Відновлювана енергетика: джерела й технології
Що таке відновлювана енергетика?
Напевно, ви не раз чули, що термін "відновлювана енергетика" згадується одночасно з такими поняттями, як глобальне потепління й зміна клімату. Але що, власне, він означає? І чому відновлювана енергетика настільки важлива?
Відновлювана енергетика – це галузь, яка спеціалізується на використанні або отриманні енергії з природних джерел, які постійно поповнюються, наприклад вітру або сонячного світла. Вітряки та сонячні панелі – це основні джерела відновлюваної енергії.
Відновлювані джерела енергії невичерпні, менш шкідливі для довкілля і, як наслідок, безпечніші для людей, тварин і планети загалом, якщо порівняти їх із використанням невідновлюваних ресурсів. Тому не дивно, що світові лідери та захисники довкілля вважають відновлювані джерела енергії запорукою побудови екологічно стійкого майбутнього.
І навпаки, невідновлювані ресурси, як-от нафта, газ і вугілля, вичерпні, повільно поповнюються й доступні не в усіх регіонах світу. Як приклад розглянемо сиру нафту. Її видобувають багато країн. Проте за даними Управління енергетичної інформації США, більшу частину світового постачання сирої нафти забезпечують лише п’ять країн. Головний факт полягає в тому, що невідновлювані ресурси, як-от горючі (вуглецеві) корисні копалини – це одне з найбільших джерел зміни клімату у світі.
Досягнення нульової емісії
Популярність і обсяги використання відновлюваних джерел енергії стрімко зростають, оскільки державні установи, компанії й окремі споживачі визнають, що глобальне потепління та зміна клімату – це одні з найбільших загроз сьогодення. Завдяки сучасним технологіям використання відновлюваних джерел енергії стало не лише надійнішим, а й більш рентабельним, порівняно з джерелами, що використовують викопні види палива.
Зважаючи на той факт, що для боротьби з глобальним потеплінням і зміною клімату індивідуальних зусиль недостатньо, країни підписали Паризьку угоду у 2016 р. Ця міжнародна угода передбачає, що уряди країн зобов’язуються досягти нульової емісії (вилучити з атмосфери ті обсяги вуглекислого газу, які вони продукують) до 2050 року.
Перехід світу на джерела енергії, які спричиняють найменше викидів парникових газів в атмосферу – це шанс зупинити катастрофічні зміни довкілля, які вже спіткають нас. Відновлювані джерела енергії – ключовий елемент для досягнення цієї мети, оскільки вони чистіші й екологічніші порівняно з невідновлюваними ресурсами.
Поширені відновлювані джерела енергії
Щодня докладаються нові зусилля для розвитку відновлюваної енергетики й використання відповідних джерел без заподіяння подальшої шкоди планеті. Нижче наведено найпоширеніші альтернативні джерела енергії.
Сонячна енергія
Її отримують за допомогою сонячних або фотоелектричних панелей, виготовлених із кремнію або інших матеріалів, які перетворюють сонячне світло в електричний струм. Обсяги накопичення й використання сонячної енергії залежать від часу доби, пори року та розташування панелей. За даними Міністерства енергетики США, сонячного світла, захопленого на поверхні землі протягом 90 хвилин, було б достатньо для того, щоб задовольняти потреби всієї планети в споживанні енергії цілий рік.
Сонячні електростанції встановлюються не лише на землі, а й на поверхні водойм, зокрема водосховищ і озер. (Такі сонячні панелі називаються плавучими фотоелектричними спорудами). За умови правильного виробництва й розташування сонячні електростанції не заподіюють шкоди довкіллю, оскільки вони не спричиняють викиди забруднюючих речовин і парникових газів в атмосферу.
Енергія вітру
Вітер забезпечує обертання з’єднаних із генератором лопатей турбіни, унаслідок чого виробляється електроенергія. Одна з основних проблем, пов’язаних із видобутком електроенергії з вітру, полягає в тому, що розташування гігантських вітряків вимагає відносно великих площ.
Морські вітрові електростанції стали популярною альтернативою наземним. Попри певні недоліки, зокрема залежність від погодних умов, нестабільність водної поверхні, що впливає на роботу турбін, і космічну вартість прокладання кабелів живлення на морському дні, такі електростанції залишаються привабливим ресурсом завдяки невичерпності енергії вітру.
Геотермальна енергія
Геотермальна енергія – це енергія, джерелом якої є нагріті магмою (сумішшю розплавленої породи й газів) води з надр землі, і яка видобувається з рукотворних свердловин. Підійнявшись на земну поверхню, вода перетворюється на пару, що призводить до руху турбін, які живлять генератори для виробництва електроенергії. Закачування пари й гарячої води назад у землю дає змогу зменшити кількість викидів унаслідок видобутку геотермальної енергії та робить цей ресурс екологічним.
Деякі країни, як-от Ісландія, багаті на геотермальні джерела, а в інших регіонах, навпаки, бракує цих природних ресурсів. Недолік видобутку геотермальної енергії полягає в тому, що буріння свердловин у зоні високих температур може завдати суттєвої шкоди довкіллю та збільшити ризик виникнення землетрусів.
Гідроелектроенергія
Для її видобутку використовуються дамби або греблі, побудовані для керування потоком води. Напір води забезпечує обертання з’єднаних із генератором лопатей турбіни, унаслідок чого виробляється електроенергія. Видобуток гідроелектроенергії надійніший і стабільніший, як порівняти з генеруванням сонячної або вітряної енергії. Гідроенергія – це найбільше відновлюване джерело електроенергії в Сполучених Штатах.
Великі гідроелектростанції або мега-дамби вважаються відновлюваними джерелами енергії, оскільки вони використовуються для відведення й зменшення швидкості потоку природних вод. Недолік полягає в тому, що тварини й люди, яким потрібні водойми, можуть частково або повністю втратити доступ до них. І навпаки, малі гідроелектростанції з потужністю до 40 мегават використовуються для відведення лише частини води й за умови належного керування завдають мінімальної шкоди довкіллю.
Припливна енергія
Припливна енергія – це ще один вид гідроенергії, однак метод її видобутку ґрунтується на використанні напівдобових припливів і відпливів морської води для приведення в дію турбін генераторів. Ця технологія ще перебуває в процесі розвитку. Проте чітка передбачуваність припливів робить їх потужним і екологічним джерелом для видобутку електроенергії. Як і у випадку з дамбами, деякі методи видобутку припливної енергії можуть нашкодити дикій природі та довкіллю. Наприклад, припливні греблі й дамби функціонують аналогічним чином, але перші розташовані в океанських затоках або лагунах.
Енергія біомаси
Цей вид енергії отримується завдяки згорянню матеріалу рослинного походження, що приводить у дію турбіни й дає змогу генерувати електричний струм. Енергія біомаси отримується внаслідок перетворення відходів у паливо. Такий метод генерування електроенергії характеризується низькою собівартістю й екологічністю.
Наприклад, щоб отримати енергію з біомаси, можна використати деревні відходи, як-от тирсу, а не залишати їх на звалищах, де вони розкладатимуться й спричинятимуть зростання викидів вуглецю. Проте багато форм біомаси не вважаються джерелами чистої енергії, оскільки вони спричиняють більші викиди вуглецю в атмосферу, ніж горючі корисні копалини.
Відновлювана енергетика: технології й хмарні обчислення
Попри індивідуальні зусилля з упровадження відновлюваних джерел енергії, як-от сонячних або геотермальних, украй важливо вирішити кліматичну кризу на рівні промисловості та конкретних підприємств. Окремі споживачі все частіше використовують сонячні панелі на дахах будівель для живлення електротранспорту. Підтримка й оптимізація рішень для використання чистої енергії на промисловому рівні незмінно включатиме екологічні переваги хмарних обчислень.
Цифрові технології зменшують шкідливий вплив на довкілля, оскільки потребують менше електроенергії, чого не можна сказати про центри обробки даних. Деякі технології хмарних обчислень, як-от криптомайнінг, потребують величезної кількості електроенергії з невідновлюваних ресурсів. Дослідники Кембриджського університету з’ясували, що на майнінг лише однієї криптовалюти – біткойнів – витрачається більше електроенергії з вугілля в рік, ніж споживають такі країни, як Норвегія або Аргентина.
Компанії, що використовують хмарні служби, як-от корпорація Майкрософт, орієнтовані на впровадження технологій відновлюваних джерел енергії, оскільки вони дають змогу підвищити продуктивність і ефективність, зменшити енергоспоживання й мінімізувати вплив фізичних центрів обробки даних на довкілля.
Інновації у сфері хмарних обчислень
Нижче наведено приклади екологічних переваг хмарних обчислень.
- Імерсійне охолодження. Цей метод охолодження сервера допомагає скоротити обсяги споживання різних джерел енергії й води та водночас забезпечити вищу обчислювальну потужність.
- Мережно-інтерактивні акумулятори для джерела безперебійного живлення. Використання цих акумуляторів дає змогу зменшити навантаження на мережу.
- Екологічніші види палива для резервного живлення. Використання чистого палива в генераторах резервного живлення для центрів обробки даних замість традиційного дизелю допомагає зменшити викиди вуглецю.
Хмарні обчислення ніколи не стануть універсальним або єдиним засобом для вирішення проблеми зміни клімату. Проте є багато цікавих цифрових технологій, які сприяють упровадженню відновлюваних джерел енергії. Вони дають змогу зменшити споживання й домогтися вуглецевої нейтральності.
Дізнайтеся, як корпорація Майкрософт підтримує екологічну стійкість
Хмарні інновації у сфері енергетики й комунальних послуг
Нижче наведено кілька прикладів інноваційних хмарних рішень у сфері енергетики й комунальних послуг.
Розумні мережі
Ці хмарні технології оптимізують керування енергоспоживанням компанії. Вони використовують інтерактивні дані з мільйонів датчиків, які використовують окремі клієнти, використовуючи альтернативні джерела енергії, такі як сонячні батареї та електричні автомобілі, для більш ефективної роботи енергомережі.
Штучний інтелект і машинне навчання
Енергетичні компанії використовують дані та штучний інтелект для інтелектуального зіставлення попиту та пропозиції енергії відновлюваних джерел. Такі технології, як цифрові двійники, дають змогу компаніям удосконалювати балансування навантаження, інтегрувати розподілені енергоресурси, пристрої керування та автоматизувати операції для оптимізації споживання енергії.
IoT (Інтернет речей)
Використовуючи датчики пристроїв та профілактичне обслуговування, компанії керують життєвими циклами машин та інших ресурсів і подовжують їх роботу. Це дає змогу зменшити використання невідновлювальних джерел енергії та матеріалів, які використовуються для виробництва нового обладнання.
Технологія вловлювання вуглецю
Хоча уловлювання вуглецю як таке не є відновлюваним джерелом енергії, воно пом’якшує вплив вуглекислого газу на навколишнє середовище, уловлюючи та збергігаючи викиди з димових труб. Ця технологія може навіть витягувати вуглекислий газ з повітря, а потім зберігати його під землею або переробляти для виробництва нових продуктів, таких як паливо або будівельні матеріали. Для покращення уловлювання та зберігання вуглецю ці технології використовують передові панелі вимірювання викидів, ШІ та технологію цифрових двійників IoT.
Тенденції в галузі відновлюваної енергетики
Обсяги використання відновлюваних джерел енергії досягли рекордних рівнів. За даними Міжнародного енергетичного агентства (IEA), енергетичного форуму, який налічує 29 країн-учасниць і просуває розгортання раціональних енергетичних політик, використання відновлюваних джерел енергії збільшиться на 50% в усьому світі до 2024 року. На першому місці в цьому списку знаходиться сонячна енергія, на сходинку нижче – вітрові, геотермічні й гідроелектричні джерела.
Використання сонячної енергії
IEA також прогнозує, що до 2025 року на сонячну енергію припадатиме 60% світового зростання в секторі відновлювальної енергетики. Лідерами по зростанню потужностей будуть Китай, Бельгія, Нідерланди, Австрія, Австралія та Сполучені Штати. Очікується, що вони встановлять мільйони сонячних панелей.
Чому галузь сонячної енергетики стрімко розвивається? По-перше, вартість установки сонячних панелей із кожним роком зменшується. Очікується, що так відбуватиметься й надалі. По-друге, генерувати сонячну енергію простіше, ніж, скажімо, вітрову або гідроенергію, оскільки для такої станції не потрібне якесь конкретне місце розташування. Сонячне світло досягає кожного куточка нашої планети незалежно від клімату.
Завдяки збільшенню обсягів використання сонячної енергії галузь зосереджена на розширенні можливостей зберігання, переробки й розподілу, щоб окремі споживачі та цілі компанії могли працювати незалежно від погоди. Що вищою буде узгодженість, то більше корпорацій, державних установ і окремих споживачів використовуватимуть сонячну енергію.
Енергія вітру: наземні й морські станції
Що більші потужності вітроенергетики, то частіше її впроваджують. Сьогодні лідером із використання енергії вітру є Китай. На сходинку нижче – Сполучені Штати і Японія.
Адміністрація Байдена й Гарріс узяла на себе зобов’язання встановити наземні вітряні електростанції з потужністю 30 гігават у Сполучених Штатах до 2030 року. Уряд Японії розробив правила щодо стимулювання будівництва турбін у портах і гаванях та морських вітрових електростанцій. Країна може навіть замінити атомні реактори на морські турбіни.
Популярність гідроенергетики й геотермальних технологій
За даними IEA, гідроенергія залишатиметься основним джерелом відновлюваної енергії у світі в найближчому майбутньому, однак буде не настільки популярною, як сонячна або вітрова. Це пояснюється дефіцитом відповідних і рентабельних місць для розташування гідроелектростанцій і, як наслідок, збільшенням витрат.
Очікується, що до 2024 року споживання геотермальної енергії, яка вже широко використовується в Ісландії та країнах Азійсько-Тихоокеанського регіону, збільшиться на 28%. Такі країни Азії, як Індонезія й Філіппіни, уже нарощують свої потужності та не демонструють жодних ознак уповільнення.
Відмова від "брудних" джерел енергії
Як майбутнє відновлювальних джерел енергії вплине на традиційні ресурси? Зниження витрат і дедалі вищий попит на "чисту енергію" спонукає великі нафтові й газові компанії розширити свої інвестиції у відновлювані джерела енергії. За прогнозами IEA, у 2025 році відновлювані джерела енергії використовуватимуться частіше, ніж вугілля, і стануть найбільшим осередком виробництва електроенергії в усьому світі.
Країни Близького Сходу, як-от Саудівська Аравія, можуть повністю відмовитися від нафти завдяки наявності великої кількості такого відновлюваного джерела енергії, як сонячне світло. Експерти стверджують, що країна може остаточно перейти на 100% систему використання відновлюваних джерел енергії до 2040 року за умови подальшого розвитку технологій у цій галузі й прийняття відповідного законодавства з боку контролюючих органів.
Супермережа North American Supergrid
Попри те, що світ, здається, готовий повністю перейти на відновлювані джерела енергії, наявна інфраструктура не зможе забезпечити ефективність цього процесу. Наприклад, у Сполучених Штатах одне з найбільш гострих питань полягає в тому, як забезпечити ефективну передачу енергії по всій країні.
Дізнайтеся більше про супермережу North American Supergrid. Ця нова електромережа, концепцію якої запропонували дослідники Кліматичного інституту (неприбуткової організації у Вашингтоні), дасть змогу підвищити доступність відновлюваних джерел енергії. Упровадивши її, Сполучені Штати зможуть використовувати сонячну енергію від станцій, розташованих на Південному Заході, в основних містах Північного Сходу.
Вузлова мережа постійного струму високої напруги (HVDC) буде встановлена поверх наявних регіональних систем розподілу, що дасть змогу як окремим споживачам, так і цілим підприємствам користуватися відновлюваними джерелами енергії без будь-яких змін. У разі впровадження ця супермережа зможе підвищити конкурентоспроможність чистої енергетики на ринку, де переважають горючі корисні копалини.
Інновації в галузі відновлюваної енергетики й приклади їх використання
Багато компаній, галузей і державних установ докладають чималих зусиль для впровадження розумних інноваційних хмарних технологій відновлюваних джерел енергії. Деякі навіть зобов’язуються переважно або повністю перейти на відновлювані ресурси в найближчому майбутньому.
Axpo
Axpo, найбільший виробник відновлюваної енергії у Швейцарії, використовує Azure Cognitive Search, Azure Maps та Power BI, щоб дати змогу інженерам і командам технічного обслуговування знайти вичерпні та актуальні дані про стан кожного елемента мережі. Це скорочує час пошуку на 99%, спрощує визначення проблемних областей майже в реальному часі та дає змогу автоматизувати кілька завдань керування ресурсами мережі. Усе це значно зменшує час виконання багатьох операційних дій.
SSE Renewables
SSE Renewables – це ще один лідер із видобутку енергії з відновлюваних джерел у Європі. Компанія має найбільшу кількість морських вітрових електростанцій у світі й використовує ШІ, IoT та хмарні технології для гарантування того, що їх функціонування жодним чином не зашкодить довкіллю й екосистемам. Наприклад, компанія використовує цифрові відеокамери, які передають дані до хмарної системи на основі штучного інтелекту, що відстежує активність і стан здоров’я птахів.
Vattenfall
Vattenfall – це міжнародна компанія, яка займається генеруванням енергії з відновлюваних джерел і належить уряду Швеції. Компанія разом із корпорацією Майкрософт створила службу, яка дає змогу миттєво вживати заходів щодо задоволення попиту на відновлювані джерела енергії. Однак деякі відновлювані ресурси не весь час будуть доступні компаніям-споживачам, оскільки сонце не завжди світить, а вітер не завжди дме. Завдяки службі Vattenfall 24/7 Matching компанії матимуть змогу перейти на споживання 100% екологічно чистої електроенергії. Наприклад, якщо сонячна енергія буде недоступна в певний момент, служба допоможе компаніям-споживачам обрати наявний відновлюваний ресурс.
Національний фонд охорони навколишнього природного середовища та водних ресурсів
Національний фонд охорони навколишнього природного середовища та водних ресурсів Польщі також використовує хмарні обчислення. Завдяки цьому громадяни Польщі можуть легко подавати заяви на гранти й отримувати їх, робити свої оселі енергоефективнішими та менше забруднювати повітря. Організація спростила керування програмою стимулювання, повністю оцифрувавши процес подання заяв на отримання енергоефективних грантів. Наразі їх отримали вже понад 215 000 громадян Польщі.
Met Office
Met Office – це національна метеорологічна служба Сполученого Королівства, світового лідера в пошуку рішень для досягнення нульової емісії. Вона використовує хмарні обчислення й переходить на 100% відновлювані джерела енергії. Відстеження та прогнозування погодних умов передбачає масивну обробку даних, моделювання складних сценаріїв, використання великого обсягу інформації, ШІ й аналітики. Для виконання такого обсягу роботи Met Office використовує розумні хмарні суперкомп’ютерні обчислювальні служби замість фізичних. За прогнозами Met Office, використання цієї хмарної служби дасть змогу заощадити 7415 метричних тонн вуглецю.
Прискорте шлях до екологічності
Microsoft Cloud for Sustainability стимулює прогрес і дає вам змогу оптимізувати свій бізнес за допомогою екологічних, соціальних та управлінських (ESG) можливостей на будь-якому етапі впровадження моделі нульової довіри.
Запитання й відповіді про відновлювану енергію
-
До найпопулярніших джерел відновлюваної енергії належать такі джерела:
- Сонячна енергетика, де енергія отримуються із сонячного світла.
- Гідроелектростанції– створені людиною бар’єри, такі як дамби, які керують потоком води для виробництва електроенергії.
- Вітряна енергетика– вітряки, що перетворюють енергію вітру на електричну.
- Припливна енергія— використовує океанські течії для руху турбін, що виробляють енергію.
- Геотермальна енергія– свердловини штучного походження для видобутку нагрітої води глибоко з-під землі.
- Енергія біомаси, що перетворює відходи на пальне.
-
Ряд відновлюваних джерел енергії вважаються високоефективними, оскільки обсяг їхнього ресурсу по суті необмежений. До них належать вітер, сонячне світло та океанські припливи. Щоб зрозуміти, наскільки це великі ресурси, скористайтеся цією статистикою: Відповідно до даних Департаменту енергетики США, 90 хвилин сонячного світла, вловленого при поверхні земної кулі, буде достатньо для забезпечення енергією всієї планети протягом року. Не дивно, що сонячна енергія – одна з найшвидше зростаючих форм відновлюваної енергії в усьому світі.
-
Сонячні енергосистеми можуть вважатися найбезпечнішими, оскільки вони не забруднюють повітря і не створюють викидів парникових газів, а також не несуть негативних наслідків для навколишнього середовища.
-
Відновлювані джерела енергії мають низку переваг порівняно з викопним паливом. Оскільки вони працюють на основі таких натуральних ресурсів, як вітер і вода, вони більш надійні та рентабельні, ніж споживання викопного палива. Найважливішим є те, що відновлювальні джерела енергії зазвичай створюють менші обсяги забруднення, ніж викопне паливо, викиди від використання якого зараз вважаються однією з головних причин зміни клімату.
Підпишіться на Microsoft