O futuro das energias renováveis

Solar

A conversão da luz solar em energia elétrica ocorre de duas maneiras: energia solar fotovoltaica (PV) ou concentração de energia solar térmica (CSP). O método mais comum, a energia solar fotovoltaica, coleta a luz solar por meio de painéis solares, converte-a em energia elétrica e armazena-a em baterias para diversos usos.

Devido à diminuição dos preços dos materiais e aos avanços nos processos de instalação, o custo da energia solar caiu quase 90% na última década, tornando-a mais acessível e económica.1 A próxima geração de tecnologia solar fotovoltaica que está a produzir energia mais leve e painéis solares mais flexíveis, potentes e eficientes que podem gerar eletricidade mesmo durante períodos de pouca luz solar.

A geração de energia solar depende de sistemas de armazenamento de energia (ESS) para uma distribuição consistente – portanto, à medida que a capacidade de geração aumenta, os sistemas de armazenamento devem acompanhar o ritmo. Por exemplo, a tecnologia de baterias de fluxo está a ser melhorada para apoiar o armazenamento de energia à escala da rede. Uma forma de ESS de baixo custo, confiável e escalável, as baterias de fluxo podem armazenar centenas de megawatts-hora de eletricidade com uma única carga. Isto permite que as concessionárias armazenem energia a longo prazo para períodos de baixa ou não produção, ajudando a gerir a carga e a criar uma rede elétrica estável e resiliente.

Ampliar as capacidades do ESS torna-se cada vez mais importante paradescarbonizaçãoesforços e um futuro de energia limpa à medida que a capacidade de energia renovável se expande. De acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE), só em 2023, as energias renováveis ​​aumentaram a sua capacidade global em 50%, com a energia solar fotovoltaica a representar três quartos dessa capacidade. E no período entre 2023 e 2028, espera-se que a capacidade de eletricidade renovável cresça em 7.300 gigawatts, com a energia solar fotovoltaica e a utilização de energia eólica onshore a pelo menos duplicar em relação aos níveis atuais na Índia, no Brasil, na Europa e nos EUA até 2028.2

Vento

Os humanos têm usado a energia eólica para gerar energia mecânica e elétrica há gerações. Sendo uma fonte de energia limpa, sustentável e económica, a energia eólica oferece um imenso potencial para aumentar a transição para as energias renováveis ​​em todo o mundo, com um impacto mínimo nos ecossistemas. Com base na previsão da AIE, espera-se que a produção de electricidade eólica mais do que duplique, para 350 gigawatts (GW) até 20283, com o mercado de energias renováveis ​​da China a aumentar 66% só em 2023.4

As turbinas eólicas evoluíram de pequena escala, como moinhos de vento para uso doméstico, para escala de utilidade para parques eólicos. Mas alguns dos desenvolvimentos mais interessantes na tecnologia eólica estão na geração de energia eólica offshore, com muitos projetos eólicos offshore navegando em águas mais profundas. Parques eólicos de grande escala estão a ser desenvolvidos para aproveitar ventos offshore mais fortes e potencialmente duplicar a capacidade de energia eólica offshore. Em setembro de 2022, a Casa Branca anunciou planos para implantar 30 GW de energia eólica offshore flutuante até 2030. Esta iniciativa visa fornecer energia limpa a mais 10 milhões de residências, ajudar a reduzir os custos de energia, apoiar empregos em energia limpa e reduzir ainda mais a dependência do país. em combustíveis fósseis.5

À medida que mais energia limpa é integrada nas redes elétricas, a previsão da produção de energia renovável torna-se crucial para gerir um fornecimento elétrico estável e resiliente.Previsão de energias renováveisé uma solução construída sobreAI, sensores,aprendizado de máquina,dados geoespaciais, análises avançadas, os melhores dados meteorológicos da categoria e muito mais para gerar previsões precisas e consistentes para recursos de energia renovável variáveis, como o vento. Previsões mais precisas ajudam os operadores a integrar mais tecnologias de energias renováveis ​​na rede eléctrica. Eles melhoram sua eficiência e confiabilidade ao projetar melhor quando aumentar ou diminuir a produção, reduzindo os custos operacionais. Por exemplo, Omega Energiaaumento da utilização de energias renováveis, melhorando a precisão das previsões—15% para eólica e 30% para solar. Essas melhorias ajudaram a aumentar a eficiência da manutenção e minimizar os custos operacionais.

Energia hidrelétrica

Os sistemas de energia hidrelétrica usam o movimento da água, incluindo o fluxo de rios e riachos, energia marinha e das marés, reservatórios e barragens para girar turbinas e gerar eletricidade. De acordo com a AIE, a energia hidroeléctrica continuará a ser o maior fornecedor de energia limpa até 2030, com novas tecnologias interessantes no horizonte.6

Por exemplo, as centrais hidroeléctricas de pequena escala utilizam mini e micro-redes para fornecer energia renovável às zonas rurais e às zonas onde infra-estruturas maiores (tais como barragens) podem não ser viáveis. Utilizando uma bomba, turbina ou roda d'água para converter o fluxo natural de pequenos rios e córregos em eletricidade, as hidrelétricas de pequena escala fornecem uma fonte de energia sustentável com impacto mínimo nos ecossistemas locais. Em muitos casos, as comunidades podem ligar-se a uma rede centralizada e vender o excesso de energia produzida.

Em 2021, o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) colocou três turbinas feitas de um novo material compósito termoplástico que é menos corrosível e mais reciclável do que os materiais tradicionais no East River da cidade de Nova York. As novas turbinas geraram a mesma quantidade de energia no mesmo período de tempo que as suas antecessoras, mas sem danos estruturais perceptíveis.7 Ainda são necessários testes em condições extremas, mas este material reciclável e de baixo custo tem o potencial de revolucionar o mercado hidroeléctrico se adotado para uso generalizado.

Geotérmica

As centrais geotérmicas (em grande escala) e as bombas de calor geotérmicas (GHP) (em pequena escala) convertem o calor do interior da Terra em electricidade utilizando vapor ou hidrocarbonetos. A energia geotérmica já foi dependente da localização – exigindo acesso a reservatórios geotérmicos nas profundezas da crosta terrestre. As pesquisas mais recentes estão ajudando a tornar a geotérmica mais independente de localização.

Os sistemas geotérmicos melhorados (EGS) trazem a água necessária abaixo da superfície da Terra para onde ela não está, permitindo a produção de energia geotérmica em locais ao redor do globo onde anteriormente não era possível. E à medida que a tecnologia ESG evolui, aproveitar o inesgotável fornecimento de calor da Terra tem o potencial de fornecer quantidades ilimitadas de energia limpa e de baixo custo para todos.

Biomassa

A bioenergia é gerada a partir de biomassa que consiste em material orgânico, como plantas e algas. Embora a biomassa seja frequentemente contestada como verdadeiramente renovável, a bioenergia atual é uma fonte de energia com emissões quase nulas.

Os desenvolvimentos nos biocombustíveis, incluindo o biodiesel e o bioetanol, são particularmente estimulantes. Pesquisadores na Austrália estão explorando a conversão de material orgânico em combustíveis de aviação sustentáveis ​​(SAF). Isto poderia ajudar a reduzir as emissões de carbono do combustível de aviação em até 80%.8 Nos Estados Unidos, o Escritório de Tecnologias de Bioenergia (DOE) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) está desenvolvendo tecnologia para ajudar a reduzir os custos e os impactos ambientais da produção de bioenergia e bioprodutos, melhorando ao mesmo tempo sua qualidade.9

Tecnologia para apoiar o futuro das energias renováveis

Uma economia de energia limpa depende de fontes de energia renováveis ​​que são vulneráveis ​​a factores ambientais e, à medida que mais fontes são incorporadas nas redes eléctricas, a tecnologia para ajudar a gerir esses riscos é crucial. A IBM Environmental Intelligence pode ajudar as organizações a aumentar a resiliência e a sustentabilidade, antecipando possíveis interrupções e reduzindo proativamente os riscos em todas as operações e cadeias de fornecimento estendidas.

1 Combustíveis fósseis ‘se tornam obsoletos’ à medida que os preços dos painéis solares despencam(link externo a ibm.com), The Independent, 27 de setembro de 2023.

2 A expansão massiva da energia renovável abre portas para alcançar a meta global de triplicação definida na COP28(link reside fora de ibm.com), Agência Internacional de Energia, 11 de janeiro de 2024.

3Vento(link reside fora de ibm.com), Agência Internacional de Energia, 11 de julho de 2023.

4Energias Renováveis ​​– Eletricidade(link externo a ibm.com), Agência Internacional de Energia, janeiro de 2024.

5Novas ações para expandir a energia eólica offshore dos EUA(link externo a ibm.com), Casa Branca, 15 de setembro de 2022.

6Hidroeletricidade(o link reside fora de ibm.com), Agência Internacional de Energia, 11 de julho de 2023.

710 conquistas significativas em energia hídrica em 2021(link externo a ibm.com), Laboratório Nacional de Energia Renovável, 18 de janeiro de 2022.

8 Para impulsionar um futuro construído para a vida(link externo a ibm.com), Jet Zero Australia, acessado em 11 de janeiro de 2024.

9Recursos de carbono renováveis(link reside fora de ibm.com), Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, acessado em 28 de dezembro de 2023.