الابتكارات الحديثة في مجال الطاقة المتجددة تشير إلى ان هذا المجال هو أحد أسرع قطاعات التكنولوجيا نموًا في العالم، حيث يتطور مشهد الطاقة المتجددة بسرعة، مع ظهور تقنيات جديدة تبشر بإحداث ثورة في كيفية توليد الطاقة واستهلاكها.
مع تزايد الحاجة الملحة لتغير المناخ، توفر هذه الابتكارات منارة أمل، حيث توفر حلول طاقة أنظف وأكثر كفاءة يمكنها إعادة تشكيل عالمنا، مثل الخلايا الكهروضوئية المتقدمة، الروبوتات المتقدمة، الذكاء الاصطناعي.
وتقوم الشركات على مستوى العالم بالتحول الاستراتيجي نحو الطاقة المتجددة، وهي خطوة لا تمليها المخاوف البيئية فحسب، بل أيضًا المزايا الاقتصادية التي توفرها، ويعتمد مستقبل الطاقة الخضراء على اتجاهات رئيسية مثل الرقمنة، التي تسهل العمليات المبسطة، والتكاملات الموفرة للطاقة، والمصممة لمواجهة تحديات التقطع في إنتاج الطاقة المتجددة.
وبينما تستمر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية في دفع هذا القطاع، فإن المجالات الناشئة مثل الهيدروجين الأخضر تمثل نتائج سنوات من أبحاث الطاقة المتجددة، بالإضافة إلى ذلك، تفتح أشكال الطاقة المائية غير المستغلة، مثل تيارات المد والجزر والأمواج والمحيطات، آفاقًا جديدة في قطاع الطاقة المتجددة.
ما هي الابتكارات الحديثة في مجال الطاقة المتجددة؟
الابتكارات الحديثة في مجال الطاقة المتجددة هي الاختراعات والأفكار الجديدة والتجاهات، التي أدت إلى إحداث نقلة نوعية في هذا المجال.
وتأتي الطاقة المتجددة من موارد غير محدودة ومتجددة بشكل طبيعي، مثل الشمس والمد والجزر والرياح، ويمكن استخدام الطاقة المتجددة لتوليد الكهرباء، وتسخين وتبريد الفضاء والمياه، والنقل.
وتعتبر مصادر الطاقة المتجددة، مثل الكتلة الحيوية، وحرارة القشرة الأرضية، وأشعة الشمس، والمياه، والرياح، موارد طبيعية يمكن تحويلها إلى عدة أنواع من الطاقة النظيفة القابلة للاستخدام.
فوائد الابتكارات الحديثة في مجال الطاقة المتجددة
الابتكارات الحديثة في مجال الطاقة المتجددة توفر العديد من المزايا الاقتصادية والبيئية والاجتماعية يمكن تلخيصها على النحو التالي:
- تقليل انبعاثات الكربون وتلوث الهواء الناتج عن إنتاج الطاقة
- تعزيز الموثوقية والأمن والمرونة لشبكة الكهرباء
- خلق فرص العمل من خلال زيادة إنتاج وتصنيع تكنولوجيات الطاقة المتجددة
- توسيع نطاق الوصول إلى الطاقة للمجتمعات النائية أو الساحلية أو المعزولة.
5 ابتكارات حديثة في مجال الطاقة المتجددة
الابتكارات الحديثة في مجال الطاقة المتجددة تتوالى نظرًا لأن العديد من البلدان قامت بضخ الأموال في هذا المجال، وفيما يلي أهم 5 ابتكارات شهدتها الساحة في الآونة الأخيرة:
- بلاط السقف الشمسي
الألواح الشمسية الصغيرة التي تبدو وتعمل مثل ألواح البلاط الخشبية أصبحت الآن حقيقة واقعة، تقوم شركة Dyaqua المصنعة للطاقة الشمسية بإنشاء بلاطات تحاكي الخرسانة والحجر والسيراميك والخشب والطوب. لقد قام المصممون بتنفيذها بالفعل في حديقة بومبي الأثرية في إيطاليا.
- تخزين الطاقة الحرارية الكهربائية
عندما تولد توربينات الرياح أو الألواح الشمسية كهرباء زائدة، يقوم نظام تخزين الطاقة الحرارية الكهربائية (TES) بتخزينها على شكل جليد أو طوب ساخن أو رمل ساخن أو أي وسيلة أخرى، بنفس المبدأ الذي يحافظ على حرارة ترمس القهوة لساعات، يحافظ نظام TES على حاوية أكبر بكثير ساخنة أو باردة لفترات طويلة.
عندما يحتاج الناس إلى استخدام المزيد من الكهرباء أكثر من المعتاد، كما هو الحال خلال يوم شتاء بارد يقوم TES بتحويل الطاقة المخزنة مرة أخرى إلى كهرباء قابلة للاستخدام، وعادةً ما تدوم أنظمة TES لفترة أطول من البطاريات، وهي شكل شائع آخر لتخزين الطاقة.
- الاقتران بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح
ابتكرت شركة الطاقة الفرنسية Unéole طريقة للجمع بين طاقة الرياح والطاقة الشمسية في مكان واحد، لقد أنشأت وحدات مكونة من ألواح شمسية مع توربينات رياح صغيرة موضوعة تحتها، حيث تشكل التوربينات طبقة بين الألواح الشمسية والسقف.
صممت Unéole الوحدات للاستخدام على الأسطح المسطحة في المكاتب والمباني السكنية، لا تصدر أي ضوضاء ويمكنها توليد الطاقة عمليًا على مدار الساعة، إذا كنت تعاني من ضيق المساحة، فهذه بالتأكيد خيار أفضل من توربينات الرياح التقليدية كاملة الحجم.
- الهيدروجين الأخضر
الهيدروجين الأخضر يتم إنتاج معظمه حاليًا عن طريق بخار غاز الميثان، وهو وقود أحفوري يجب استخراجه من أعماق الأرض. تنتج عملية الإصلاح بالبخار أول أكسيد الكربون كمنتج ثانوي، يقوم المصنعون إما بدفن هذا الغاز الضار في الأرض أو إطلاقه في الهواء.
ولكن الآن، هناك بديل صديق للبيئة، حيث يرسل التحليل الكهربائي تيارًا كهربائيًا عبر الماء، مما يؤدي إلى تقسيم جزيئات الماء إلى أكسجين وهيدروجين، والنتيجة هي ما يسمى بالهيدروجين الأخضر لأن إنتاجه لا ينتج عنه أي انبعاثات ضارة.
يمكن لطاقة الرياح والطاقة الشمسية تشغيل العملية، مما يجعلها خالية من الانبعاثات من البداية إلى النهاية، ومع انخفاض تكلفة التحليل الكهربائي، يمكن أن يصبح الهيدروجين الأخضر موردًا قيمًا ومجديًا اقتصاديًا.
- تشخيص التوربينات عبر الطائرات بدون طيار
تعاني شفرات توربينات الرياح أحيانًا من مشاكل، لكن ليس من الملائم تمامًا تسلق مئات الأقدام بشكل متكرر لفحصها، ولحسن الحظ، تعمل الطائرات بدون طيار على تسهيل اكتشاف المشاكل المتعلقة بشفرات التوربينات.
تستخدم شركة SupAirVision الفرنسية الناشئة طائرات بدون طيار مزودة بالذكاء الاصطناعي لتشخيص عيوب الشفرة داخلها وخارجها، توفر هذه العملية المال عن طريق تقليل وقت التوقف عن العمل ومتطلبات التوظيف.
الابتكارات الحديثة في مجال الطاقة المتجددة
7 اتجاهات حديثة في مجال الطاقة المتجددة
الابتكارات الحديثة في مجال الطاقة المتجددة أدت إلى ظهور اتجاهات جديدة تشق طريقها إلى الانتشار على صعيد العالم، على النحو التالي:
1.الخلايا الكهروضوئية المتقدمة
- تعمل شركات الطاقة الشمسية على دمج الأنظمة الكهروضوئية مع كل جانب من جوانب المناطق المحيطة بنا مع تقليل الحاجة إلى استخدام الأراضي الإضافية، ونتيجة لذلك فإن الخلايا الكهروضوئية المتكاملة، والخلايا الفولتية العائمة، والخلايا الكهروضوئية الزراعية تمثل تحولات منطقية في الاتجاهات.
- تعمل الشركات الناشئة على تطوير خلايا ذات أغشية رقيقة لجعل الألواح الشمسية مرنة، وفعالة من حيث التكلفة، وخفيفة الوزن، وصديقة للبيئة.
- لتحسين أداء الطاقة الكهروضوئية، تعمل الشركات الناشئة على ابتكار تقنيات لتركيز الطاقة الشمسية باستخدام المرايا والعدسات، تعمل الابتكارات في المواد الكهروضوئية، مثل استخدام البيروفسكايت، على زيادة تحويل الطاقة عدة مرات. وتقترن هذه الابتكارات أيضًا بالتصميمات الكهروضوئية التي تتيح أقصى قدر من الكفاءة والإنتاجية العالية.
- الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة
- تعد شبكة الطاقة واحدة من أكثر البنى التحتية تعقيدًا وتتطلب اتخاذ قرارات سريعة في الوقت الفعلي، وهو ما تتيحه البيانات الضخمة وخوارزميات الذكاء الاصطناعي للمرافق.
- بعيدًا عن تحليلات الشبكة وإدارتها، تشمل تطبيقات الذكاء الاصطناعي في قطاع الطاقة المتجددة التنبؤ باستهلاك الطاقة والصيانة التنبؤية لمصادر الطاقة المتجددة.
- يتيح الذكاء الاصطناعي أيضًا تطبيقات IoE التي تتنبأ بمستويات سعة الشبكة وتنفذ التداول والتسعير المستقل على أساس الوقت.
- مع الابتكارات في مجال الحوسبة السحابية، تعمل محطات الطاقة الافتراضية (VPP) على تكملة توليد الطاقة من المرافق. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم الشركات الناشئة تحليلات البيانات والتعلم الآلي لتصميم نماذج الطاقة المتجددة وتحليل الأداء.
3.أنظمة تخزين الطاقة الموزعة
- تقدم الشركات الناشئة مجموعة من الحلول المتعلقة بالبطاريات والحلول التي لا تحتوي على بطاريات، على سبيل المثال، تستفيد بطاريات التدفق من طاقة منخفضة ومتسقة، في حين أن بطاريات الحالة الصلبة خفيفة الوزن وتوفر كثافة طاقة عالية.
- بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب كميات كبيرة من الطاقة، في فترة زمنية قصيرة، يتم أيضًا استخدام المكثفات والمكثفات الفائقة.
- نظرًا للمخاوف المتعلقة بالتفريغ والسلامة والتلوث البيئي، تبتكر الشركات الناشئة بدائل للتخزين بدون بطاريات مثل تقنيات الضخ المائي والهواء المضغوط.
- يتم تحويل الطاقة الفائضة إلى أشكال أخرى من الطاقة مثل الحرارة أو الميثان لتخزينها وإعادة تحويلها من خلال تقنية Power-to-X (P2X).
4.الطاقة الكهرومائية
- تركز الابتكارات في هذه المصادر المتجددة على محولات الطاقة وتحسينات المكونات من أجل حصاد الطاقة بشكل أكثر كفاءة.
- في مجال الطاقة الكهرومائية، تعمل السدود الكهرومائية الصغيرة الحجم وقناطر المد والجزر على تمكين توليد الطاقة بشكل لا مركزي.
- يقوم تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات (OETC) بتسخير الطاقة من خلال التدرج الحراري الناتج بين المياه السطحية والعميقة.
- تقوم بعض الشركات الناشئة أيضًا بتحويل تدرج الملوحة الناتج عن اختلاف الضغط الأسموزي بين مياه البحر والنهر إلى طاقة قابلة للاستخدام.
5.طاقة الرياح
- تقوم الشركات الناشئة بتصميم توربينات الرياح البحرية والمحمولة جواً لتقليل الطلب على طاقة الرياح البرية.
- غالباً ما تتكامل الابتكارات في هذا المجال مع مصادر الطاقة الأخرى مثل توربينات الرياح العائمة، أو الطاقة الشمسية، أو طاقة المد والجزر.
- لزيادة تحسين الكفاءة، هناك تطورات مستمرة في التصميمات الديناميكية الهوائية للشفرات، تقوم الشركات الناشئة أيضًا بتطوير مولدات وتوربينات فعالة لتحويل الطاقة العالية.
- تعد استدامة مادة الشفرة أحد التحديات التي تواجهها الصناعة اليوم، ولمعالجة هذه المشكلة، تقوم الشركات الناشئة بإنشاء تقنيات خالية من الشفرات ومواد لدنة حرارية قابلة لإعادة التدوير لتصنيع الشفرات.
6.الطاقة الحيوية
- يتم مزج الوقود الحيوي السائل ذو الجودة المماثلة للبنزين مباشرة لاستخدامه في المركبات، ولتحقيق هذه الجودة، تعمل الشركات على تحسين عمليات الوقود الحيوي وتحديث التقنيات.
- غالبية عمليات تحويل الوقود الحيوي مثل التسييل الحراري المائي (HTL)، والانحلال الحراري، وتكنولوجيا البلازما، والسحق، والتغويز تستخدم التحويل الحراري للحصول على الوقود الحيوي.
- يتم استخدام تقنيات الترقية مثل الفصل المبرد، والهيدرات، والفصل في الموقع، والفصل الغشائي لإزالة محتوى الكبريت والنيتروجين، وبالمثل تنتج عملية التخمير الإيثانول الحيوي الذي يسهل مزجه مباشرة مع البنزين.
- يتمتع التخمير أيضًا بالقدرة على تحويل النفايات والحبوب الغذائية والنباتات إلى إيثانول حيوي، وبالتالي توفير تقلب المواد الخام.
- تؤدي المواد الأولية كثيفة الطاقة إلى الحصول على أفضل جودة للوقود، لهذا السبب تفكر الشركات الناشئة والشركات الكبرى في استخدام المواد الأولية من الطحالب والطحالب الدقيقة في عمليات التحويل.
7.تكامل الشبكة
- غالبًا ما يكون توسيع نطاق توليد الطاقة المتجددة المتغيرة بعيدًا عن مراكز الطلب مما يؤدي إلى خسائر في النقل والتوزيع، وللتغلب على ذلك، يتم الاستفادة من التقنيات الإلكترونية الشبكية الموفرة للطاقة مثل نيتريد الغاليوم (GaN) وأشباه الموصلات كربيد السيليكون (SiC).
- يتم حل التحدي المتمثل في تقلب التردد والجهد الناتج عن توليد الطاقة المتجددة المتغيرة من خلال الحلول القائمة على المتحكم الدقيق.
- تعمل تقنية الاتصال من المركبة إلى الشبكة (V2G) على تمكين استقرار الشبكة خلال ساعات الذروة، بينما تعمل حلول الشبكة إلى المركبة (G2V) على الاستفادة من السيارة كوحدة تخزين، ونتيجة لذلك، تستفيد كل من صناعة الطاقة والنقل.
تابعنا عبر الانستجرام
اقرأ ايضا :
