עתיד האנרגיה המתחדשת

סוֹלָרִי

המרת אור השמש לאנרגיה חשמלית מתרחשת בשתי דרכים - פוטו סולאריים (PV) או ריכוז אנרגיה סולארית-תרמית (CSP). השיטה הנפוצה ביותר, PV סולארי, אוספת את אור השמש באמצעות פאנלים סולאריים, ממירה אותו לאנרגיה חשמלית ומאחסנת אותו בסוללות למגוון שימושים.

עקב ירידת מחירי החומרים והתקדמות בתהליכי ההתקנה, עלות האנרגיה הסולארית ירדה בכמעט 90% בעשור האחרון, מה שהופך אותה לנגישה וחסכונית יותר.1 גורם לתדלוק נוסף הוא הדור הבא של טכנולוגיית PV סולארי שמייצר קל יותר ופאנלים סולאריים גמישים, חזקים ויעילים יותר שיכולים לייצר חשמל גם בתקופות של אור שמש נמוך.

ייצור אנרגיה סולארית מסתמך על מערכות אחסון אנרגיה (ESS) לצורך הפצה עקבית - כך שככל שקיבולת הייצור גדלה, מערכות האחסון חייבות לעמוד בקצב. לדוגמה, טכנולוגיית סוללת הזרימה משתפרת כדי לתמוך באחסון אנרגיה בקנה מידה רשת. בעלות נמוכה, אמינה וניתנת להרחבה של סוללות ESS, יכולות להחזיק מאות מגה וואט שעות של חשמל בטעינה אחת. זה מאפשר לחברות שירות לאחסן אנרגיה לטווח ארוך לתקופות של ייצור נמוך או לא, ומסייע בניהול עומס ויצירת רשת חשמל יציבה וגמישה.

הרחבת יכולות ESS הופכת חשובה יותר ויותרדקרבוניזציהמאמצים ועתיד אנרגיה נקייה עם התרחבות קיבולת החשמל המתחדשת. לפי סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA), בשנת 2023 לבדה, האנרגיה המתחדשת הגדילה את הקיבולת הגלובלית שלה ב-50%, כאשר PV סולארי מהווה שלושה רבעים מהקיבולת הזו. ובתקופה שבין 2023 ל-2028, קיבולת החשמל המתחדשת צפויה לגדול ב-7,300 ג'יגה וואט עם שימוש ב-PV סולארי וברוח יבשתית שצפוי להכפיל לפחות את הרמות הנוכחיות בהודו, ברזיל, אירופה וארה"ב עד 2028.2

רוּחַ

בני אדם משתמשים בכוח הרוח ליצירת אנרגיה מכנית וחשמלית במשך דורות. כמקור חשמל נקי, בר קיימא וחסכוני, אנרגיית הרוח מציעה פוטנציאל עצום להגביר את מעבר האנרגיה המתחדשת על פני הגלובוס עם השפעה מינימלית על מערכות אקולוגיות. בהתבסס על תחזית ה-IEA, ייצור חשמל רוח צפוי להכפיל את עצמו יותר מ-350 ג'יגה וואט (GW) עד 20283, כאשר שוק האנרגיה המתחדשת של סין יגדל ב-66% ב-2023 לבדה.4

טורבינות רוח התפתחו מקנה מידה קטן, כמו טחנות רוח לשימוש ביתי, לקנה מידה שימושי עבור חוות רוח. אבל כמה מהפיתוחים המרגשים ביותר בטכנולוגיית הרוח הם בייצור כוח רוח בים, עם פרויקטי רוח ימיים רבים מנווטים למים עמוקים יותר. חוות רוח בקנה מידה גדול מפותחות כדי לרתום רוחות ימיות חזקות יותר כדי להכפיל את קיבולת כוח הרוח הימית. בספטמבר 2022, הבית הלבן הכריז על תוכניות לפרוס 30 GW של כוח רוח ימי צף עד שנת 2030. יוזמה זו אמורה לספק ל-10 מיליון בתים נוספים אנרגיה נקייה, לסייע בהורדת עלויות האנרגיה, לתמוך בעבודות אנרגיה נקייה ולהפחית עוד יותר את תלות המדינה על דלקים מאובנים.5

ככל שמשולבת יותר אנרגיה נקייה ברשתות החשמל, חיזוי ייצור אנרגיה מתחדשת הופך להיות חיוני לניהול אספקת חשמל יציבה ועמידה.חיזוי אנרגיה מתחדשתהוא פתרון שנבנה עליוAI, חיישנים,למידת מכונה,נתונים גיאו-מרחביים, ניתוחים מתקדמים, נתוני מזג אוויר מהטובים מסוגו ועוד כדי ליצור תחזיות מדויקות ועקביות עבור משאבי אנרגיה מתחדשים משתנים כמו רוח. תחזיות מדויקות יותר עוזרות למפעילים לשלב יותר טכנולוגיות אנרגיה מתחדשת ברשת החשמל. הם משפרים את היעילות והאמינות שלו על ידי הקרנה טובה יותר של מתי להגביר או להקטין את הייצור, מה שמפחית את עלויות התפעול. לדוגמה, אומגה אנרגיההגברת ניצול האנרגיה המתחדשת על ידי שיפור דיוק התחזית-15% לרוח ו-30% לשמש. שיפורים אלה עזרו להגביר את יעילות התחזוקה ולמזער את עלויות התפעול.

כוח מים

מערכות אנרגית אנרגיה הידרו משתמשות בתנועת מים כולל זרימת נהרות ונחלים, אנרגיית ימית וגאות, מאגרים וסכרים כדי לסובב טורבינות לייצור חשמל. לפי ה-IEA, הידרו תישאר ספקית האנרגיה הנקייה הגדולה ביותר עד שנת 2030 עם טכנולוגיות חדשות ומרגשות באופק.6

לדוגמה, הידרו בקנה מידה קטן משתמש ברשתות מיני ומיקרו כדי לספק אנרגיה מתחדשת לאזורים כפריים ואזורים שבהם תשתית גדולה יותר (כגון סכרים) עשויה להיות בלתי אפשרית. באמצעות משאבה, טורבינה או גלגל מים כדי להמיר את הזרימה הטבעית של נהרות ונחלים קטנים לחשמל, הידרו בקנה מידה קטן מספק מקור אנרגיה בר קיימא עם השפעה מינימלית על מערכות אקולוגיות מקומיות. במקרים רבים, קהילות יכולות להתחבר לרשת מרוכזת ולמכור בחזרה את עודפי החשמל שהופקו.

בשנת 2021, המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) הציבה שלוש טורבינות העשויות מחומר מרוכב תרמופלסטי חדש שפחות ניתנת לחלודה וניתן למחזור יותר מחומרים מסורתיים לתוך איסט ריבר בניו יורק. הטורבינות החדשות ייצרו את אותה כמות אנרגיה באותו פרק זמן כמו קודמותיהן, אך ללא נזק מבני ניכר.7 עדיין יש צורך בבדיקות מצב קיצוניות, אך לחומר הניתן למחזור בעלות נמוכה זו יש פוטנציאל לחולל מהפכה בשוק אנרגיה הידרומית אם אומצה לשימוש נרחב.

גיאותרמית

תחנות כוח גיאותרמיות (בקנה מידה גדול) ומשאבות חום גיאותרמיות (GHPs) (בקנה מידה קטן) ממירות חום מבפנים כדור הארץ לחשמל באמצעות קיטור או פחמימנים. אנרגיה גיאותרמית הייתה פעם תלוית מיקום - דרושה גישה למאגרים גיאותרמיים עמוק מתחת לקרום כדור הארץ. המחקר האחרון עוזר להפוך את הגיאותרמית לאגנוסטית יותר במיקום.

מערכות גיאותרמיות משופרות (EGS) מביאות את המים הדרושים מתחת לפני השטח של כדור הארץ למקום שבו הם אינם, ומאפשרות הפקת אנרגיה גיאותרמית במקומות ברחבי העולם שבהם זה לא היה אפשרי קודם לכן. וככל שטכנולוגיית ESG מתפתחת, ניצול אספקת החום הבלתי נדלית של כדור הארץ יש לו פוטנציאל לספק כמויות בלתי מוגבלות של אנרגיה נקייה ובעלות נמוכה לכולם.

ביומסה

ביו-אנרגיה מופקת מביומסה המורכבת מחומר אורגני כמו צמחים ואצות. למרות שלעתים קרובות יש מחלוקת על ביומסה כמתחדשת באמת, הביו-אנרגיה של היום היא מקור אנרגיה כמעט אפס פליטת.

ההתפתחויות בתחום הדלק הביולוגי כולל ביו-דיזל וביואתנול מרגשים במיוחד. חוקרים באוסטרליה בוחנים המרת חומר אורגני לדלק תעופה בר-קיימא (SAF). זה עשוי לסייע בהפחתת פליטת פחמן של דלק סילוני בעד 80%.8 בצד המדינה, משרד הביו-אנרגיה של משרד האנרגיה (DOE) של משרד האנרגיה האמריקאי (BETO) מפתח טכנולוגיה שתעזור להפחית את העלויות וההשפעות הסביבתיות של ייצור ביו-אנרגיה וייצור ביולוגי, תוך שיפור איכות.9

טכנולוגיה לתמיכה בעתיד האנרגיה המתחדשת

כלכלת אנרגיה נקייה מסתמכת על מקורות אנרגיה מתחדשים הפגיעים לגורמים סביבתיים וככל שיותר משולבים ברשתות החשמל, טכנולוגיה שתסייע בניהול הסיכונים הללו היא חיונית. IBM Environmental Intelligence יכולה לעזור לארגונים להגביר את החוסן והקיימות על ידי ציפייה לשיבושים פוטנציאליים והפחתת סיכונים באופן יזום לאורך הפעילות ושרשרת האספקה ​​המורחבת.

1 דלקים מאובנים 'התיישנו' כאשר מחירי הפאנלים הסולאריים צונחים(קישור נמצא מחוץ ל-ibm.com), The Independent, 27 בספטמבר 2023.

2 התרחבות מסיבית של אנרגיה מתחדשת פותחת דלת להשגת יעד שילוש עולמי שנקבע ב-COP28(קישור נמצא מחוץ ל-ibm.com), סוכנות האנרגיה הבינלאומית, 11 בינואר 2024.

3רוּחַ(קישור נמצא מחוץ ל-ibm.com), סוכנות האנרגיה הבינלאומית, 11 ביולי 2023.

4אנרגיה מתחדשת - חשמל(קישור נמצא מחוץ ל-ibm.com), סוכנות האנרגיה הבינלאומית, ינואר 2024.

5פעולות חדשות להרחבת אנרגיית הרוח הימית בארה"ב(קישור נמצא מחוץ ל-ibm.com), הבית הלבן, 15 בספטמבר 2022.

6הידרואלקטריות(הקישור נמצא מחוץ ל-ibm.com), סוכנות האנרגיה הבינלאומית, 11 ביולי 2023.

710 הישגי כוח מים משמעותיים משנת 2021(הקישור נמצא מחוץ ל-ibm.com), המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת, 18 בינואר 2022.

8 להניע עתיד שנבנה לחיים(הקישור נמצא מחוץ ל-ibm.com), Jet Zero Australia, ניגש ל-11 בינואר 2024.

9משאבי פחמן מתחדשים(הקישור נמצא מחוץ ל-ibm.com), Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, הגישה ל-28 בדצמבר 2023.