SciEE
Go Green
SciEE
Go Green
การเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้าหมุนเวียนทั่วโลกในปี 2023 เพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 36 เป็น 473 GW ซึ่งถือเป็นสถิติใหม่เป็นปีที่ 22 ติดต่อกัน และในการประชุมการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศแห่งสหประชาชาติประจำปี 2023 ที่ดูไบ ประเทศสมาชิกจำนวน 130 ประเทศ ต่างให้คำมั่นที่จะเพิ่มกำลังการผลิตพลังงานหมุนเวียนเป็นสามเท่า และเพิ่มอัตราการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานเป็นสองเท่าต่อปี ภายในปี 2030
ในขณะที่ประเทศต่างๆ ปรับเปลี่ยนนโยบายการค้าและอุตสาหกรรมในปี 2023 สหรัฐอเมริกาได้เปิดตัวโครงการผลิตพลังงานสะอาดมากกว่า 250 โครงการ ภายหลังการประกาศใช้พระราชบัญญัติลดเงินเฟ้อ และสหภาพยุโรปได้เสนอพระราชบัญญัติอุตสาหกรรมสุทธิเป็นศูนย์ และเปิดตัวระยะแรกของ CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism) กลไกการปรับการจ้างงานในภาคพลังงานหมุนเวียนเพิ่มขึ้นร้อยละ 8 ในปี 2022 สู่ตำแหน่งงาน 13.7 ล้านตำแหน่ง จำนวนผู้ที่ไม่มีไฟฟ้าใช้ทั่วโลกลดลงจาก 756 ล้านคนในปี 2022 เหลือ 745 ล้านคนในปี 2023
แนวโน้มของพลังงานและนวัตกรรมเพื่อเพิ่มประสิทธิการใช้พลังงานหมุนเวียนที่ส่งผลโดยตรงต่อการลดการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญของภาวะโลกเดือด มีดังนี้
บริษัทพลังงานแสงอาทิตย์ได้บูรณาการระบบผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์เข้ากับสภาพแวดล้อม เช่น ระบบโซล่าร์ลอยน้ำ แลระบบโซล่าร์เซลล์เพื่อการเกษตร ซึ่งถือการเป็นการเปลี่ยนแปลงตามแนวโน้มในอนาคต นอกจากนี้ บริษัทสตาร์ทอัพต่างๆ ได้มีการพัฒนาเซลล์แบบฟิล์มบางเพื่อให้แผงโซลาร์เซลล์มีความยืดหยุ่น คุ้มทุน น้ำหนักเบา และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ บริษัทใหม่ๆ กำลังคิดค้นเทคโนโลยีเพื่อรวมพลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้กระจกและเลนส์นวัตกรรมในวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ เช่น การแปลงพลังงานให้มีเพิ่มขึ้นหลายเท่า นวัตกรรมเหล่านี้ยังเชื่อมโยงเข้ากับการออกแบบระบบโซลาร์เซลล์ที่ช่วยให้มีประสิทธิภาพสูงสุดและผลผลิตสูง ทั้งนี้ยังร่วมส่งเสริมความยั่งยืนผ่านการรีไซเคิล การใช้ทรัพยากรให้น้อยที่สุด และการใช้วัสดุทางเลือก
โครงข่ายพลังงานเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่ซับซ้อนที่สุดแห่งหนึ่งและต้องมีการตัดสินใจอย่างรวดเร็วแบบเรียลไทม์ ซึ่ง AI and Big Data ช่วยให้บริษัทสาธารณูปโภคต่างๆ ทำงานได้ นอกเหนือจากการวิเคราะห์และจัดการโครงข่ายแล้ว แอปพลิเคชัน AI ในภาคส่วนพลังงานหมุนเวียนยังรวมถึงการคาดการณ์การใช้พลังงานและการบำรุงรักษาแหล่งพลังงานหมุนเวียนแบบคาดการณ์ล่วงหน้าอีกด้วย
นอกจากนี้ยังทำให้แอปพลิเคชัน IoE สามารถคาดการณ์ระดับความจุของโครงข่ายและดำเนินการซื้อขายและกำหนดราคาโดยอัตโนมัติตามเวลาได้ ด้วยนวัตกรรมในระบบ cloud computing และโรงไฟฟ้าเสมือน (VPP) จะช่วยเสริมการผลิตไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีการใช้การวิเคราะห์ข้อมูลและการเรียนรู้ของเครื่องจักรสำหรับการออกแบบโมเดลพลังงานหมุนเวียนและการวิเคราะห์ประสิทธิภาพ
Distributed Energy Storage Systems (DESS) จะช่วยปรับการผลิตและจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนให้เหมาะสม ช่วยแก้ปัญหาการผลิตที่ไม่ปกติ โดยอิงตามข้อกำหนดทางเศรษฐกิจและข้อกำหนดอื่นๆ บริษัทต่างๆ ได้มีการพัฒนาแบตเตอรี่มากมาย ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่แบบไหลใช้พลังงานต่ำและสม่ำเสมอ ในขณะที่แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตมีน้ำหนักเบาและให้ความหนาแน่นของพลังงานสูง สำหรับการใช้งานที่ต้องการพลังงานจำนวนมาก ในช่วงเวลาสั้นๆ จะใช้ตัวเก็บประจุและตัวเก็บประจุยิ่งยวดด้วย
เนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับการคายประจุ ความปลอดภัย และมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม หลายบริษัทจึงได้คิดค้นทางเลือกในการจัดเก็บพลังงานแบบไม่ใช้แบตเตอรี่ เช่น เทคโนโลยีการสูบน้ำด้วยพลังน้ำและอากาศอัด ในทางกลับกัน พลังงานส่วนเกินจะถูกแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่น เช่น ความร้อนหรือมีเทน เพื่อการเก็บกักพลังงานและการแปลงรูปพลังงานใหม่อีกครั้ง ด้วยเทคโนโลยี Power-to-X (P2X)
พลังงานน้ำเป็นพลังงานที่ได้จากการเคลื่อนที่ของน้ำ ซึ่งแตกต่างจากพลังงานแสงอาทิตย์และลม พลังงานน้ำเป็นพลังงานที่คาดเดาได้และเชื่อถือได้มากกว่า นอกจากนี้ เขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำรวมถึงพลังงานน้ำจากมหาสมุทรที่ใช้ประโยชน์จากกระแสน้ำ กระแสน้ำ และคลื่น ต่างก็มีความหนาแน่นของพลังงานสูงทำให้ช่วยลดการพึ่งพาแหล่งพลังงานแบบเดิมได้
นวัตกรรมในแหล่งพลังงานหมุนเวียนมุ่งเน้น.....ไปที่การแปลงรูปพลังงานและการปรับปรุงส่วนประกอบเพื่อการเก็บกักพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น สำหรับพลังงานน้ำ เขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก และเขื่อนกั้นน้ำขึ้นน้ำลง ช่วยในด้านสเถียรภาพการผลิตพลังงานในภูมิภาค สำหรับการแปลงพลังงานความร้อนจากมหาสมุทร (Ocean thermal energy conversion: OETC) ใช้หลักการสร้างพลังงานผ่านการไล่ระดับความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างผิวน้ำและน้ำลึก โดยบางบริษัทได้ใช้หลักการแปลงพลังงานด้วยการไล่ระดับความเค็มที่เกิดจากความแตกต่างของความดันออสโมซิสระหว่างน้ำทะเลและแม่น้ำให้เป็นพลังงานที่ใช้ได้
แม้ว่าจะเป็นแหล่งพลังงานที่เก่าแก่ที่สุดแห่งหนึ่ง แต่ธรรมชาติของพลังงานลมที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วทำให้เป็นความท้าทายในการศึกษาพัฒนาที่สำคัญ โดยหลายบริษัทมีการคิดค้นกังหันลมนอกชายฝั่งและบนอากาศเพื่อลดความต้องการพลังงานลมบนบก นวัตกรรมในสาขานี้มักจะผสานรวมกับแหล่งพลังงานอื่นๆ เช่น กังหันลมลอยน้ำ พลังงานแสงอาทิตย์ หรือพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้น จึงมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในการออกแบบใบพัดตามหลักอากาศพลศาสตร์ ควบคู่กับการพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกังหันที่มีประสิทธิภาพสำหรับการแปลงพลังงานสูง ความยั่งยืนของวัสดุใบพัดเป็นหนึ่งในความท้าทายที่อุตสาหกรรมต้องเผชิญในปัจจุบัน เพื่อแก้ปัญหานี้จึงได้มีการคิดค้นเทคโนโลยีไร้ใบพัดและวัสดุเทอร์โมพลาสติกที่รีไซเคิลได้เพื่อผลิตใบพัด
พลังงานชีวมวลเป็นพลังงานหมุนเวียนประเภทหนึ่งที่ได้จากแหล่งชีวมวล เชื้อเพลิงชีวภาพเหลวที่มีคุณภาพเทียบเท่ากับน้ำมันเบนซินจะถูกผสมโดยตรงเพื่อใช้ในยานพาหนะ เพื่อให้ได้คุณภาพดังกล่าวหลายบริษัทจึงปรับปรุงกระบวนการเชื้อเพลิงชีวภาพและเทคนิคต่างๆ ในการแปลงรูปเชื้อเพลิงชีวภาพ เช่น การทำให้เป็นของเหลวด้วยความร้อนใต้พิภพ เทคโนโลยีไพโรไลซิส เทคโนโลยีพลาสม่า การบดและการเปลี่ยนเป็นก๊าซโดยใช้การเปลี่ยนรูปความร้อนจากเชื้อเพลิงชีวภาพ
นอกจากนี้ เทคนิคขั้นสูง เช่น การแยกด้วยอุณหภูมิต่ำหรือการแยกเมมเบรน จะถูกใช้เพื่อกำจัดปริมาณกำมะถันและไนโตรเจน ในทำนองเดียวกัน กระบวนการหมักจะผลิตไบโอเอธานอลซึ่งสามารถผสมกับน้ำมันเบนซินได้โดยตรง การหมักยังสามารถแปลงขยะ เมล็ดพืช และพืช เป็นไบโอเอธานอลได้ ทำให้วัตถุดิบมีความหลากหลาย โดยวัตถุดิบที่มีพลังงานสูงจะทำให้ได้คุณภาพเชื้อเพลิงที่เหมาะสมที่สุด หลายบริษัทจึงเริ่มวิจัยและพัฒนาใช้วัตถุดิบจากสาหร่ายและไมโครสาหร่ายในกระบวนการนี้
เทคโนโลยีการรวมระบบกริดนั้นครอบคลุมการส่ง การจ่าย และการทำให้เกิดเสถียรของพลังงานหมุนเวียนเป็นหลัก การขยายการผลิตพลังงานหมุนเวียนแบบผันแปรนั้นมักจะอยู่ไกลจากศูนย์กลางความต้องการ ซึ่งส่งผลให้เกิดการสูญเสียในการส่งและการจ่ายพลังงานจึงได้มีการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ชนิดแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่เป็นเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กริดที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานขึ้นมา
ความท้าทายของความผันผวนของความถี่และแรงดันไฟฟ้าอันเนื่องมาจากการผลิตพลังงานหมุนเวียนแบบผันแปรนั้นได้รับการแก้ไขด้วยการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่การทำให้กริดมีเสถียรภาพก็ยังเป็นความท้าทายครั้งใหญ่เนื่องจากการใช้พลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง เทคโนโลยี Vehicle-to-grid (V2G) จึงสามารถช่วยเพิ่มเสถียรภาพของกริดในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน ในขณะที่เทคโนโลยี Grid-to-Vehicle (G2V) จะใช้ประโยชน์จากยานยนต์เป็นหน่วยจัดเก็บพลังงานส่งผลให้ทั้งอุตสาหกรรมพลังงานและการขนส่งได้รับประโยชน์
ก๊าซไฮโดรเจนมีความหนาแน่นของพลังงานสูงที่สุดในบรรดาเชื้อเพลิงทั้งหมดและก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจก (GHG) เกือบเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนส่วนใหญ่มาจากแหล่งที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ในรูปแบบของไฮโดรเจนสีเทาและสีน้ำตาล ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา การพัฒนาพลังงานหมุนเวียนและเซลล์เชื้อเพลิงได้ผลักดันให้มีการเปลี่ยนแปลงมาใช้ไฮโดรเจนสีเขียว แม้ว่าจะสะอาดกว่าแต่ยังประสพกับปัญหาประสิทธิภาพการแปลงพลังงานต่ำของเซลล์เชื้อเพลิงและความท้าทายในการขนส่ง ด้วยเหตุผลเหล่านี้ การพัฒนาไฮโดรเจนสีเขียวจึงมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงการจัดเก็บพลังงาน การขนส่ง และการจัดจำหน่ายไฮโดรเจน
ประสิทธิภาพของการผลิตและกระบวนการพิสูจน์แล้วว่าเป็นอุปสรรคสำคัญในการใช้พลังงานหมุนเวียนซึ่งเทคโนโลยีหุ่นยนต์มีความแม่นยำและใช้ทรัพยากรได้อย่างเหมาะสมสามารถช่วยในการแก้ไขปัญหานี้ได้ เช่น แผงโซลาร์เซลล์อัตโนมัติปรับทิศทางตัวเองเพื่อเพิ่มการแปลงพลังงานให้สูงสุด การทำให้อุปกรณ์ทำงานอัตโนมัติยังช่วยเร่งกระบวนการบำรุงรักษาในขณะที่ลดความจำเป็นในการทำงานของมนุษย์อีกด้วย
การตรวจสอบด้วยโดรนและการทำงานและการบำรุงรักษาอัตโนมัติ (Operations and Maintenance: O&M) ที่ใช้หุ่นยนต์จัดการกับงานซ้ำซากที่เป็นอันตราย จึงช่วยเพิ่มความปลอดภัยและผลผลิต ตัวอย่างเช่น การใช้โดรนที่ใช้การถ่ายภาพอัลตราโซนิกแบบเรียงเฟสเพื่อตรวจจับความเสียหายภายในหรือภายนอกของกังหันลมขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ โดรนยังช่วยให้สร้างฝาแฝดดิจิทัลและแผนที่ 3 มิติโดยใช้ข้อมูลต่างๆ ได้อีกด้วย
เทคโนโลยีบล็อคเชนช่วยส่งเสริมธุรกรรมที่เชื่อถือได้ในภาคส่วนพลังงานหมุนเวียน ตัวอย่างเช่น สัญญาอัจฉริยะช่วยส่งเสริมการซื้อขายไฟฟ้าล่วงหน้า (Advance Peer-to-Peer: P2P) บล็อคเชนยังถูกใช้เพื่อเข้ารหัสข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการและการตรวจสอบกริดเพื่อลดภัยคุกคามทางไซเบอร์ นอกจากนี้บล็อคเชนยังช่วยอำนวยความสะดวกในการทำธุรกรรมดิจิทัลโดยการเข้ารหัสข้อมูล ผู้ให้บริการพลังงานหมุนเวียนยังใช้ประโยชน์จากบล็อคเชนเพื่อติดตามห่วงโซ่อุปทานของวัสดุกริด ทั้งยังช่วยให้หน่วยงานกำกับดูแลเข้าถึงข้อมูลเพื่อปฏิบัติตามกฎระเบียบได้อย่างง่ายดาย