید کنند حتی در دوره هایی که نور خورشید کم است.

تولید انرژی خورشیدی برای توزیع مداوم به سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی (ESS) متکی است - بنابراین با افزایش ظرفیت تولید، سیستم‌های ذخیره‌سازی باید سرعت خود را حفظ کنند. به عنوان مثال، فناوری باتری جریان برای پشتیبانی از ذخیره انرژی در مقیاس شبکه بهبود یافته است. یک نوع کم هزینه، قابل اعتماد و مقیاس پذیر از باتری های جریانی ESS می تواند صدها مگاوات ساعت برق را با یک بار شارژ نگه دارد. این به شرکت‌ها امکان می‌دهد انرژی را برای دوره‌های کم یا غیرتولید در طولانی مدت ذخیره کنند و به مدیریت بار و ایجاد یک شبکه برق پایدار و انعطاف‌پذیر کمک کند.

گسترش قابلیت های ESS اهمیت فزاینده ای پیدا می کندکربن زداییتلاش‌ها و آینده انرژی پاک با افزایش ظرفیت انرژی تجدیدپذیر. بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، تنها در سال 2023، انرژی‌های تجدیدپذیر ظرفیت جهانی خود را 50 درصد افزایش داد و PV خورشیدی سه چهارم این ظرفیت را تشکیل می‌دهد. و در دوره بین سال‌های 2023 تا 2028، انتظار می‌رود ظرفیت برق تجدیدپذیر به میزان 7300 گیگاوات با استفاده از خورشیدی فتوولتائیک و باد خشکی افزایش یابد که انتظار می‌رود حداقل تا سال 2028 بیش از سطح فعلی در هند، برزیل، اروپا و ایالات متحده دو برابر شود.

باد

بشر برای نسل‌ها از نیروی باد برای تولید انرژی مکانیکی و الکتریکی استفاده می‌کند. انرژی باد به عنوان یک منبع انرژی پاک، پایدار و مقرون به صرفه، پتانسیل بسیار زیادی برای افزایش انتقال انرژی تجدیدپذیر در سراسر جهان با کمترین تأثیر بر اکوسیستم ها ارائه می دهد. بر اساس پیش‌بینی آژانس بین‌المللی انرژی، انتظار می‌رود تولید برق بادی تا سال ۲۰۲۸۳ بیش از دو برابر شود و به ۳۵۰ گیگاوات (GW) برسد و بازار انرژی‌های تجدیدپذیر چین تنها در سال ۲۰۲۳ ۶۶ درصد افزایش یابد.

توربین‌های بادی از مقیاس کوچک، مانند آسیاب‌های بادی برای مصارف خانگی، به مقیاس کاربردی برای مزارع بادی تکامل یافته‌اند. اما برخی از هیجان‌انگیزترین پیشرفت‌ها در فن‌آوری بادی در تولید نیروی بادی دریایی است که بسیاری از پروژه‌های بادی فراساحلی در آب‌های عمیق‌تر حرکت می‌کنند. مزارع بادی در مقیاس بزرگ در حال توسعه هستند تا از بادهای فراساحلی قوی تر استفاده کنند تا ظرفیت نیروی بادی دریایی را به طور بالقوه دو برابر کنند. در سپتامبر 2022، کاخ سفید اعلام کرد که قصد دارد تا سال 2030 30 گیگاوات نیروی بادی شناور دریایی را مستقر کند. این ابتکار قرار است 10 میلیون خانه دیگر را با انرژی پاک، کمک به کاهش هزینه های انرژی، حمایت از مشاغل انرژی پاک و کاهش بیشتر وابستگی کشور کند. در مورد سوخت های فسیلی.5

از آنجایی که انرژی پاک بیشتر در شبکه های برق ادغام می شود، پیش بینی تولید انرژی تجدیدپذیر برای مدیریت یک منبع برق پایدار و انعطاف پذیر بسیار مهم می شود.پیش بینی انرژی های تجدیدپذیریک راه حل ساخته شده استAI، سنسورهایادگیری ماشینی،داده های جغرافیایی، تجزیه و تحلیل پیشرفته، بهترین داده های آب و هوا در کلاس و موارد دیگر برای ایجاد پیش بینی های دقیق و ثابت برای منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر مانند باد. پیش بینی های دقیق تر به اپراتورها کمک می کند تا فناوری های انرژی تجدیدپذیر بیشتری را در شبکه برق ادغام کنند. آنها با پیش بینی بهتر زمان افزایش یا کاهش تولید، کارایی و قابلیت اطمینان آن را بهبود می بخشند و هزینه های عملیاتی را کاهش می دهند. به عنوان مثال، امگا انرژیافزایش استفاده از انرژی های تجدیدپذیر با بهبود دقت پیش بینی-15% برای باد و 30% برای خورشید. این پیشرفت ها به افزایش کارایی تعمیر و نگهداری و به حداقل رساندن هزینه های عملیاتی کمک کرد.

برق آبی

سیستم های انرژی آبی از حرکت آب از جمله جریان رودخانه و جریان، انرژی دریایی و جزر و مدی، مخازن و سدها برای چرخاندن توربین ها برای تولید برق استفاده می کنند. طبق اعلام آژانس بین المللی انرژی، آب تا سال 2030 با فناوری های جدید هیجان انگیز در افق، بزرگترین تامین کننده انرژی پاک باقی خواهد ماند.

به عنوان مثال، آب در مقیاس کوچک از شبکه های کوچک و میکرو برای ارائه انرژی تجدیدپذیر به مناطق روستایی و مناطقی که زیرساخت های بزرگتر (مانند سدها) ممکن است امکان پذیر نباشد، استفاده می کند. با استفاده از پمپ، توربین یا چرخ آبی برای تبدیل جریان طبیعی رودخانه‌ها و نهرهای کوچک به برق، آبی در مقیاس کوچک منبع انرژی پایدار با کمترین تأثیر بر اکوسیستم‌های محلی را فراهم می‌کند. در بسیاری از موارد، جوامع می توانند به یک شبکه متمرکز متصل شوند و برق مازاد تولید شده را پس بفروشند.

در سال 2021، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) سه توربین ساخته شده از یک ماده کامپوزیت گرمانرم جدید که کمتر خورنده و قابل بازیافت تر از مواد سنتی است را در رودخانه شرقی شهر نیویورک قرار داد. توربین‌های جدید همان مقدار انرژی را در مدت زمان مشابه نمونه‌های قبلی خود تولید کردند، اما بدون آسیب ساختاری قابل تشخیص. برای استفاده گسترده به تصویب رسید.

زمین گرمایی

نیروگاه های زمین گرمایی (در مقیاس بزرگ) و پمپ های حرارتی زمین گرمایی (GHPs) (در مقیاس کوچک) گرمای داخل زمین را با استفاده از بخار یا هیدروکربن به الکتریسیته تبدیل می کنند. انرژی زمین گرمایی زمانی وابسته به مکان بود و نیاز به دسترسی به مخازن زمین گرمایی در اعماق پوسته زمین داشت. جدیدترین تحقیقات کمک می کند که زمین گرمایی بیشتر مکان یابی شود.

سیستم‌های زمین گرمایی پیشرفته (EGS) آب لازم را از زیر سطح زمین به جایی می‌رسانند که نیست، و تولید انرژی زمین‌گرمایی را در نقاطی در سراسر جهان که قبلاً امکان‌پذیر نبود، ممکن می‌سازد. و همانطور که فناوری ESG در حال تکامل است، بهره برداری از ذخایر تمام نشدنی گرمای زمین این پتانسیل را دارد که مقادیر بی حد و حصر انرژی پاک و کم هزینه را برای همه فراهم کند.

زیست توده

انرژی زیستی از زیست توده ای تولید می شود که از مواد آلی مانند گیاهان و جلبک ها تشکیل شده است. اگرچه زیست توده اغلب به عنوان تجدیدپذیر واقعی مورد بحث قرار می گیرد، انرژی زیستی امروزی یک منبع انرژی با انتشار تقریباً صفر است.

پیشرفت در سوخت های زیستی از جمله بیودیزل و بیواتانول بسیار هیجان انگیز است. محققان استرالیایی در حال بررسی تبدیل مواد آلی به سوخت های پایدار هوانوردی (SAF) هستند. این می تواند به کاهش انتشار کربن سوخت جت تا 80% کمک کند.8 در ایالت، دفتر فناوری های انرژی زیستی وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) در حال توسعه فناوری برای کمک به کاهش هزینه ها و اثرات زیست محیطی تولید بیوانرژی و محصولات زیستی و در عین حال بهبود آنها است. کیفیت.9

فناوری برای حمایت از آینده انرژی های تجدیدپذیر

اقتصاد انرژی پاک متکی به منابع انرژی تجدیدپذیر است که در برابر عوامل محیطی آسیب پذیر هستند و از آنجایی که بیشتر در شبکه های برق ادغام می شوند، فناوری برای کمک به مدیریت این خطرات بسیار مهم است. هوش محیطی آی‌بی‌ام می‌تواند به سازمان‌ها کمک کند تا با پیش‌بینی اختلالات احتمالی و کاهش پیش‌گیرانه خطر در طول عملیات و زنجیره‌های تامین گسترده، انعطاف‌پذیری و پایداری را افزایش دهند.

1 سوخت های فسیلی با کاهش شدید قیمت پنل های خورشیدی منسوخ می شوند(پیوند در خارج از ibm.com قرار دارد)، ایندیپندنت، 27 سپتامبر 2023.

2 گسترش عظیم انرژی های تجدیدپذیر دری را برای دستیابی به هدف جهانی سه برابری تعیین شده در COP28 باز می کند.(پیوند در خارج از ibm.com قرار دارد)، آژانس بین المللی انرژی، 11 ژانویه 2024.

3باد(پیوند در خارج از ibm.com قرار دارد)، آژانس بین المللی انرژی، 11 ژوئیه 2023.

4انرژی های تجدید پذیر - برق(پیوند در خارج از ibm.com قرار دارد)، آژانس بین المللی انرژی، ژانویه 2024.

5اقدامات جدید برای گسترش انرژی باد فراساحلی ایالات متحده(پیوند در خارج از ibm.com قرار دارد)، کاخ سفید، 15 سپتامبر 2022.

6برق آبی(پیوند خارج از ibm.com قرار دارد)، آژانس بین المللی انرژی، 11 ژوئیه 2023.

710 دستاورد مهم انرژی آب از سال 2021(پیوند در خارج از ibm.com قرار دارد)، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر، 18 ژانویه 2022.

8 برای قدرت بخشیدن به آینده ای که برای زندگی ساخته شده است(پیوند در خارج از ibm.com قرار دارد)، جت زیرو استرالیا، دسترسی به 11 ژانویه 2024.

9منابع کربن تجدید پذیر(پیوند در خارج از ibm.com قرار دارد)، دفتر بهره وری انرژی و انرژی های تجدیدپذیر، دسترسی به 28 دسامبر 2023.