De toekomst van hernieuwbare energie

Zonne

Het omzetten van zonlicht in elektrische energie gebeurt op twee manieren: fotovoltaïsche zonne-energie (PV) of het concentreren van thermische zonne-energie (CSP). De meest gebruikelijke methode, zonne-energie, verzamelt zonlicht met behulp van zonnepanelen, zet het om in elektrische energie en slaat het op in batterijen voor verschillende doeleinden.

Als gevolg van dalende materiaalprijzen en verbeteringen in installatieprocessen zijn de kosten van zonne-energie de afgelopen tien jaar met bijna 90% gedaald, waardoor deze toegankelijker en kosteneffectiever is geworden.1 Dit wordt nog verder aangewakkerd door de volgende generatie zonne-energietechnologie die lichtere energie produceert en flexibelere, krachtige en efficiënte zonnepanelen die zelfs tijdens perioden met weinig zonlicht elektriciteit kunnen opwekken.

De opwekking van zonne-energie is voor een consistente distributie afhankelijk van energieopslagsystemen (ESS). Naarmate de opwekkingscapaciteit toeneemt, moeten de opslagsystemen gelijke tred houden. De flowbatterijtechnologie wordt bijvoorbeeld verbeterd om energieopslag op netschaal te ondersteunen. Flow-batterijen zijn een goedkope, betrouwbare en schaalbare vorm van ESS en kunnen honderden megawattuur elektriciteit bevatten op één lading. Hierdoor kunnen nutsbedrijven energie langdurig opslaan voor perioden van lage of niet-productie, waardoor de belasting wordt beheerd en een stabiel en veerkrachtig elektriciteitsnet wordt gecreëerd.

Het uitbreiden van de ESS-mogelijkheden wordt steeds belangrijkerhet koolstofvrij makeninspanningen en een schone energietoekomst naarmate de capaciteit voor hernieuwbare energie toeneemt. Volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) heeft duurzame energie alleen al in 2023 de mondiale capaciteit met 50% vergroot, waarbij zonne-energie driekwart van die capaciteit uitmaakte. En in de periode tussen 2023 en 2028 zal de capaciteit voor hernieuwbare elektriciteit naar verwachting met 7.300 gigawatt groeien, waarbij het gebruik van zonne-energie en windenergie op land naar verwachting tot 2028 minstens zal verdubbelen ten opzichte van de huidige niveaus in India, Brazilië, Europa en de VS.2

Wind

Mensen gebruiken windenergie al generaties lang om mechanische en elektrische energie op te wekken. Als schone, duurzame en kosteneffectieve energiebron biedt windenergie een enorm potentieel om de transitie naar hernieuwbare energie over de hele wereld te vergroten met minimale impact op ecosystemen. Op basis van de IEA-voorspelling wordt verwacht dat de opwekking van windenergie tegen 2028 ruim zal verdubbelen tot 350 gigawatt (GW)3, waarbij de Chinese markt voor hernieuwbare energie alleen al in 2023 met 66% zal toenemen.4

Windturbines zijn geëvolueerd van kleinschalig, zoals windmolens voor huishoudelijk gebruik, naar utiliteitsschaal voor windparken. Maar enkele van de meest opwindende ontwikkelingen op het gebied van windtechnologie vinden plaats op het gebied van de opwekking van windenergie op zee, waarbij veel offshore windprojecten zich naar diepere wateren begeven. Er worden grootschalige windparken ontwikkeld om sterkere offshore-winden te benutten en zo de capaciteit voor offshore-windenergie mogelijk te verdubbelen. In september 2022 kondigde het Witte Huis plannen aan om tegen 2030 30 GW drijvende windenergie op zee in te zetten. Dit initiatief moet 10 miljoen extra huizen van schone energie voorzien, de energiekosten helpen verlagen, banen in schone energie ondersteunen en de afhankelijkheid van het land verder verminderen. over fossiele brandstoffen.5

Naarmate er meer schone energie in de elektriciteitsnetten wordt geïntegreerd, wordt het voorspellen van de productie van hernieuwbare energie cruciaal voor het beheer van een stabiele, veerkrachtige elektriciteitsvoorziening.Voorspelling van hernieuwbare energiebronnenis een oplossing waarop is voortgebouwdAI, sensoren,machinaal leren,georuimtelijke gegevens, geavanceerde analyses, eersteklas weergegevens en meer om nauwkeurige, consistente voorspellingen te genereren voor variabele hernieuwbare energiebronnen zoals wind. Nauwkeurigere voorspellingen helpen exploitanten meer duurzame energietechnologieën in het elektriciteitsnet te integreren. Ze verbeteren de efficiëntie en betrouwbaarheid door beter te voorspellen wanneer de productie moet worden op- of afgebouwd, waardoor de bedrijfskosten worden verlaagd. Omega Energia bijvoorbeeldhet gebruik van hernieuwbare energiebronnen te vergroten door de nauwkeurigheid van de voorspellingen te verbeteren—15% voor windenergie en 30% voor zonne-energie. Deze verbeteringen hebben ertoe bijgedragen dat de onderhoudsefficiëntie is verbeterd en de bedrijfskosten zijn geminimaliseerd.

Waterkracht

Waterkrachtenergiesystemen maken gebruik van waterbeweging, inclusief rivier- en stroomstroming, zee- en getijdenenergie, reservoirs en dammen om turbines te laten draaien om elektriciteit op te wekken. Volgens het IEA zal waterkracht tot 2030 de grootste leverancier van schone energie blijven, met opwindende nieuwe technologieën in het verschiet.6

Kleinschalige waterkrachtcentrales maken bijvoorbeeld gebruik van mini- en micronetwerken om hernieuwbare energie te leveren aan plattelandsgebieden en gebieden waar grotere infrastructuur (zoals dammen) mogelijk niet haalbaar is. Door gebruik te maken van een pomp, turbine of waterrad om de natuurlijke stroming van kleine rivieren en beken om te zetten in elektriciteit, levert kleinschalige waterkracht een duurzame energiebron met minimale impact op lokale ecosystemen. In veel gevallen kunnen gemeenschappen zich aansluiten op een gecentraliseerd elektriciteitsnet en de overtollige geproduceerde energie terugverkopen.

In 2021 plaatste het National Renewable Energy Laboratory (NREL) drie turbines gemaakt van een nieuw thermoplastisch composietmateriaal dat minder corrosief en beter recyclebaar is dan traditionele materialen in de East River van New York City. De nieuwe turbines genereerden in dezelfde tijd dezelfde hoeveelheid energie als hun voorgangers, maar zonder waarneembare structurele schade.7 Testen onder extreme omstandigheden is nog steeds nodig, maar dit goedkope, recyclebare materiaal heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de waterkrachtmarkt als aangenomen voor wijdverbreid gebruik.

Geothermisch

Geothermische energiecentrales (grootschalig) en geothermische warmtepompen (GHP's) (kleinschalig) zetten warmte uit het binnenland van de aarde om in elektriciteit met behulp van stoom of koolwaterstof. Geothermische energie was ooit locatieafhankelijk en vereiste toegang tot geothermische reservoirs diep onder de aardkorst. Het nieuwste onderzoek helpt geothermie meer locatie-agnostisch te maken.

Verbeterde geothermische systemen (EGS) brengen het noodzakelijke water van onder het aardoppervlak naar plaatsen waar het niet is, waardoor de productie van geothermische energie mogelijk wordt op plaatsen over de hele wereld waar dit voorheen niet mogelijk was. En naarmate de ESG-technologie zich verder ontwikkelt, heeft het aanboren van de onuitputtelijke warmtevoorraad van de aarde het potentieel om onbeperkte hoeveelheden schone, goedkope energie voor iedereen te leveren.

Biomassa

Bio-energie wordt opgewekt uit biomassa die bestaat uit organisch materiaal zoals planten en algen. Hoewel biomassa vaak wordt betwist als echt hernieuwbaar, is de huidige bio-energie een vrijwel emissievrije energiebron.

Vooral de ontwikkelingen op het gebied van biobrandstoffen, waaronder biodiesel en bio-ethanol, zijn opwindend. Onderzoekers in Australië onderzoeken de omzetting van organisch materiaal in duurzame vliegtuigbrandstoffen (SAF). Dit zou de CO2-uitstoot van vliegtuigbrandstoffen met wel 80% kunnen helpen verminderen.8 In de Verenigde Staten ontwikkelt het Bioenergy Technologies Office (BETO) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) technologie om de kosten en de milieueffecten van de productie van bio-energie en bioproducten te helpen verminderen en tegelijkertijd de productie ervan te verbeteren. kwaliteit.9

Technologie ter ondersteuning van de toekomst van hernieuwbare energie

Een schone energie-economie is afhankelijk van hernieuwbare energiebronnen die kwetsbaar zijn voor omgevingsfactoren. Naarmate er meer energiebronnen in de elektriciteitsnetten worden opgenomen, is technologie om deze risico's te helpen beheersen van cruciaal belang. IBM Environmental Intelligence kan organisaties helpen de veerkracht en duurzaamheid te vergroten door te anticiperen op potentiële verstoringen en proactief risico's te verminderen tijdens de gehele bedrijfsvoering en uitgebreide toeleveringsketens.

1 Fossiele brandstoffen raken 'verouderd' nu de prijzen van zonnepanelen kelderen(link bevindt zich buiten ibm.com), The Independent, 27 september 2023.

2 De enorme uitbreiding van hernieuwbare energie opent de deur naar het bereiken van de mondiale verdrievoudiging van de doelstelling die op COP28 is gesteld(link bevindt zich buiten ibm.com), International Energy Agency, 11 januari 2024.

3Wind(link bevindt zich buiten ibm.com), International Energy Agency, 11 juli 2023.

4Hernieuwbare energiebronnen – elektriciteit(link bevindt zich buiten ibm.com), International Energy Agency, januari 2024.

5Nieuwe acties om de Amerikaanse offshore windenergie uit te breiden(link bevindt zich buiten ibm.com), The White House, 15 september 2022.

6Waterkracht(link bevindt zich buiten ibm.com), International Energy Agency, 11 juli 2023.

710 belangrijke prestaties op het gebied van waterkracht vanaf 2021(link bevindt zich buiten ibm.com), National Renewable Energy Laboratory, 18 januari 2022.

8 Om een ​​toekomst te creëren die gebouwd is voor het leven(link bevindt zich buiten ibm.com), Jet Zero Australia, geraadpleegd op 11 januari 2024.

9Hernieuwbare koolstofbronnen(link bevindt zich buiten ibm.com), Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, geraadpleegd op 28 december 2023.