可再生能源和技术

随着政府、企业和个人认识到全球变暖是我们一生中最大的威胁之一，可再生能源的普及和采用已呈指数级增长。

什么是可再生能源？

人们谈及全球变暖和气候变化时可能都会提及“可再生能源”一词。但究竟什么是可再生能源？为什么它如此重要？

可再生能源是指可以不断补充或再生的自然能源或生产过程。例如风和阳光，这些资源取之不尽用之不竭。事实上，风力涡轮机和太阳能电池板是可再生能源的主要来源之一。

除用之不尽之外，可再生资源（“可再生能源”）通常比不可再生能源产生的污染更少，因此它是人类、动物和地球更健康的选择。难怪全球领导者和环保倡导者都将可再生能源作为建设在环境上更可持续的未来的关键。

相反，石油、天然气和煤炭等不可再生能源数量有限，无法快速补充，而且并非在世界每个地区都提供。考虑原油：尽管许多国家/地区都生产原油，但据美国能源信息署的数据，世界上一半以上的原油供应仅来自五个国家/地区。最重要的是，像这些含碳的化石燃料的不可再生能源被认为是造成气候变化的最大因素之一。

追求净零排放

随着政府、企业和消费者正面临着全球变暖和气候变化是我们一生中最大的威胁之一这个事实，可再生能源的普及和采用已呈指数级增长。在现代技术的帮助下，今天的可再生能源不仅变得更加可靠，而且成本效益也更高 - 甚至比化石燃料还要高。

认识到单靠个人努力限制全球变暖和不可逆转的气候变化是不够的，世界各国/地区于 2016 年签署了《巴黎协定》。这项国际条约规定，到 2050 年，世界各国政府将努力实现“净零排放”- 从地球大气中去除与我们释放到其中的二氧化碳一样多的二氧化碳。

世界只有继续转向使用向大气释放最少量温室气体的能源，我们才能成功阻止已经发生在我们身上的灾难性环境变化。而可再生能源（通常比不可再生能源“更清洁、更环保”）就处于这一努力的最前沿。

常用的可再生能源来源

我们每天都在做出新的努力来开发和推广可再生能源，而不会对地球造成进一步的破坏。让我们来看看一些最常见的替代能源：

太阳能

由太阳能或光伏 (PV) 供电，由硅或其他将阳光转化为电能的材料制成的电池。可以存储和使用多少太阳能取决于一天中的时间、季节和太阳能电池所处的地理位置。也就是说，据美国能源部的数据，仅在地球表面捕获 90 分钟的阳光就足以为地球一年的所有能源使用提供动力。

太阳能发电站并不局限于在土地上建造。它们也可以建造在水中，如水库和湖泊。（这种太阳能电池板被称为浮动太阳能技术或浮动技术。）如果认真负责地选址和制造，太阳能发电系统是不会产生不利的环境影响的，因为它们不会产生空气污染物或温室气体。

风能

风可让涡轮机的叶片旋转起来，发电机就是利用这一点来发电的。人们对风能最大的抱怨之一在于，用于产生风能的巨大风车（外形通常比较丑陋）会占用大量土地。

海上风电场是陆上风电场的流行替代方案。尽管海上风电站也有其缺点（例如天气多变、带动涡轮机旋转的海水波涛汹涌、在海底安装电缆成本高昂），但无限的风能供应使其成为一种有吸引力的资源。

地热能

在人造井中产生，这些井从地核中提取被岩浆加热的水，岩浆是熔融矿物和溶解气体的混合物。水上升到地球表面后会变成蒸汽，然后启动涡轮机，驱动发电机发电。将蒸汽和热水抽回地下可减少地热能的排放量，使这种热液资源成为绿色资源。

世界某些地区（例如冰岛）拥有丰富的可被获取和利用的地热资源，而其他地区则缺乏这种天然存在的资源。另一个缺点是挖掘地质热区以打井可能会造成严重的环境破坏并增加地震的风险。

水力发电

是指为控制水流而建造的水坝或屏障。然后引导的水带动发电机的涡轮叶片旋转，从而产生电力。由于其来源可靠，水力发电通常比太阳能或风能更可靠。这种可靠性将水力发电定位为美国最大的电力可再生能源。

大型水力发电厂（也称为巨型水坝）并不是非可再生能源，因为它们会转移和减少自然水流。附近的动物和人类可能会因失去部分或全部依赖的水源而苦不堪言。相反，小型水力发电厂（装机容量不到 40 兆瓦）只分流一小部分水流，并且受到严格管理的水力发电厂不会造成太大的环境破坏。

潮汐发电

这是水能的另一个例子，只有这种资源依赖于每天两次的海洋潮流来驱动涡轮发电机。虽然仍然是一种新兴资源，但潮汐能的高度可预测性使其成为一种有吸引力且可持续的能源。与水坝一样，某些潮汐能方法可能会伤害到野生动物及其周围环境。例如，潮汐拦河坝的运作方式类似于水坝，但位于海湾或泻湖中。

生物质能

是指通过燃烧植物材料产生的热量驱动汽轮机来发电。生物质能是通过将废物转化为燃料而产生的。这种废物能源转换可以以较低的经济成本和环境成本提供电力。

例如，废弃木材（如锯木厂的碎屑）可用于生物质能源，而不是让它在垃圾填埋场分解，造成大气中二氧化碳水平增高。也就是说，许多形式的生物质都不是清洁能源，因为它们已被证明比化石燃料产生更高的碳排放。

可再生能源技术和云计算

尽管已积极呼吁采取行动，在个人层面推广可再生能源（例如太阳能和地热能供电的房屋），但在行业和商业层面应对气候危机仍然至关重要。随着屋顶太阳能电池板越来越多地被用于为电动汽车充电，个人消费者正在取得进步，但行业层面支持和增强清洁能源解决方案的任何进步总是离不开云计算的环境效益。

尽管数字技术通过减少能源消耗减少了对环境的有害影响，但云计算仍然通过数据中心“扎根”在地球上。一些云计算技术会消耗大量不可再生能源，例如加密货币挖掘。据剑桥大学的分析估计，仅一家公司比特币的加密货币开采每年使用的煤电就超过了挪威或阿根廷大小的整个国家/地区。

一些云服务公司（如 Microsoft）专注于通过提高性能和效率以及降低功耗来支持可再生能源技术，以帮助最大限度地减少物理数据中心对环境的影响。

云计算创新

云计算的环境效益示例包括以下创新：

液浸冷却：这种服务器冷却方法有助于减少能源和水的消耗，同时提供更高的处理能力。
电网交互式 UPS 电池：实现电网交互式 UPS 电池等这些细微步骤有助于减少对电网的需求。
用于备用电源的清洁燃料：用碳强度较低的燃料代替传统柴油为数据中心备用发电机提供燃料有助于减少碳排放。

云计算永远不能成为应对气候变化的通用解决方案或单一解决方案，但有许多令人兴奋的数字技术可以支持可再生能源。这些技术有助于减少能源使用，并有助于向更具碳中和的电网过渡。

了解 Microsoft 对可持续发展的承诺

电力和公共事业云创新

电力和公共事业行业创新的云解决方案的部分示例包括：

智能或“智慧”网格

这些云技术优化了公司的能源管理。他们利用来自各个客户使用的数百万个传感器的交互式数据，通过依赖备用能源（如太阳能电池板和电动车）更高效地运行电网。

人工智能和机器学习

能源公司使用数据和 AI 智能地匹配可再生能源的需求和供应。数字孪生等技术使公司能够改进负载均衡、集成分布式能源资源、控制设备和自动化操作以优化能源使用。

IoT（物联网）

使用设备传感器和预测性维护，公司管理和延长机械和其他资产的生命周期。这样可以减少对新制造中涉及的不可续订电源和材料的使用。

探索 IoT 能源

碳捕获技术

虽然碳捕获本身不是可再生能源，但它通过捕集和储存烟囱排放的二氧化碳，减轻了二氧化碳对环境的影响。它甚至可以从空气中提取二氧化碳，然后将其封存在地下或回收利用，以制造燃料或建筑材料等新产品。这些技术利用先进的排放仪表板、人工智能和物联网数字孪生技术来改进碳捕获与封存。

阅读有关云计算的碳效益的研究

可再生能源行业趋势

可再生能源的采用即将达到历史新高。据国际能源署 (IEA)（一个由 29 个国家/地区组成的能源论坛，旨在促进健全的能源策略）的数据，到 2024 年，可再生能源产能将在全球范围内扩大 50%。其中太阳能的增长最快，紧随其后的是风能、地热能和水力发电。

倾向太阳能

IEA 还预测，到 2025 年，太阳能增长速度在全球可再生能源行业中将占 60%。预计中国、比利时、荷兰、奥地利、澳大利亚和美国将成为排头兵，每个国家/地区都将增加数百万个太阳能装置。

为什么太阳能的采用激增？一方面，安装太阳能电池板的成本多年来一直在下降，并且预计将继续下降。另一方面，与需要特定位置的能源（如风能和水电）相比，太阳能更容易获得并且灵活性更大。无论气候如何，地球上的每个地方都可以获得阳光。

随着采用率的增长，太阳能行业专注于扩大存储能力和优化分配，以便家庭和企业能够不受天气影响继续运转。这种一致性的提高将刺激更多的公司、政府和居民采用太阳能。

风能：陆上和海上

随着全球风能容量的增加，它的采用也在增加。目前，中国正在带头采用风能；然而，由于有希望的立法，美国和日本正在迎头追赶。

在美国，拜登-哈里斯政府承诺到 2030 年部署 30 吉瓦的海上风能。日本的立法者制定了法规，以刺激港口和海港的涡轮机建设，并鼓励开发商建造海上风电站。该国甚至可能用海上涡轮机取代他们的核反应堆。

水电的统治和地热的兴起

根据国际能源署的数据，虽然在可预见的未来，水电仍将是世界上可再生能源的主要来源，但它不会经历太阳能或风能那样的增长。合适且具有成本效益的位置已日趋紧缺，从而增加了成本。

地热能在冰岛和环太平洋国家/地区已经很普遍，预计到 2024 年将增长 28%。亚洲国家/地区（尤其是印度尼西亚和菲律宾）已经在增加产能，而且没有放缓的迹象。

弃用污染能源

可再生能源的未来对我们的传统能源意味着什么？随着清洁能源领域成本的降低和需求的增加，大型石油天然气公司将扩大对可再生能源的投资。事实上，据 IEA 预测，可再生能源将于 2025 年超过煤电，成为最大电力来源。

与此同时，沙特阿拉伯等中东国家/地区可以完全摆脱对石油的依赖，因为它们拥有充裕的可再生能源：阳光。专家表示，如果储能技术不断进步并且监管机构通过完善的立法，到 2040 年，这些国家/地区就可以切实实现 100% 的可再生能源系统。

北美超级电网

尽管世界似乎已经准备好全面接受可再生能源，但目前的电力基础设施并不能有效地支持这一转变。例如，在美国，目前最大的问题之一就是如何在整个国家有效地传输能源。

北美超级电网登场。由位于华盛顿特区的非营利组织气候研究所提议，这个新电网将使可再生能源更容易获得。一旦投入使用，美国就可以将太阳能从西南的发电厂转移到东北部的主要城市。

从理论上讲，柔性高压直流输电 (HVDC) 网络可以安装在现有的区域配电系统之上，让每个人都能获得可再生能源，而不会改变目前家庭和企业的用电方式。如能推广，这个超级电网可以使清洁能源在以化石燃料为主的市场中更具竞争力。

可再生能源创新和典型实例

许多企业、行业和政府正在采取有力措施，将智能、创新的云技术纳入其可再生能源工作中 - 有些甚至承诺在不久的将来主要或完全使用可再生能源。

Axpo

瑞士最大的可再生能源生产商 Axpo 正在使用 Azure 认知搜索、Azure Maps 和 Power BI 让其电网工程师和维护团队能够轻松地找到有关每个电网资产状况的全面最新数据。这将搜索时间缩短了多达 99%，使得更容易准实时识别问题区域，并为自动执行多个电网资产管理任务提供了途径。所有这些都大大缩短了完成许多操作活动所需的时间。

阅读案例

SSE Renewables

另一家可再生能源领域的欧洲领导者为 SSE Renewables，其建造的海上风电站比全球任何公司都多，该公司正在使用人工智能、物联网和云技术来确保其运营不会损害周围的野生动物和生态系统。例如，该公司使用远程数码摄像机监控邻近鸟类的健康状况，这些摄像机可将数据上传到支持人工智能的云系统，以此跟踪每只动物的活动和生命力。

阅读案例了解如何使用物联网进行能源管理

Vattenfall

Vattenfall 是瑞典政府拥有的跨国能源公司，是可再生能源领域的另一先驱。该公司与 Microsoft 一起创建了一项服务，该服务可以将可再生能源的即时需求与即时可用的供应相匹配。某些可再生能源并不总是在企业需要它们的那一刻可用。（毕竟，太阳并不总是照耀着，风也并不总是吹着。）但通过 Vattenfall 的全天候匹配服务，希望转向 100% 无化石电力的公司可以这样做。例如，如果在特定时间没有太阳能电力可用，该服务将为企业匹配可用的可再生能源。

详细了解

（波兰）国家环境保护与水资源管理基金会

在政府领域，波兰国家环境保护和水资源管理基金会正在使用云计算让波兰公民更容易申请和获得能源改造金，以帮助提高家庭的能源效率，减少空气污染。该组织通过将补助申请过程完全数字化，简化了激励计划的管理，使公民更容易申请能效补助，使组织也更容易颁发补助款。自该组织对其激励计划进行现代化改造以来，已有超过 215,000 户波兰家庭获得了这些能源补助。