Возобновляемые источники энергии и технологии
Что такое возобновляемая энергия?
Вы наверняка слышали, как термин "возобновляемая энергетика" упоминается в одном ряду с глобальным потеплением и изменением климата. Но что именно представляет собой возобновляемая энергетика? И почему она так важна?
Возобновляемая энергетика охватывает природные источники энергии и производственные процессы с возможностью постоянного пополнения или воспроизводства. Например, мы никогда не исчерпаем запасы ветра и солнечного света. В действительности ветряные турбины и солнечные панели являются одними из ключевых источников возобновляемой энергии.
Помимо того, что возобновляемые источники будут доступны всегда, они, как правило, вызывают меньшее загрязнение, чем их невозобновляемые аналоги, благодаря чему являются более разумным выбором для людей, животных и планеты. Поэтому неудивительно, что мировые лидеры и защитники окружающей среды выступают за возобновляемые источники энергии как ключевой элемент более экологичного будущего.
И наоборот, количество невозобновляемых источников, таких как нефть, газ и уголь, ограничено, их невозможно быстро восполнить, и они доступны не во всех регионах мира. Рассмотрим сырую нефть. Хотя ее добывают многие страны, Управление по информации в области энергетики США сообщает, что добыча более половины сырой нефти в мире приходится всего на пять стран. Но самое главное в том, что невозобновляемые источники энергии, такие как ископаемое топливо на основе углерода, считаются одним из важнейших факторов изменения климата.
Стремление к нулевым выбросам
Поскольку государства, предприятия и потребители сегодня признают глобальное потепление и изменение климата одной из серьезнейших угроз нашего времени, популярность и распространение возобновляемых источников энергии растет лавинообразно. С помощью современных технологий альтернативные источники стали не только более надежными, но и более экономически эффективными — даже в большей степени, чем ископаемое топливо.
Признавая, что усилий отдельных государств по борьбе с глобальным потеплением и необратимым изменением климата недостаточно, страны всего мира подписали в 2016 году Парижское соглашение. Согласно этому международному договору, правительства всех стран будут стремиться выйти к 2050 году на нулевой уровень выбросов — удалению из атмосферы Земли такого же количества углекислого газа, которое мы в нее выбрасываем.
Остановить катастрофические изменения окружающей среды, которые на нас надвигаются, мы сможем за счет постепенного перевода планеты на источники энергии, выделяющие в атмосферу меньше всего парниковых газов. И в авангарде этого процесса — возобновляемые источники энергии, которые зачастую чище и экологичнее невозобновляемых.
Распространенные возобновляемые источники энергии
Ежедневно принимаются все новые меры по разработке и внедрению возобновляемых источников энергии без нанесения планете дальнейшего ущерба. Давайте рассмотрим самые распространенные альтернативные источники энергии.
Солнечная энергия
В основе этой технологии — солнечные, или фотоэлектрические (ФЭ), элементы, которые изготовлены из кремния или других материалов и преобразуют солнечный свет в электричество. Количество солнечной энергии, которую можно накопить и использовать, зависит от времени суток, сезона и географического расположения солнечных батарей. При этом, по данным Министерства энергетики США, всего 90 минут солнечного света, уловленного на поверхности Земли, достаточно для обеспечения энергией всей планеты в течение года. Министерство энергетики США.
Солнечные электростанции (фермы) бывают не только наземными. Они также могут располагаться на водоемах, таких как водохранилища и озера. (Такие солнечные фермы называются плавучими фотоэлектрическими установками.) При ответственном подходе к размещению и производству солнечные электростанции не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду, поскольку не вырабатывают загрязняющих воздух веществ и парниковых газов.
Энергия ветра
Ветер заставляет лопасти турбины вращаться, и генератор использует это вращение для выработки электроэнергии. Одна из основных претензий к ветроэнергетике заключается в том, что колоссальные (и часто считающиеся уродливыми) ветряные мельницы, используемые для выработки ветровой энергии, занимают огромные участки земли.
Популярной альтернативой наземным системам являются морские ветряные электростанции. Хотя у морских ветроэлектростанций есть свои недостатки, включая изменчивую погоду и неспокойную поверхность воды, на которой должны работать турбины, а также непомерно высокую стоимость прокладки силовых кабелей под морским дном, безграничные "запасы" ветра делают их привлекательным ресурсом.
Геотермальная энергия
Этот вид энергии вырабатывается в искусственных скважинах, из которых добывается вода, нагретая магмой (расплавленной смесью минералов и газов) из земного ядра. Поднимаясь на поверхность земли, вода превращается в пар, который приводит в действие турбины, а они уже задействуют генераторы для выработки электроэнергии. Закачка пара и горячей воды обратно под землю снижает выбросы от геотермальной энергосистемы, что делает гидротермальный ресурс экологически чистым.
В некоторых частях света, например в Исландии, геотермальные ресурсы изобильны и легкодоступны, в то время как в других регионах этот природный ресурс отсутствует. Еще одним недостатком является тот факт, что рытье геологических скважин в соответствующих точках может существенно повредить окружающей среде и повысить риск землетрясений.
Гидроэлектрическая энергия
Вырабатывается плотинами или дамбами, построенными для управления потоком воды. Направленная вода вращает лопасти турбины генератора, в результате чего вырабатывается электричество. Постоянство этого источника зачастую делает гидроэлектроэнергию более надежной, чем энергия солнца или ветра. Благодаря этому гидроэлектроэнергетика является крупнейшим возобновляемым источником энергии в США.
Крупные гидроэлектростанции (гигантские плотины) не считаются невозобновляемыми источниками энергии, поскольку отводят и уменьшают естественные водные потоки. Животные и люди, живущие поблизости, могут пострадать от наличия такой конструкции рядом из-за частичной или полной потери доступ к необходимой им воде. И наоборот, малые гидроэлектростанции, установленная мощность которых не превышает примерно 40 мегаватт, в отличие от своих более крупных аналогов отводят лишь часть водного потока, а правильно управляемые гидроэлектростанции не наносят окружающей среде большого вреда.
Приливная энергия
Еще один подвид гидроэнергетики, в котором используется сила возникающих дважды в день приливно-отливных течений океана, которые приводят в действие турбинные генераторы. Хотя эта технология еще только зарождается, высоко предсказуемая природа приливной энергии делает ее привлекательным и экологичным источником энергии. Как и в случае с плотинами, некоторые сценарии использования приливной энергии могут навредить дикой природе и окружающей среде. Например, приливные запруды работают аналогично плотинам, но располагаются в океанских заливах или лагунах.
Энергия биомассы
В основе этой технологии — тепло, которое вырабатывается при сжигании растительного сырья для приведения в действие паровой турбины, вырабатывающей электроэнергию. Для получения энергии биомассы отходы преобразуются в топливо. Такое превращение отходов в энергию позволяет вырабатывать электричество с низкими финансовыми и экологическими затратами.
Например, для получения энергии из биомассы можно использовать древесные отходы, такие как щепа с лесопилок, которые вместо этого могли бы разлагаться на свалках и увеличивать выбросы углекислого газа. Однако многие виды биомассы не считаются чистыми источниками энергии, так как производят больше углеродных выбросов, чем ископаемое топливо.
Технологии возобновляемой энергетики и облачные вычисления
Параллельно с внедрением технологий возобновляемой энергетики на индивидуальном уровне, таких солнечные и геотермальные батареи в домах, крайне важно бороться с климатическим кризисом на уровне промышленности и бизнеса. Обычные потребители все чаще устанавливают солнечные батареи на крышах своих домов для зарядки электромобилей, однако любые инновации на уровне промышленности для внедрения и популяризации чистых энергетических решений неизменно будут связаны с экологическими преимуществами облачных вычислений.
Хотя цифровые технологии уменьшают вредное воздействие на окружающую среду, так как требуют меньше энергии, облачные вычисления по-прежнему используют территорию нашей планеты для развертывания центров обработки данных. Некоторые облачные технологии — например, майнинг криптовалюты — потребляют огромное количество невозобновляемой энергии. По оценкам Кембриджского университета, для майнинга только одной криптовалюты Bitcoin ежегодно расходуется больше электричества, чем для жизни целых стран размером с Норвегию или Аргентину.
Некоторые поставщики облачных услуг, такие как Майкрософт, уделяют особое внимание технологиям возобновляемой энергетики, повышая производительность и эффективность и снижая энергопотребление своих решений, чтобы минимизировать влияние физических центров обработки данных на окружающую среду.
Инновации в области облачных вычислений
Вот лишь некоторые из экологичных инноваций в сфере облачных вычислений:
- Жидкостно-иммерсионное охлаждение: этот метод охлаждения серверов помогает снизить потребление энергии и воды, обеспечивая при этом более высокую вычислительную мощность.
- Гибридные ИБП: менее масштабные меры, такие как внедрение гибридных ИБП, помогают снизить нагрузку на сеть.
- Экологичное топливо для резервных источников питания: заправка резервных генераторов центров обработки данных менее углеродоемким топливом вместо традиционного дизеля помогает снизить выбросы углекислого газа.
Облачные вычисления никогда не станут универсальным или единственным решением проблемы изменения климата, но есть множество интересных цифровых технологий, способствующих внедрению возобновляемых источников энергии. Они помогают снизить энергопотребление и упрощают переход на более нейтральные с точки зрения выбросов энергосистемы.
Прочитайте об обязательствах Майкрософт в отношении экологической устойчивости
Инновационные облачные технологии в энергетике и коммунальном хозяйстве
Вот несколько примеров инновационных облачных решений в сфере энергетики и коммунального хозяйства:
Интеллектуальные или “умные” сетки
Эти облачные технологии оптимизируют управление энергопотреблением компании. Они обрабатывают интерактивные данные с миллионов датчиков, используемых отдельными клиентами, полагаясь на альтернативные источники энергии, такие как солнечные панели на крышах и электромобили, для более эффективного управления электросетью.
Искусственный интеллект и машинное обучение
Энергетические компании используют данные и искусственный интеллект для интеллектуального согласования спроса и предложения возобновляемых источников энергии. Такие технологии, как цифровые двойники, позволяют компаниям улучшать балансировку нагрузки, интегрировать распределенные энергоресурсы, управлять устройствами и автоматизировать операции для оптимизации энергопотребления.
IoT — Интернет вещей
Используя датчики устройств и профилактическое обслуживание, компании управляют и продлевают жизненный цикл оборудования и других активов. Это позволяет сократить использование невозобновляемых источников энергии и материалов, которые используются в новых производственных процессах.
Технология улавливания углерода
Несмотря на то, что улавливание углерода само по себе не является возобновляемым источником энергии, оно смягчает воздействие углекислого газа на окружающую среду за счет улавливания и хранения выбросов из дымовых труб. Оно даже может извлекать углекислый газ из воздуха, а затем хранить его под землей или перерабатывать для производства новых продуктов, таких как топливо или строительные материалы. В этих технологиях используются передовые информационные панели по выбросам, искусственный интеллект и технология цифровых двойников Интернета вещей для улучшения улавливания и хранения углерода.
Тенденции развития в сфере возобновляемой энергетики
Внедрение возобновляемых источников энергии демонстрирует рекордные показатели. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), энергетического форума, в работе которого участвуют 29 стран, продвигающих идеи рациональной энергетической политики, до 2024 года генерирующие мощности на основе технологий возобновляемой энергетики во всем мире должны увеличиться на 50 процентов. Лидером роста является солнечная энергия, но ветровая, геотермальная и гидроэлектроэнергия практически не отстают от нее.
Применение солнечной энергии
МЭА также прогнозирует, что до 2025 года на солнечную энергию будет приходиться 60 процентов роста мировой возобновляемой энергетики. Ожидается, что лидировать в этом направлении будут Китай, Бельгия, Нидерланды, Австрия, Австралия и США, причем в каждой из этих стран будут установлены миллионы солнечных энергосистем.
Почему солнечная энергетика так бурно развивается? Во-первых, стоимость установки солнечных панелей падает уже много лет и, как ожидается, будет продолжать падать и в будущем. С другой стороны, солнечная энергия более доступна и дает больше свободы по сравнению с технологиями с ограничениями на место расположения, такие как ветровая и гидроэнергетика. Солнечный свет получает каждый уголок Земли независимо от климата.
По мере роста популярности солнечной энергетики усилия в этой области сосредоточены на совершенствовании возможностей хранения энергии и системы ее распределения, чтобы дома и предприятия могли функционировать при любой погоде. Такое повышение стабильности будет подталкивать к использованию солнечной энергии все больше корпораций, государств и потребителей.
Ветроэнергетика: на суше и море
По мере расширения установленных ветроэнергетических мощностей во всем мире растет и популярность этой технологии. В настоящее время лидером является Китай, однако США и Япония догоняют его за счет благоприятных изменений в законах.
В США администрация Байдена и Харрис взяла на себя обязательство развернуть к 2030 году морские ветроэнергетические мощности на 30 гигаватт. Законодатели Японии разработали правила, поощряющие строительство турбин в портах и гаванях, а также стимулирующие застройщиков к возведению морских энергоферм. Страна может даже заменить свои ядерные реакторы на морские турбины.
Господство гидроэнергетики и подъем геотермальных технологий
Хотя в обозримом будущем гидроэнергетика, по данным МЭА, будет оставаться основным источником возобновляемой энергии в мире, ее рост будет не таким стремительным, как у технологий солнечной или ветровой энергии. Оптимальные и экономически эффективные места уже заканчивается, что ведет к росту затрат.
Геотермальная энергия, уже активно используемая в Исландии и странах Тихоокеанского региона, по прогнозам вырастет к 2024 году на 28 процентов. Азиатские страны, особенно Индонезия и Филиппины, уже наращивают свои мощности, и нет никаких признаков замедления этого процесса.
Оставим "грязную" энергию позади
Что будущее возобновляемой энергетики означает для наших традиционных источников энергии? Снижение затрат и рост спроса в секторе "чистой" энергетики побудят крупные нефтегазовые компании расширить свои инвестиции в возобновляемые источники. МЭА прогнозирует, что возобновляемые энерготехнологии обгонят уголь и станут крупнейшим источником выработки электроэнергии в мире уже в 2025 году.
В то же время страны Ближнего Востока, такие как Саудовская Аравия, могут полностью отказаться от нефти благодаря обилию гораздо более экологичного источника энергии — солнечного света. По мнению экспертов, страна может полностью перейти на использование возобновляемых источников к 2040 году, если технологии хранения энергии будут развиваться, а органы регулирования примут соответствующие законы.
Североамериканская суперсеть
Хотя мир, похоже, уже совершенно готов перейти на возобновляемые источники энергии, существующая энергетическая инфраструктура не позволяет осуществить эффективный переход. Например, одна из самых больших проблем в США сегодня связана с эффективной транспортировкой энергии по всей стране.
Познакомьтесь с Североамериканской суперсетью. Эта новая энергосистема, предложенная Институтом климата — некоммерческой организацией, базирующейся в Вашингтоне, сделает возобновляемую энергию гораздо более доступной. Создав такую сеть, США смогут передавать солнечную энергию с ферм на юго-западе в крупные города на северо-востоке.
В теории поверх существующих региональных распределительных систем будет развернута узловая сеть постоянного тока высокого напряжения (HVDC), благодаря которой все получат доступ к возобновляемой энергии без изменения текущих принципов потребления электричества в домах и на предприятиях. Если эта суперсеть будет реализована, чистая энергия станет более конкурентоспособной на рынке, где доминирует ископаемое топливо.
Инновации и примеры использования возобновляемых источников энергии в реальном мире
Многие предприятия, отрасли и правительства принимают похвальные меры по внедрению интеллектуальных и инновационных облачных технологий в стратегию перехода на возобновляемую энергетику, а некоторые даже берут на себя обязательство в ближайшем будущем полностью или в основном перейти на возобновляемые источники.
Axpo
Компания Axpo, крупнейший производитель возобновляемой энергии в Швейцарии, использует Когнитивный поиск Azure, Azure Maps и Power BI, чтобы помочь инженерам энергосистемы и бригадам обслуживания легко находить комплексные и актуальные данные о состоянии каждого ресурса энергосистемы. Это сокращает время поиска на 99 %, упрощает выявление проблемных областей почти в реальном времени и позволяет автоматизировать несколько задач управления ресурсами энергосистемы. Все это значительно сокращает время, необходимое для выполнения множества эксплуатационных действий.
SSE Renewables
Еще один европейский лидер в области возобновляемой энергетики, компания SSE Renewables, которая строит больше морских ветроэлектростанций, чем любая другая компания в мире, использует искусственный интеллект, Интернет вещей и облачные технологии для того, чтобы минимизировать ущерб от своей деятельности для дикой природы и экосистем. Например, компания следит за здоровьем птиц поблизости с помощью дистанционных цифровых видеокамер, которые загружают данные в облачную систему с поддержкой ИИ, а та отслеживает активность и состояние каждого отдельного животного.
Vattenfall
Vattenfall, транснациональная энергетическая компания, принадлежащая шведскому правительству, — еще один пионер в области возобновляемой энергетики. Совместно с компанией Microsoft компания создала сервис, который в реальном времени связывает потребителей возобновляемой энергии с ее поставщиками. Некоторые возобновляемые источники энергии не всегда доступны в тот момент, когда они нужны предприятию. (В конце концов, солнце не всегда светит, а ветер не всегда дует.) Но благодаря круглосуточному сервису Vattenfall компании, желающие полностью отказаться от ископаемых источников энергии, могут это сделать. Например, если в определенный час солнечная энергия недоступна, служба подберет для предприятия доступный источник возобновляемой энергии.
Национальный фонд охраны окружающей среды и управления водными ресурсами
В государственном секторе Национальный фонд охраны окружающей среды и управления водными ресурсами Польши использует облачные вычисления, чтобы упростить подачу заявок и получение грантов польским гражданам, желающим сделать свои дома более энергоэффективными и менее уязвимыми для воздушных загрязнений. Организация оптимизировала управление своими инициативами, полностью переведя процесс подачи заявок на гранты в цифровой формат. Тем самым она облегчила гражданам подачу заявок на гранты для повышения энергоэффективности, а себе — их распределение. С момента модернизации программы стимулирования уже более 215 000 польских домохозяйств получили гранты на энергосбережение.
Метеорологическое бюро
Наконец, в Великобритании, мировом лидере на пути к нулевому уровню выбросов, государственная метеорологическая служба использует облачные вычисления, чтобы добиться полного перехода на возобновляемые источники энергии. Отслеживание и прогнозирование погодных условий требует обработки огромных объемов информации, и для этого применяются сложные модели, большие данные, искусственный интеллект и мощная аналитика. Вместо использования в этих рабочих нагрузках физического суперкомпьютера организация задействует интеллектуальную облачную службу масштабных вычислений. По прогнозам агентства, благодаря использованию этого облачного сервиса оно сократит выбросы углерода на 7415 метрических тонн.
Уверенное движение к устойчивому развитию
Решения Microsoft Cloud for Sustainability позволят вам ускорить переход к нулевым выбросам и трансформировать работу своей организации с помощью инструментов для контроля экологической и социальной ответственности (ESG).
Вопросы и ответы о возобновляемых источниках энергии
-
Наиболее популярные источники возобновляемой энергии:
- Солнечная энергия — вырабатывается путем преобразования солнечного света в электричество.
- Гидроэлектрическая энергия — созданные людьми барьеры, например дамбы, которые управляют потоками воды для выработки электричества.
- Ветровая энергия — производится ветрогенераторами, которые преобразуют энергию ветра в электричество.
- Приливная энергия — использует океанские течения для питания турбогенераторов.
- Геотермальная энергия — вырабатывается в созданных человеком скважинах, которые извлекают нагретую воду из земного ядра.
- Энергия биомассы — создается путем преобразования отходов в топливо.
-
Некоторые источники возобновляемой энергии считаются высокоэффективными, так как они являются практически неиссякаемыми. К ним относятся ветер, солнечный свет, океанские приливы. Чтобы понять, насколько много этих ресурсов, рассмотрите следующую статистику. По данным Министерства энергетики США, всего 90 минут солнечного света, уловленного на поверхности Земли, достаточно для обеспечения энергией всех потребителей на планете в течение одного года. Неудивительно, что солнечная энергетика является одной из самых быстроразвивающихся форм возобновляемой энергии по всему миру.
-
Можно также сказать, что солнечные электростанции являются самыми безопасными, так как они не вырабатывают загрязняющих воздух веществ и парниковых газов, а значит не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду.
-
Возобновляемые источники энергии обладают рядом преимуществ перед ископаемым топливом. Так как в основе возобновляемых источников энергии лежат природные ресурсы, такие как ветер и вода, они более распространенные, надежные и экономически эффективные, чем ископаемое топливо. А самое важное — возобновляемые источники обычно создают меньше загрязнения, чем ископаемое топливо, которое теперь считается одной из основных причин изменения климата.