Przyszłość energii odnawialnej

Słoneczny

Przekształcanie światła słonecznego w energię elektryczną odbywa się na dwa sposoby — fotowoltaika słoneczna (PV) lub koncentracja energii słonecznej i cieplnej (CSP). Najpopularniejsza metoda, fotowoltaika, gromadzi światło słoneczne za pomocą paneli słonecznych, przekształca je w energię elektryczną i przechowuje w akumulatorach do różnych zastosowań.

Ze względu na spadające ceny materiałów i postęp w procesach instalacyjnych koszt energii słonecznej spadł w ciągu ostatniej dekady o prawie 90%, dzięki czemu jest ona bardziej dostępna i opłacalna.1 Dalsze napędzanie tej sytuacji stanowi następna generacja technologii fotowoltaicznej, która produkuje lżejsze oraz bardziej elastyczne, wydajne i wydajne panele słoneczne, które mogą wytwarzać energię elektryczną nawet w okresach słabego nasłonecznienia.

Wytwarzanie energii słonecznej opiera się na systemach magazynowania energii (ESS) w celu zapewnienia spójnej dystrybucji, więc wraz ze wzrostem mocy wytwórczych systemy magazynowania muszą dotrzymać kroku. Na przykład udoskonalana jest technologia akumulatorów przepływowych, aby wspierać magazynowanie energii na skalę sieciową. Tania, niezawodna i skalowalna forma akumulatorów przepływowych ESS może pomieścić setki megawatogodzin energii elektrycznej na jednym ładowaniu. Umożliwia to przedsiębiorstwom użyteczności publicznej długoterminowe magazynowanie energii w okresach niskiej produkcji lub jej braku, pomagając w zarządzaniu obciążeniem i tworzeniu stabilnej i odpornej sieci energetycznej.

Rozszerzanie możliwości ESS staje się coraz ważniejszedekarbonizacjawysiłków i przyszłości czystej energii w miarę wzrostu mocy odnawialnych. Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) tylko w 2023 r. energia odnawialna zwiększyła swoją globalną moc o 50%, przy czym trzy czwarte tej mocy stanowią fotowoltaika. Oczekuje się, że w latach 2023–2028 moc produkcyjna energii odnawialnej wzrośnie o 7300 gigawatów, a wykorzystanie fotowoltaiki i lądowej energii wiatrowej co najmniej dwukrotnie przekroczy obecny poziom w Indiach, Brazylii, Europie i USA do roku 2028.2

Wiatr

Ludzie od pokoleń wykorzystują energię wiatru do wytwarzania energii mechanicznej i elektrycznej. Jako czyste, zrównoważone i opłacalne źródło energii, energia wiatrowa oferuje ogromny potencjał w zakresie zwiększenia przejścia na energię odnawialną na całym świecie przy minimalnym wpływie na ekosystemy. Na podstawie prognozy IEA oczekuje się, że do 2028 r. produkcja energii elektrycznej z wiatru wzrośnie ponad dwukrotnie do 350 gigawatów (GW)3, przy czym tylko w 2023 r. chiński rynek energii odnawialnej wzrośnie o 66%.4

Turbiny wiatrowe ewoluowały od małych, takich jak wiatraki do użytku domowego, do skali użytkowej w przypadku farm wiatrowych. Jednak niektóre z najbardziej ekscytujących osiągnięć w technologii wiatrowej dotyczą wytwarzania energii wiatrowej na morzu, a wiele projektów wiatrowych na morzu przenosi się na głębsze wody. Rozwijane są wielkoskalowe farmy wiatrowe, które mają na celu wykorzystanie silniejszych wiatrów na morzu w celu potencjalnego podwojenia ich mocy wytwórczej. We wrześniu 2022 r. Biały Dom ogłosił plany rozmieszczenia pływających morskich elektrowni wiatrowych o mocy 30 GW do 2030 r. Inicjatywa ta ma zapewnić 10 milionom kolejnych domów czystą energię, pomóc obniżyć koszty energii, wspierać miejsca pracy związane z czystą energią i jeszcze bardziej zmniejszyć zależność kraju od na paliwach kopalnych.5

W miarę włączania coraz większej ilości czystej energii do sieci elektroenergetycznych prognozowanie produkcji energii odnawialnej staje się kluczowe dla zarządzania stabilnymi i odpornymi dostawami energii elektrycznej.Prognozowanie energii odnawialnejto rozwiązanie, na którym się opieramyAI, czujniki,uczenie maszynowe,dane geoprzestrzenne, zaawansowaną analitykę, najlepsze w swojej klasie dane pogodowe i nie tylko, aby generować dokładne, spójne prognozy dla zmiennych zasobów energii odnawialnej, takich jak wiatr. Bardziej precyzyjne prognozy pomagają operatorom zintegrować więcej technologii energii odnawialnej z siecią elektroenergetyczną. Poprawiają wydajność i niezawodność poprzez lepsze przewidywanie, kiedy zwiększyć lub zmniejszyć produkcję, redukując w ten sposób koszty operacyjne. Na przykład Omega Energiazwiększone wykorzystanie odnawialnych źródeł energii poprzez poprawę dokładności prognozowania—15% dla energii wiatrowej i 30% dla energii słonecznej. Udoskonalenia te pomogły zwiększyć efektywność konserwacji i zminimalizować koszty operacyjne.

Energia wodna

Systemy energetyki wodnej wykorzystują ruch wody, w tym przepływ rzek i strumieni, energię morza i pływów, zbiorniki i tamy do obracania turbin w celu wytwarzania energii elektrycznej. Według MAE hydro pozostanie największym dostawcą czystej energii do 2030 r., a na horyzoncie pojawią się nowe, ekscytujące technologie6.

Na przykład małe elektrownie wodne wykorzystują mini- i mikrosieci do dostarczania energii odnawialnej obszarom wiejskim i obszarom, gdzie większa infrastruktura (taka jak tamy) może nie być wykonalna. Wykorzystując pompę, turbinę lub koło wodne do przekształcania naturalnego przepływu małych rzek i strumieni w energię elektryczną, małe elektrownie wodne zapewniają zrównoważone źródło energii przy minimalnym wpływie na lokalne ekosystemy. W wielu przypadkach społeczności mogą podłączyć się do scentralizowanej sieci i odsprzedać nadwyżkę wyprodukowanej energii.

W 2021 roku Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) umieściło w rzece East River w Nowym Jorku trzy turbiny wykonane z nowego termoplastycznego materiału kompozytowego, który jest mniej korodujący i łatwiejszy w recyklingu niż tradycyjne materiały. Nowe turbiny wygenerowały taką samą ilość energii w tym samym czasie co ich poprzedniczki, ale bez zauważalnych uszkodzeń konstrukcyjnych7. Testy w ekstremalnych warunkach są nadal konieczne, ale ten tani materiał nadający się do recyklingu może zrewolucjonizować rynek energii wodnej, jeśli przyjęte do powszechnego użytku.

Geotermalne

Elektrownie geotermalne (na dużą skalę) i geotermalne pompy ciepła (GHP) (na małą skalę) przekształcają ciepło z wnętrza Ziemi w energię elektryczną za pomocą pary lub węglowodoru. Energia geotermalna była kiedyś zależna od lokalizacji i wymagała dostępu do zbiorników geotermalnych głęboko pod skorupą ziemską. Najnowsze badania pomagają uczynić energię geotermalną bardziej niezależną od lokalizacji.

Ulepszone systemy geotermalne (EGS) dostarczają niezbędną wodę spod powierzchni Ziemi tam, gdzie jej nie ma, umożliwiając produkcję energii geotermalnej w miejscach na całym świecie, gdzie wcześniej nie było to możliwe. W miarę ewolucji technologii ESG wykorzystanie niewyczerpanych zasobów ciepła Ziemi może potencjalnie zapewnić wszystkim nieograniczone ilości czystej, taniej energii.

Biomasa

Bioenergię wytwarza się z biomasy składającej się z materiału organicznego, takiego jak rośliny i glony. Chociaż biomasa jest często kwestionowana jako prawdziwie odnawialna, dzisiejsza bioenergia jest źródłem energii o niemal zerowej emisji.

Szczególnie ekscytujący jest rozwój biopaliw, w tym biodiesla i bioetanolu. Naukowcy z Australii badają przekształcanie materiałów organicznych w zrównoważone paliwa lotnicze (SAF). Może to pomóc w ograniczeniu emisji dwutlenku węgla przez paliwo lotnicze nawet o 80%.8 W Stanach Zjednoczonych Biuro Technologii Bioenergetycznych (BETO) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) opracowuje technologię, która pomoże zmniejszyć koszty i wpływ produkcji bioenergii i bioproduktów na środowisko, jednocześnie poprawiając ich jakość.9

Technologia wspierająca przyszłość energii odnawialnej

Gospodarka oparta na czystej energii opiera się na odnawialnych źródłach energii, które są podatne na czynniki środowiskowe, a w miarę włączania ich coraz większej liczby do sieci elektroenergetycznych kluczowe znaczenie ma technologia pomagająca w zarządzaniu tym ryzykiem. IBM Environmental Intelligence może pomóc organizacjom zwiększyć odporność i zrównoważony rozwój, przewidując potencjalne zakłócenia i proaktywnie zmniejszając ryzyko w całej działalności operacyjnej i w rozszerzonych łańcuchach dostaw.

1 Paliwa kopalne „stają się przestarzałe” wraz ze spadkiem cen paneli słonecznych(link znajduje się poza witryną ibm.com), The Independent, 27 września 2023 r.

2 Masowa ekspansja energii odnawialnej otwiera drzwi do osiągnięcia globalnego celu potrojenia wyznaczonego na COP28(link znajduje się poza witryną ibm.com), Międzynarodowa Agencja Energetyczna, 11 stycznia 2024 r.

3Wiatr(link znajduje się poza witryną ibm.com), Międzynarodowa Agencja Energetyczna, 11 lipca 2023 r.

4Odnawialne źródła energii — energia elektryczna(link znajduje się poza witryną ibm.com), Międzynarodowa Agencja Energetyczna, styczeń 2024 r.

5Nowe działania mające na celu rozwój morskiej energetyki wiatrowej w USA(link znajduje się poza witryną ibm.com), Biały Dom, 15 września 2022 r.

6Hydroelektrownia(link prowadzi poza witrynę ibm.com), Międzynarodowa Agencja Energetyczna, 11 lipca 2023 r.

710 znaczących osiągnięć w dziedzinie energetyki wodnej od 2021 r(link znajduje się poza witryną ibm.com), Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej, 18 stycznia 2022 r.

8 Aby zasilić przyszłość zbudowaną na całe życie(link znajduje się poza witryną ibm.com), Jet Zero Australia, dostęp: 11 stycznia 2024 r.

9Odnawialne zasoby węgla(link znajduje się poza witryną ibm.com), Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, dostęp: 28 grudnia 2023 r.