Framtíð endurnýjanlegrar orku

Sól

Umbreyting sólarljóss í raforku gerist á tvo vegu - sólarljós (PV) eða samþjöppun sólarvarma (CSP). Algengasta aðferðin, PV, safnar sólarljósi með því að nota sólarplötur, breytir því í raforku og geymir það í rafhlöðum til margvíslegra nota.

Vegna lækkandi efnisverðs og framfara í uppsetningarferlum hefur kostnaður við sólarorku lækkað um næstum 90% undanfarinn áratug, sem gerir hana aðgengilegri og hagkvæmari.1 Að tengja þetta enn frekar er næsta kynslóð sólarorkutækni sem er að framleiða léttari og sveigjanlegri, öflugri og skilvirkari sólarrafhlöður sem geta framleitt rafmagn jafnvel þegar sólarljós er lítið.

Framleiðsla sólarorku byggir á orkugeymslukerfum (ESS) fyrir stöðuga dreifingu - þannig að þegar framleiðslugetan eykst verða geymslukerfi að halda í við. Til dæmis er verið að bæta flæði rafhlöðutækni til að styðja við orkugeymslu á neti. Lággjalda, áreiðanleg og stigstærð form af ESS, flæðisrafhlöður geta haldið hundruðum megavattstunda af rafmagni á einni hleðslu. Þetta gerir veitum kleift að geyma orku til langs tíma í tímabil þar sem framleiðsla er lítil eða ekki, hjálpar til við að stjórna álagi og búa til stöðugt og seigur raforkukerfi.

Útvíkkun ESS getu verður sífellt mikilvægari fyrirkolefnislosunviðleitni og hreinni orku framtíð eftir því sem endurnýjanleg orkugeta stækkar. Samkvæmt Alþjóðaorkumálastofnuninni (IEA), árið 2023 einni og sér, jók endurnýjanleg orka getu sína á heimsvísu um 50%, þar sem sólarorka var þrír fjórðu af þeirri afkastagetu. Og á tímabilinu 2023 til 2028 er gert ráð fyrir að endurnýjanleg raforkugeta aukist um 7.300 gígavött með sólarorku og vindorkunotkun á landi sem búist er við að muni að minnsta kosti tvöfaldast á við núverandi gildi í Indlandi, Brasilíu, Evrópu og Bandaríkjunum til 2028.2

Vindur

Menn hafa notað vindorku til að búa til vélræna og raforku í kynslóðir. Sem hrein, sjálfbær og hagkvæm orkugjafi býður vindorka gríðarlega möguleika til að auka umskipti endurnýjanlegrar orku um allan heim með lágmarksáhrifum á vistkerfi. Byggt á spá IEA er gert ráð fyrir að vindrafmagnsframleiðsla muni meira en tvöfaldast í 350 gígavött (GW) fyrir árið 20283 með endurnýjanlegri orkumarkaði Kína að aukast um 66% árið 2023 eingöngu.4

Vindmyllur hafa þróast úr smærri, eins og vindmyllum til heimilisnota, yfir í nytjastærð fyrir vindorkuver. En einhver mest spennandi þróunin í vindtækni er í vindorkuvinnslu á hafi úti, með mörgum vindframkvæmdum á hafi úti á dýpri vatni. Verið er að þróa stórfelldar vindorkuver til að virkja sterkari vindorku á hafinu til að hugsanlega tvöfalda getu vindorku á hafi úti. Í september 2022 tilkynnti Hvíta húsið áform um að beita 30 GW af fljótandi vindorku á hafi úti fyrir árið 2030. Þetta framtak á að útvega 10 milljónum fleiri heimila hreina orku, hjálpa til við að lækka orkukostnað, styðja við hreina orkustörf og draga enn frekar úr trausti landsins. um jarðefnaeldsneyti.5

Eftir því sem meiri hrein orka er samþætt raforkukerfi, verður spá um endurnýjanlega orkuframleiðslu mikilvægt til að stjórna stöðugu, seigur rafveitu.Spá um endurnýjanlega orkuer lausn byggð áAI, skynjarar,vélanám,landfræðileg gögn, háþróaðar greiningar, bestu veðurgögn í flokki og fleira til að búa til nákvæmar, samkvæmar spár fyrir breytilegar endurnýjanlegar orkuauðlindir eins og vind. Nákvæmari spár hjálpa rekstraraðilum að samþætta fleiri endurnýjanlega orkutækni inn í raforkukerfið. Þeir bæta skilvirkni þess og áreiðanleika með því að spá betur fyrir um hvenær eigi að hækka framleiðsluna upp eða niður, og lækka rekstrarkostnað. Til dæmis, Omega Energiaaukin nýtingu endurnýjanlegrar orku með því að bæta spánákvæmni—15% fyrir vind og 30% fyrir sól. Þessar endurbætur hjálpuðu til við að auka skilvirkni viðhalds og lágmarka rekstrarkostnað.

Vatnsafl

Orkukerfi vatnsorku nota vatnshreyfingar, þar með talið rennsli ána og strauma, sjávar- og sjávarfallaorku, uppistöðulón og stíflur til að snúa hverflum til að framleiða rafmagn. Samkvæmt IEA mun vatnsaflsvirkjun áfram vera stærsti hreinn orkuveitan til 2030 með spennandi nýja tækni í sjóndeildarhringnum.6

Til dæmis notar vatnsaflsvirkjun í litlum mæli smá- og örnet til að veita endurnýjanlegri orku til dreifbýlissvæða og svæða þar sem stærri innviðir (svo sem stíflur) gætu ekki verið framkvæmanlegar. Með því að nota dælu, túrbínu eða vatnshjól til að breyta náttúrulegu rennsli lítilla áa og lækja í raforku, veitir smávatnsvatn sjálfbæran orkugjafa með lágmarksáhrifum á staðbundin vistkerfi. Í mörgum tilfellum geta samfélög tengst miðlægu neti og selt til baka umframafl sem framleitt er.

Árið 2021 setti National Renewable Energy Laboratory (NREL) þrjár hverfla úr nýju hitaþolnu samsettu efni sem er minna tæranlegt og endurvinnanlegra en hefðbundin efni í East River New York borgar. Nýju túrbínurnar sköpuðu sama magni af orku á sama tíma og forverar þeirra en án þess að sjáanlegar skemmdir urðu á burðarvirki.7 Ennþá eru miklar ástandsprófanir nauðsynlegar, en þetta ódýra, endurvinnanlega efni hefur tilhneigingu til að gjörbylta vatnsaflsmarkaði ef samþykkt til víðtækrar notkunar.

Jarðhiti

Jarðvarmavirkjanir (stórar) og jarðvarmadælur (GHP) (smáskala) umbreyta varma úr innri jörðu í rafmagn með gufu eða kolvetni. Jarðhiti var einu sinni staðsetningarháður - sem krafðist aðgangs að jarðhitageymum djúpt undir jarðskorpunni. Nýjustu rannsóknir hjálpa til við að gera jarðhitann staðsetningarvitlausari.

Aukið jarðhitakerfi (EGS) færir nauðsynlegt vatn frá undir yfirborði jarðar þangað sem það er ekki, sem gerir jarðhitavinnslu kleift á stöðum um allan heim þar sem það var ekki hægt áður. Og eftir því sem ESG tæknin þróast hefur það að nýta ótæmandi hitabirgðir jarðar möguleika á að útvega endalaust magn af hreinni, ódýrri orku fyrir alla.

Lífmassi

Líforka er mynduð úr lífmassa sem samanstendur af lífrænu efni eins og plöntum og þörungum. Þrátt fyrir að oft sé deilt um lífmassi sem raunverulega endurnýjanlegan, er líforka nútímans nærri núlllosandi orkugjafi.

Þróun í lífeldsneyti þar á meðal lífdísil og lífetanóli er sérstaklega spennandi. Vísindamenn í Ástralíu eru að kanna að breyta lífrænu efni í sjálfbært flugeldsneyti (SAF). Þetta gæti hjálpað til við að draga úr kolefnislosun þotueldsneytis um allt að 80%.8 Stateside, US Department of Energy (DOE) Bioenergy Technologies Office (BETO) er að þróa tækni til að hjálpa til við að draga úr kostnaði og umhverfisáhrifum líforku og framleiðslu lífafurða á sama tíma og þau bæta gæði.9

Tækni til að styðja við framtíð endurnýjanlegrar orku

Hreint orkuhagkerfi byggir á endurnýjanlegum orkugjöfum sem eru viðkvæmir fyrir umhverfisþáttum og eftir því sem fleiri eru teknir inn í raforkukerfi er tækni til að hjálpa til við að stjórna þeirri áhættu afgerandi. IBM Environmental Intelligence getur hjálpað fyrirtækjum að efla seiglu og sjálfbærni með því að sjá fyrir hugsanlegar truflanir og draga fyrirbyggjandi úr áhættu í allri starfsemi og útvíkkuðum aðfangakeðjum.

1 Jarðefnaeldsneyti „úrelt“ þegar verð á sólarrafhlöðum hríðlækkar(tengill er fyrir utan ibm.com), The Independent, 27. september 2023.

2 Mikil stækkun endurnýjanlegrar orku opnar dyr til að ná alþjóðlegu þreföldunarmarkmiðinu sem sett var á COP28(tengill er utan ibm.com), Alþjóðaorkumálastofnunin, 11. janúar 2024.

3Vindur(tengill er fyrir utan ibm.com), Alþjóðaorkumálastofnunin, 11. júlí 2023.

4Endurnýjanlegar orkugjafir—rafmagn(tengill er fyrir utan ibm.com), Alþjóðaorkumálastofnunin, janúar 2024.

5Nýjar aðgerðir til að auka bandaríska vindorku á hafi úti(tengill er fyrir utan ibm.com), Hvíta húsið, 15. september 2022.

6Vatnsafl(tengill er utan ibm.com), Alþjóðaorkumálastofnunin, 11. júlí 2023.

710 mikilvæg afrek í vatnsafli frá 2021(tengill er fyrir utan ibm.com), National Renewable Energy Laboratory, 18. janúar 2022.

8 Til að knýja framtíð sem er byggð fyrir lífið(tengill er fyrir utan ibm.com), Jet Zero Australia, skoðaður 11. janúar 2024.

9Endurnýjanlegar kolefnisauðlindir(tengill er fyrir utan ibm.com), Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, skoðaður 28. desember 2023.