Будущее возобновляемой энергетики

Солнечная

Преобразование солнечного света в электрическую энергию происходит двумя способами: солнечными фотоэлектрическими (PV) или концентрирующими солнечно-тепловую энергию (CSP). Самый распространенный метод — фотоэлектрические солнечные батареи — собирает солнечный свет с помощью солнечных батарей, преобразует его в электрическую энергию и сохраняет в батареях для различных целей.

Благодаря снижению цен на материалы и усовершенствованию процессов установки, стоимость солнечной энергии упала почти на 90% за последнее десятилетие, что сделало ее более доступной и экономически эффективной1. и более гибкие, мощные и эффективные солнечные панели, которые могут генерировать электроэнергию даже в периоды слабого солнечного света.

Производство солнечной энергии зависит от систем хранения энергии (ESS) для последовательного распределения, поэтому по мере увеличения генерирующих мощностей системы хранения должны идти в ногу со временем. Например, технология проточных батарей совершенствуется для поддержки хранения энергии в масштабе сети. Недорогая, надежная и масштабируемая форма ESS, проточные батареи, могут хранить сотни мегаватт-часов электроэнергии на одном заряде. Это позволяет коммунальным предприятиям долгосрочно хранить энергию в периоды низкого или простоя производства, помогая управлять нагрузкой и создавать стабильную и отказоустойчивую энергосистему.

Расширение возможностей ESS становится все более важным длядекарбонизацияусилия и будущее чистой энергетики по мере расширения мощностей возобновляемых источников энергии. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), только в 2023 году возобновляемая энергетика увеличила свою глобальную мощность на 50%, при этом солнечные фотоэлектрические системы составили три четверти этой мощности. Ожидается, что в период с 2023 по 2028 год мощность возобновляемой электроэнергии вырастет на 7300 гигаватт, а использование солнечной фотоэлектрической энергии и наземной ветровой энергии, как ожидается, увеличится как минимум вдвое по сравнению с нынешними уровнями в Индии, Бразилии, Европе и США к 2028 году.2

Ветер

На протяжении поколений люди использовали энергию ветра для производства механической и электрической энергии. Являясь чистым, устойчивым и экономически эффективным источником энергии, энергия ветра предлагает огромный потенциал для увеличения перехода к возобновляемым источникам энергии во всем мире с минимальным воздействием на экосистемы. По прогнозу МЭА, ожидается, что к 2028 году производство ветровой электроэнергии увеличится более чем вдвое и достигнет 350 гигаватт (ГВт), а рынок возобновляемых источников энергии в Китае увеличится на 66% только в 2023 году4.

Ветровые турбины превратились из небольших, таких как ветряные мельницы для домашнего использования, в ветряные электростанции общего назначения. Но некоторые из наиболее интересных разработок в области ветровых технологий связаны с производством морской ветровой энергии, при этом многие морские ветроэнергетические проекты реализуются в более глубоких водах. Крупномасштабные ветряные электростанции разрабатываются для использования более сильных морских ветров и потенциально удвоения мощности морской ветроэнергетики. В сентябре 2022 года Белый дом объявил о планах развернуть к 2030 году плавучие морские ветряные электростанции мощностью 30 ГВт. Эта инициатива призвана обеспечить еще 10 миллионов домов чистой энергией, помочь снизить затраты на электроэнергию, поддержать рабочие места в области экологически чистой энергетики и еще больше снизить зависимость страны от нее. на ископаемом топливе.5

Поскольку в энергосистемы интегрируется все больше экологически чистой энергии, прогнозирование производства возобновляемой энергии становится решающим для управления стабильным и устойчивым электроснабжением.Прогнозирование возобновляемых источников энергииэто решение, построенное наAI, датчики,машинное обучение,геопространственные данные, расширенная аналитика, лучшие в своем классе данные о погоде и многое другое для создания точных и последовательных прогнозов для переменных возобновляемых источников энергии, таких как ветер. Более точные прогнозы помогают операторам интегрировать больше технологий возобновляемой энергетики в электросеть. Они повышают его эффективность и надежность за счет лучшего прогнозирования, когда следует увеличивать или уменьшать объемы производства, сокращая эксплуатационные расходы. Например, Омега Энергия.увеличение использования возобновляемых источников энергии за счет повышения точности прогнозирования—15% для ветровой и 30% для солнечной энергии. Эти улучшения помогли повысить эффективность технического обслуживания и минимизировать эксплуатационные расходы.

Гидроэнергетика

Гидроэнергетические системы используют движение воды, включая поток рек и ручьев, морскую и приливную энергию, водохранилища и плотины для вращения турбин для выработки электроэнергии. По данным МЭА, гидроэнергетика останется крупнейшим поставщиком экологически чистой энергии до 2030 года, а на горизонте появятся новые интересные технологии6.

Например, малые гидроэлектростанции используют мини- и микросети для обеспечения возобновляемой энергией сельских районов и районов, где более крупная инфраструктура (например, плотины) может оказаться неосуществимой. Используя насос, турбину или водяное колесо для преобразования естественного потока малых рек и ручьев в электричество, малые гидроэлектростанции обеспечивают устойчивый источник энергии с минимальным воздействием на местные экосистемы. Во многих случаях общины могут подключиться к централизованной сети и продавать избыточную произведенную электроэнергию.

В 2021 году Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) разместила три турбины, изготовленные из нового термопластичного композитного материала, который менее подвержен коррозии и более поддается вторичной переработке, чем традиционные материалы, в Ист-Ривер в Нью-Йорке. Новые турбины выработали такое же количество энергии за тот же период времени, что и их предшественники, но без видимых структурных повреждений. принят для широкого использования.

Геотермальный

Геотермальные электростанции (крупномасштабные) и геотермальные тепловые насосы (ГТП) (малые) преобразуют тепло из недр Земли в электричество с использованием пара или углеводородов. Геотермальная энергия когда-то зависела от местоположения — требовался доступ к геотермальным резервуарам глубоко под земной корой. Последние исследования помогают сделать геотермальную энергию более независимой от местоположения.

Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) доставляют необходимую воду из-под поверхности Земли туда, где ее нет, позволяя производить геотермальную энергию в местах по всему земному шару, где это раньше было невозможно. По мере развития технологии ESG использование неисчерпаемых запасов тепла Земли может обеспечить всем безграничное количество чистой и недорогой энергии.

Биомасса

Биоэнергия вырабатывается из биомассы, состоящей из органических материалов, таких как растения и водоросли. Хотя биомассу часто оспаривают как действительно возобновляемую, сегодняшняя биоэнергетика является источником энергии с практически нулевым уровнем выбросов.

Особенно интересны разработки в области биотоплива, включая биодизель и биоэтанол. Исследователи в Австралии изучают возможность преобразования органических материалов в экологически чистое авиационное топливо (SAF). Это может помочь сократить выбросы углекислого газа от реактивного топлива до 80%.8 В США Управление биоэнергетических технологий (BETO) Министерства энергетики США (DOE) разрабатывает технологию, которая поможет снизить затраты и воздействие на окружающую среду производства биоэнергетики и биопродуктов, одновременно улучшая их качество. качество.9

Технологии для поддержки будущего возобновляемой энергетики

Экономика чистой энергии опирается на возобновляемые источники энергии, которые уязвимы к факторам окружающей среды, и по мере того, как все больше их включается в энергосистемы, технологии, помогающие управлять этими рисками, приобретают решающее значение. IBM Environmental Intelligence может помочь организациям повысить отказоустойчивость и устойчивость, предвидя потенциальные сбои и активно снижая риски в ходе операций и расширенных цепочек поставок.

1 Ископаемое топливо «устаревает» из-за падения цен на солнечные панели(ссылка находится за пределами сайта ibm.com), The Independent, 27 сентября 2023 г.

2 Масштабное расширение использования возобновляемых источников энергии открывает путь к достижению глобальной цели утроения энергии, поставленной на COP28.(ссылка находится за пределами сайта ibm.com), Международное энергетическое агентство, 11 января 2024 г.

3Ветер(ссылка находится за пределами сайта ibm.com), Международное энергетическое агентство, 11 июля 2023 г.

4Возобновляемые источники энергии — электричество(ссылка находится за пределами сайта ibm.com), Международное энергетическое агентство, январь 2024 г.

5Новые действия по расширению морской ветроэнергетики США(ссылка находится за пределами сайта ibm.com), Белый дом, 15 сентября 2022 г.

6Гидроэлектроэнергия(ссылка находится за пределами сайта ibm.com), Международное энергетическое агентство, 11 июля 2023 г.

710 значительных достижений в области гидроэнергетики с 2021 года(ссылка находится за пределами сайта ibm.com), Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, 18 января 2022 г.

8 Чтобы обеспечить будущее, построенное на всю жизнь(ссылка находится за пределами сайта ibm.com), Jet Zero Australia, по состоянию на 11 января 2024 г.

9Возобновляемые углеродные ресурсы(ссылка находится за пределами сайта ibm.com), Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, по состоянию на 28 декабря 2023 г.