Майбутнє відновлюваної енергії

Сонячна

Перетворення сонячного світла в електричну енергію відбувається двома способами: сонячна фотоелектрична (PV) або концентрована сонячна теплова енергія (CSP). Найпоширеніший метод, сонячна фотоелектрична установка, збирає сонячне світло за допомогою сонячних панелей, перетворює його на електричну енергію та зберігає в батареях для різних цілей.

Завдяки зниженню цін на матеріали та вдосконаленню процесів монтажу вартість сонячної енергії впала майже на 90% за останнє десятиліття, що зробило її доступнішою та економічно ефективнішою. і більш гнучкі, потужні та ефективні сонячні панелі, які можуть генерувати електроенергію навіть у періоди слабкого сонячного світла.

Виробництво сонячної енергії покладається на системи накопичення енергії (ESS) для послідовного розподілу, тож у міру збільшення потужності генерації системи зберігання повинні йти в ногу. Наприклад, технологія потокової батареї вдосконалюється для підтримки мережевого накопичення енергії. Недорога, надійна та масштабована форма ESS, проточні батареї можуть утримувати сотні мегават-годин електроенергії на одному заряді. Це дає змогу комунальним підприємствам довгостроково зберігати енергію на періоди низького або простого виробництва, допомагаючи керувати навантаженням і створювати стабільну та стійку енергомережу.

Розширення можливостей ESS стає все більш важливимдекарбонізаціязусиль і чистого енергетичного майбутнього в міру розширення потужностей відновлюваних джерел енергії. За даними Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), лише у 2023 році відновлювана енергетика збільшила свою глобальну потужність на 50%, причому три чверті цієї потужності становлять сонячні фотоелектричні. А в період між 2023 і 2028 роками очікується, що потужність відновлюваної електроенергії зросте на 7300 гігават, а до 2028 року в Індії, Бразилії, Європі та США використання сонячної фотоелектричної енергії та берегової вітряної енергії зросте щонайменше вдвічі.2

Вітер

Протягом багатьох поколінь люди використовували енергію вітру для отримання механічної та електричної енергії. Будучи чистим, стійким і економічно ефективним джерелом енергії, енергія вітру пропонує величезний потенціал для збільшення переходу відновлюваної енергії в усьому світі з мінімальним впливом на екосистеми. Згідно з прогнозом МЕА, очікується, що до 2028 року виробництво вітрової електроенергії зросте більш ніж удвічі до 350 гігават (ГВт)3, а лише в 2023 році ринок відновлюваної енергії Китаю зросте на 66%4.

Вітрові турбіни еволюціонували від невеликих, таких як вітряні млини для домашнього використання, до комунальних для вітрових електростанцій. Але деякі з найбільш захоплюючих розробок у вітрових технологіях стосуються офшорної вітроелектростанції, причому багато офшорних вітрових проектів спрямовані на більш глибокі води. Розробляються великомасштабні вітрові електростанції, щоб використовувати сильніші морські вітри, щоб потенційно подвоїти потужність морської вітрової енергії. У вересні 2022 року Білий дім оголосив про плани розгорнути 30 ГВт плавучої офшорної вітроелектростанції до 2030 року. Ця ініціатива має забезпечити ще 10 мільйонів будинків чистою енергією, допомогти знизити витрати на енергію, підтримати робочі місця з використання чистої енергії та ще більше зменшити залежність країни від джерел енергії. на викопному паливі.5

Оскільки в електромережі інтегрується більше чистої енергії, прогнозування виробництва енергії з відновлюваних джерел стає вирішальним для управління стабільним, стійким електропостачанням.Прогнозування ВДЕце рішення, побудоване наAI, датчики,машинне навчання,геопросторові дані, розширена аналітика, найкращі у своєму класі дані про погоду та багато іншого для створення точних послідовних прогнозів для змінних відновлюваних джерел енергії, таких як вітер. Більш точні прогнози допомагають операторам інтегрувати більше технологій відновлюваної енергії в електромережі. Вони підвищують його ефективність і надійність, краще прогнозуючи, коли потрібно збільшити чи зменшити виробництво, зменшуючи експлуатаційні витрати. Наприклад, Омега Енергіязбільшення використання відновлюваних джерел енергії за рахунок підвищення точності прогнозування—15% для вітру і 30% для сонця. Ці вдосконалення допомогли підвищити ефективність обслуговування та мінімізувати експлуатаційні витрати.

Гідроенергетика

Гідроенергетичні системи використовують рух води, включаючи течії річок і струмків, морську енергію та енергію припливів, водосховищ і дамб для обертання турбін для виробництва електроенергії. Згідно з МЕА, гідроенергетика залишатиметься найбільшим постачальником чистої енергії до 2030 року з захоплюючими новими технологіями на горизонті.6

Наприклад, малі ГЕС використовують міні- та мікромережі для забезпечення відновлюваною енергією сільських районів і територій, де більша інфраструктура (наприклад, греблі) може бути неможливою. Використовуючи насос, турбіну або водяне колесо для перетворення природного потоку невеликих річок і струмків в електроенергію, мала гідростанція забезпечує стале джерело енергії з мінімальним впливом на місцеві екосистеми. У багатьох випадках громади можуть підключитися до централізованої мережі та продавати надлишок виробленої електроенергії.

У 2021 році Національна лабораторія відновлюваної енергії (NREL) розмістила три турбіни, виготовлені з нового термопластичного композитного матеріалу, який менш схильний до корозії та краще переробляється, ніж традиційні матеріали, у Іст-Рівер у Нью-Йорку. Нові турбіни генерували таку саму кількість енергії за той самий проміжок часу, що й їхні попередники, але без помітних структурних пошкоджень.7 Випробування в екстремальних умовах все ще необхідні, але цей недорогий матеріал, який можна переробити, має потенціал для революції на ринку гідроенергетики, якщо прийняті для широкого використання.

геотермальний

Геотермальні електростанції (великі) і геотермальні теплові насоси (GHP) (малі) перетворюють тепло з надр Землі в електроенергію за допомогою пари або вуглеводнів. Колись геотермальна енергія залежала від місця розташування — вимагав доступу до геотермальних резервуарів глибоко під земною корою. Останні дослідження допомагають зробити геотермальні джерела більш вільними від місця розташування.

Удосконалені геотермальні системи (EGS) доставляють необхідну воду з-під поверхні Землі туди, де її немає, уможливлюючи виробництво геотермальної енергії в місцях земної кулі, де раніше це було неможливо. І в міру того як технологія ESG розвивається, використання невичерпних запасів тепла на Землі має потенціал для забезпечення необмеженої кількості чистої та недорогої енергії для всіх.

Біомаса

Біоенергія виробляється з біомаси, яка складається з органічних матеріалів, таких як рослини та водорості. Хоча біомасу часто заперечують як справді відновлювану, сучасна біоенергетика є джерелом енергії з майже нульовим рівнем викидів.

Розвиток біопалива, включаючи біодизель і біоетанол, є особливо захоплюючим. Дослідники в Австралії досліджують перетворення органічного матеріалу на стійке авіаційне паливо (SAF). Це може допомогти зменшити викиди вуглецю від реактивного палива до 80%.8 У США Управління біоенергетичних технологій (BETO) Міністерства енергетики США (DOE) розробляє технологію, яка допоможе зменшити витрати та вплив на навколишнє середовище виробництва біоенергетики та біопродуктів, одночасно покращуючи їх якість.9

Технологія для підтримки майбутнього відновлюваної енергії

Економіка чистої енергії спирається на відновлювані джерела енергії, які є вразливими до факторів навколишнього середовища, і оскільки все більше включаються в електромережі, технології, які допомагають керувати цими ризиками, є вирішальними. IBM Environmental Intelligence може допомогти організаціям підвищити стійкість і стабільність, передбачаючи потенційні збої та завчасно знижуючи ризики під час операцій і розширених ланцюжків поставок.

1 Викопне паливо «застаріває» через падіння цін на сонячні панелі(посилання знаходиться за межами ibm.com), The Independent, 27 вересня 2023 р.

2 Масштабне розширення відновлюваної енергетики відкриває двері для досягнення мети глобального потроєння, встановленої на COP28(посилання знаходиться за межами ibm.com), Міжнародне енергетичне агентство, 11 січня 2024 р.

3Вітер(посилання знаходиться за межами ibm.com), Міжнародне енергетичне агентство, 11 липня 2023 р.

4Відновлювані джерела енергії — електроенергія(посилання знаходиться за межами ibm.com), Міжнародне енергетичне агентство, січень 2024 р.

5Нові дії щодо розширення офшорної вітроенергетики США(посилання знаходиться за межами ibm.com), Білий дім, 15 вересня 2022 р.

6Гідроелектроенергетика(посилання знаходиться за межами ibm.com), Міжнародне енергетичне агентство, 11 липня 2023 р.

710 важливих досягнень водної енергетики з 2021 року(посилання знаходиться за межами ibm.com), Національна лабораторія відновлюваної енергії, 18 січня 2022 р.

8 Для живлення майбутнього, створеного для життя(посилання знаходиться за межами ibm.com), Jet Zero Australia, доступ 11 січня 2024 р.

9Відновлювані вуглецеві ресурси(посилання знаходиться за межами ibm.com), Управління енергоефективності та відновлюваних джерел енергії, доступ 28 грудня 2023 р.