อนาคตของพลังงานทดแทน

พลังงานแสงอาทิตย์

การแปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าเกิดขึ้นได้สองวิธี ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์ (PV) หรือการรวมพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์ (CSP) วิธีการที่ใช้กันมากที่สุดคือ Solar PV ซึ่งรวบรวมแสงแดดโดยใช้แผงโซลาร์เซลล์ แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า และเก็บไว้ในแบตเตอรี่เพื่อการใช้งานที่หลากหลาย

เนื่องจากราคาวัสดุที่ลดลงและความก้าวหน้าในกระบวนการติดตั้ง ต้นทุนของพลังงานแสงอาทิตย์จึงลดลงเกือบ 90% ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ทำให้เข้าถึงได้ง่ายขึ้นและคุ้มต้นทุน1 การขับเคลื่อนสิ่งนี้ต่อไปคือเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ PV รุ่นต่อไปที่ผลิตน้ำหนักเบาขึ้น และแผงโซลาร์เซลล์ที่มีความยืดหยุ่น ทรงพลัง และมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งสามารถผลิตไฟฟ้าได้แม้ในช่วงที่มีแสงแดดน้อย

การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ต้องอาศัยระบบกักเก็บพลังงาน (ESS) เพื่อการกระจายอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้นเมื่อกำลังการผลิตเพิ่มขึ้น ระบบกักเก็บจึงต้องก้าวให้ทัน ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีแบตเตอรี่ไหลกำลังได้รับการปรับปรุงเพื่อรองรับการจัดเก็บพลังงานในระดับกริด แบตเตอรี่ Flow ในรูปแบบต้นทุนต่ำ เชื่อถือได้ และปรับขนาดได้ สามารถกักเก็บไฟฟ้าได้หลายร้อยเมกะวัตต์ชั่วโมงต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง ช่วยให้ระบบสาธารณูปโภคสามารถกักเก็บพลังงานในระยะยาวในช่วงเวลาที่มีการผลิตน้อยหรือไม่มีการผลิต ช่วยจัดการโหลดและสร้างโครงข่ายไฟฟ้าที่มีเสถียรภาพและยืดหยุ่น

การขยายขีดความสามารถ ESS มีความสำคัญมากขึ้นการลดคาร์บอนความพยายามและอนาคตพลังงานสะอาดในขณะที่กำลังการผลิตไฟฟ้าหมุนเวียนขยายตัว จากข้อมูลของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) ในปี 2023 เพียงปีเดียว พลังงานหมุนเวียนได้เพิ่มกำลังการผลิตทั่วโลกถึง 50% โดยที่พลังงานแสงอาทิตย์ PV คิดเป็นสามในสี่ของกำลังการผลิตนั้น และในช่วงระหว่างปี 2566 ถึง 2571 กำลังการผลิตไฟฟ้าหมุนเวียนคาดว่าจะเพิ่มขึ้น 7,300 กิกะวัตต์ โดยมีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมบนบกซึ่งคาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างน้อยสองเท่าจากระดับปัจจุบันในอินเดีย บราซิล ยุโรป และสหรัฐอเมริกาจนถึงปี 2571.2

ลม

มนุษย์ใช้พลังงานลมเพื่อผลิตพลังงานกลและไฟฟ้ามาหลายชั่วอายุคน ในฐานะแหล่งพลังงานที่สะอาด ยั่งยืน และคุ้มค่า พลังงานลมมีศักยภาพมหาศาลในการเพิ่มการเปลี่ยนแปลงพลังงานหมุนเวียนทั่วโลกโดยมีผลกระทบต่อระบบนิเวศน้อยที่สุด จากการคาดการณ์ของ IEA คาดว่าการผลิตไฟฟ้าจากลมจะเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่าเป็น 350 กิกะวัตต์ (GW) ภายในปี 25716 โดยตลาดพลังงานหมุนเวียนของจีนเพิ่มขึ้น 66% ในปี 2566 เพียงปีเดียว4

กังหันลมมีวิวัฒนาการจากขนาดเล็ก เช่น กังหันลมสำหรับใช้ในครัวเรือน ไปจนถึงขนาดสาธารณูปโภคสำหรับฟาร์มกังหันลม แต่การพัฒนาที่น่าตื่นเต้นที่สุดในเทคโนโลยีลมคือการผลิตพลังงานลมนอกชายฝั่ง โดยมีโครงการลมนอกชายฝั่งจำนวนมากที่มุ่งสู่น้ำลึก ฟาร์มกังหันลมขนาดใหญ่กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อควบคุมลมนอกชายฝั่งที่มีกำลังแรงกว่า เพื่อเพิ่มกำลังการผลิตพลังงานลมนอกชายฝั่งเป็นสองเท่า ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2565 ทำเนียบขาวได้ประกาศแผนการปรับใช้พลังงานลมนอกชายฝั่งขนาด 30 กิกะวัตต์ภายในปี พ.ศ. 2573 โครงการริเริ่มนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้บ้านเรือนอีก 10 ล้านหลังได้รับพลังงานสะอาด ช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน สนับสนุนงานด้านพลังงานสะอาด และลดการพึ่งพาของประเทศอีกด้วย เกี่ยวกับเชื้อเพลิงฟอสซิล5

เมื่อมีการรวมพลังงานสะอาดเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้ามากขึ้น การคาดการณ์การผลิตพลังงานหมุนเวียนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจัดการแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่มีเสถียรภาพและยืดหยุ่นการพยากรณ์พลังงานหมุนเวียนเป็นโซลูชั่นที่สร้างขึ้นAI, เซ็นเซอร์,การเรียนรู้ของเครื่อง-ข้อมูลภูมิสารสนเทศการวิเคราะห์ขั้นสูง ข้อมูลสภาพอากาศที่ดีที่สุด และอื่นๆ เพื่อสร้างการคาดการณ์ที่แม่นยำและสม่ำเสมอสำหรับแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่แปรผัน เช่น ลม การคาดการณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานบูรณาการเทคโนโลยีพลังงานทดแทนเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้าได้มากขึ้น พวกเขาปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือโดยการคาดการณ์ที่ดีขึ้นเมื่อจะเพิ่มหรือลดการผลิต ซึ่งช่วยลดต้นทุนการดำเนินงาน เช่น โอเมก้า เอเนอร์เจียเพิ่มการใช้ทรัพยากรหมุนเวียนโดยการปรับปรุงความแม่นยำในการคาดการณ์—15% สำหรับลม และ 30% สำหรับแสงอาทิตย์ การปรับปรุงเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการบำรุงรักษาและลดต้นทุนการดำเนินงาน

ไฟฟ้าพลังน้ำ

ระบบพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำใช้การเคลื่อนที่ของน้ำ รวมถึงการไหลของแม่น้ำและลำธาร พลังงานทางทะเลและน้ำขึ้นน้ำลง อ่างเก็บน้ำและเขื่อนเพื่อหมุนกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า จากข้อมูลของ IEA พลังน้ำจะยังคงเป็นผู้จัดหาพลังงานสะอาดรายใหญ่ที่สุดจนถึงปี 2573 พร้อมด้วยเทคโนโลยีใหม่ที่น่าตื่นเต้นที่จะเกิดขึ้นในอนาคต6

ตัวอย่างเช่น พลังน้ำขนาดเล็กใช้กริดขนาดเล็กและไมโครกริดเพื่อจัดหาพลังงานทดแทนให้กับพื้นที่ชนบทและพื้นที่ที่โครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ (เช่น เขื่อน) อาจไม่สามารถทำได้ การใช้ปั๊ม กังหัน หรือกังหันน้ำในการแปลงกระแสธรรมชาติของแม่น้ำและลำธารสายเล็กๆ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า พลังน้ำขนาดเล็กเป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนโดยมีผลกระทบต่อระบบนิเวศในท้องถิ่นน้อยที่สุด ในหลายกรณี ชุมชนสามารถเชื่อมต่อกับโครงข่ายส่วนกลางและขายพลังงานส่วนเกินที่ผลิตคืนได้

ในปี 2021 ห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ (NREL) ได้วางกังหัน 3 ตัวที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกชนิดใหม่ซึ่งมีการกัดกร่อนน้อยกว่าและรีไซเคิลได้มากกว่าวัสดุแบบเดิมในแม่น้ำตะวันออกของนครนิวยอร์ก กังหันใหม่สร้างพลังงานในปริมาณเท่ากันในระยะเวลาเท่ากันกับรุ่นก่อนๆ แต่ไม่มีความเสียหายทางโครงสร้างที่มองเห็นได้7 การทดสอบในสภาวะที่รุนแรงยังคงเป็นสิ่งจำเป็น แต่วัสดุรีไซเคิลที่มีต้นทุนต่ำนี้มีศักยภาพในการปฏิวัติตลาดไฟฟ้าพลังน้ำหาก นำมาปรับใช้อย่างแพร่หลาย

ความร้อนใต้พิภพ

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ (ขนาดใหญ่) และปั๊มความร้อนใต้พิภพ (GHP) (ขนาดเล็ก) แปลงความร้อนจากภายในโลกเป็นไฟฟ้าโดยใช้ไอน้ำหรือไฮโดรคาร์บอน พลังงานความร้อนใต้พิภพครั้งหนึ่งขึ้นอยู่กับสถานที่ โดยต้องเข้าถึงแหล่งกักเก็บความร้อนใต้พิภพที่อยู่ลึกใต้เปลือกโลก การวิจัยล่าสุดกำลังช่วยให้ความร้อนใต้พิภพไม่เชื่อเรื่องสถานที่มากขึ้น

ระบบความร้อนใต้พิภพที่ได้รับการปรับปรุง (EGS) จะนำน้ำที่จำเป็นจากใต้พื้นผิวโลกไปยังจุดที่ไม่อยู่ ทำให้เกิดการผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพในสถานที่ต่างๆ ทั่วโลก ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถทำได้ และในขณะที่เทคโนโลยี ESG พัฒนาขึ้น การเข้าถึงแหล่งความร้อนที่ไม่สิ้นสุดของโลกก็มีศักยภาพที่จะให้พลังงานสะอาดราคาประหยัดจำนวนไม่จำกัดสำหรับทุกคน

ชีวมวล

พลังงานชีวภาพเกิดจากชีวมวลซึ่งประกอบด้วยสารอินทรีย์ เช่น พืชและสาหร่าย แม้ว่าชีวมวลมักถูกโต้แย้งว่าสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างแท้จริง แต่พลังงานชีวภาพในปัจจุบันเป็นแหล่งพลังงานที่เกือบจะปล่อยก๊าซเป็นศูนย์

การพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพซึ่งรวมถึงไบโอดีเซลและไบโอเอทานอลนั้นน่าตื่นเต้นอย่างยิ่ง นักวิจัยในออสเตรเลียกำลังสำรวจการแปลงวัสดุอินทรีย์ให้เป็นเชื้อเพลิงการบินที่ยั่งยืน (SAF) สิ่งนี้สามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนของเชื้อเพลิงเครื่องบินได้มากถึง 80%8 สำนักงานเทคโนโลยีพลังงานชีวภาพ (BETO) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) กำลังพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อช่วยลดต้นทุนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของการผลิตพลังงานชีวภาพและผลิตภัณฑ์ชีวภาพไปพร้อมๆ กับการเพิ่มประสิทธิภาพ คุณภาพ9

เทคโนโลยีเพื่อรองรับอนาคตของพลังงานทดแทน

เศรษฐกิจพลังงานสะอาดอาศัยแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่มีความเสี่ยงต่อปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม และเมื่อมีการรวมเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้ามากขึ้น เทคโนโลยีที่จะช่วยจัดการความเสี่ยงเหล่านั้นจึงมีความสำคัญ IBM Environmental Intelligence สามารถช่วยให้องค์กรเพิ่มความยืดหยุ่นและความยั่งยืนโดยคาดการณ์การหยุดชะงักที่อาจเกิดขึ้นและลดความเสี่ยงในเชิงรุกตลอดทั้งการดำเนินงานและห่วงโซ่อุปทานที่ขยายออกไป

1 เชื้อเพลิงฟอสซิล 'ล้าสมัย' เนื่องจากราคาแผงโซลาร์เซลล์ดิ่งลง(ลิงก์อยู่นอก ibm.com), The Independent, 27 กันยายน 2023

2 การขยายตัวครั้งใหญ่ของพลังงานหมุนเวียนเปิดประตูสู่การบรรลุเป้าหมายสามเท่าทั่วโลกที่ตั้งไว้ในการประชุม COP28(ลิงก์อยู่นอก ibm.com), International Energy Agency, 11 มกราคม 2024

3ลม(ลิงก์อยู่นอก ibm.com), International Energy Agency, 11 กรกฎาคม 2023

4พลังงานทดแทน--ไฟฟ้า(ลิงก์อยู่นอก ibm.com), สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ, มกราคม 2024

5การดำเนินการใหม่เพื่อขยายพลังงานลมนอกชายฝั่งของสหรัฐฯ(ลิงก์อยู่นอก ibm.com), ทำเนียบขาว, 15 กันยายน 2022

6ไฟฟ้าพลังน้ำ(ลิงก์อยู่นอก ibm.com), International Energy Agency, 11 กรกฎาคม 2023

710 ความสำเร็จด้านพลังงานน้ำที่สำคัญจากปี 2564(ลิงก์อยู่นอก ibm.com), ห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ, 18 มกราคม 2022

8 เพื่อขับเคลื่อนอนาคตที่สร้างขึ้นเพื่อชีวิต(ลิงก์อยู่นอก ibm.com), Jet Zero Australia, เข้าถึงเมื่อ 11 มกราคม พ.ศ. 2567

9ทรัพยากรคาร์บอนหมุนเวียน(ลิงก์อยู่นอก ibm.com), สำนักงานอนุรักษ์พลังงานและพลังงานทดแทน, เข้าถึงเมื่อ 28 ธันวาคม 2023