تنطوي تدفقات الطاقة المتجددة على ظواهر طبيعية مثل ضوء الشمس والرياح والمد والجزر ونمو النباتات والحرارة الأرضية ، كما توضح وكالة الطاقة الدولية:
تستمد الطاقة المتجددة من العمليات الطبيعية التي يتم تجديدها باستمرار. في أشكاله المختلفة ، يستمد مباشرة من الشمس ، أو من الحرارة المتولدة في أعماق الأرض. يشمل التعريف الكهرباء والحرارة الناتجة عن الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمحيطات والطاقة المائية والكتلة الحيوية وموارد الطاقة الحرارية الأرضية والوقود الحيوي والهيدروجين المشتق من الموارد المتجددة.
نظرة عامة
توجد موارد الطاقة المتجددة على مناطق جغرافية واسعة ، على النقيض من مصادر الطاقة الأخرى ، التي تتركز في عدد محدود من البلدان. النشر السريع للطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة ينتج عنه أمن هام للطاقة ، وتخفيف تغير المناخ ، ومنافع اقتصادية. خلصت نتائج مراجعة حديثة للأدبيات إلى أنه في الوقت الذي تبدأ فيه بواعث الغازات المسببة للاحتباس الحراري في تحمل المسؤولية عن الأضرار الناجمة عن انبعاثات غازات الدفيئة الناتجة عن تغير المناخ ، فإن وجود قيمة عالية لتخفيف المسئولية سيوفر حوافز قوية لنشر تكنولوجيات الطاقة المتجددة. . في استطلاعات الرأي العام الدولي هناك دعم قوي لتعزيز مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. على المستوى الوطني ، تملك 30 دولة على الأقل في جميع أنحاء العالم طاقة متجددة تسهم بأكثر من 20 في المائة من إمدادات الطاقة. من المتوقع أن تستمر أسواق الطاقة المتجددة الوطنية في النمو بقوة في العقد القادم وما بعده. في بعض الأماكن وبلدين على الأقل ، تولد كل من أيسلندا والنرويج كل طاقتها الكهربائية باستخدام الطاقة المتجددة بالفعل ، وقد حددت العديد من البلدان الأخرى هدفًا للوصول إلى طاقة متجددة بنسبة 100٪ في المستقبل. على سبيل المثال ، قررت الحكومة في الدنمارك تبديل إجمالي إمدادات الطاقة (الكهرباء والتنقل والتدفئة / التبريد) إلى 100٪ من الطاقة المتجددة بحلول عام 2050.
وتوجد موارد الطاقة المتجددة وفرص كبيرة لكفاءة الطاقة على مناطق جغرافية واسعة ، على النقيض من مصادر الطاقة الأخرى ، التي تتركز في عدد محدود من البلدان. إن الانتشار السريع للطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة ، والتنويع التكنولوجي لمصادر الطاقة ، سيؤدي إلى تحقيق أمن كبير في مجال الطاقة ومزايا اقتصادية. كما أنه سيقلل التلوث البيئي مثل تلوث الهواء الناجم عن حرق الوقود الأحفوري وتحسين الصحة العامة ، والحد من الوفيات المبكرة بسبب التلوث وتوفير التكاليف الصحية المرتبطة بها والتي تصل إلى مئات الملايين من الدولارات سنويا فقط في الولايات المتحدة. من المتوقع أن تكون مصادر الطاقة المتجددة ، التي تستمد طاقتها من الشمس ، إما بشكل مباشر أو غير مباشر ، مثل الطاقة المائية والرياح ، قادرة على توفير الطاقة للبشرية لما يقارب مليار سنة أخرى ، وعند هذه النقطة ، الزيادة المتوقعة في الحرارة من الشمس من المتوقع أن يجعل سطح الأرض حارًا جدًا للمياه السائلة.
إن تغير المناخ ومخاوف الاحترار العالمي ، مقترنة بارتفاع أسعار النفط ، وذروة النفط ، وزيادة الدعم الحكومي ، يدفعان إلى زيادة تشريعات الطاقة المتجددة ، والحوافز ، والتجارة. ساعد الإنفاق الحكومي الجديد والتنظيم والسياسات الصناعة على مواجهة الأزمة المالية العالمية بشكل أفضل من العديد من القطاعات الأخرى. وفقًا لتقديرات عام 2011 من قبل وكالة الطاقة الدولية ، قد تنتج مولدات الطاقة الشمسية معظم الكهرباء في العالم في غضون 50 عامًا ، مما يقلل من انبعاثات غازات الدفيئة التي تضر بالبيئة.
واعتبارًا من عام 2011 ، توفر الأنظمة الكهروضوئية الصغيرة الكهرباء لبضعة ملايين من الأسر المعيشية ، كما أن وحدات الصغرى المائية التي يتم تهيئتها في شبكات مصغرة تخدم الكثير من الشبكات. أكثر من 44 مليون أسرة تستخدم الغاز الحيوي المصنوع في أجهزة هضم منزلية للإضاءة و / أو الطبخ ، وأكثر من 166 مليون أسرة تعتمد على جيل جديد من مواقد الكتلة الحيوية الأكثر كفاءة. قال الأمين العام للأمم المتحدة بان كي مون إن الطاقة المتجددة لديها القدرة على رفع أفقر الدول إلى مستويات جديدة من الازدهار. على المستوى الوطني ، تملك 30 دولة على الأقل في العالم طاقة متجددة تسهم بأكثر من 20٪ من إمدادات الطاقة. من المتوقع أن تستمر أسواق الطاقة المتجددة الوطنية في النمو بقوة في العقد القادم وما بعده ، كما أن نحو 120 دولة لديها أهداف سياسية مختلفة للحصص طويلة الأجل للطاقة المتجددة ، بما في ذلك هدف 20٪ من الكهرباء المولدة للاتحاد الأوروبي بحلول 2020 لدى بعض البلدان أهداف سياسة طويلة الأجل أعلى بكثير تصل إلى 100٪ من مصادر الطاقة المتجددة. خارج أوروبا ، تستهدف مجموعة متنوعة من 20 دولة أو أكثر أخرى أسهم الطاقة المتجددة في الإطار الزمني 2020-2030 الذي يتراوح من 10٪ إلى 50٪.
غالباً ما تقوم الطاقة المتجددة بإزاحة أنواع الوقود التقليدية في أربعة مجالات: توليد الكهرباء ، تسخين الماء الساخن / الفضاء ، النقل ، وخدمات الطاقة الريفية (خارج الشبكة):
اتجاهات السوق والصناعة
كانت الطاقة المتجددة أكثر فاعلية في خلق الوظائف من الفحم أو النفط في الولايات المتحدة.
نمو الطاقة المتجددة
منذ نهاية عام 2004 ، نمت قدرة الطاقة المتجددة على مستوى العالم بمعدلات تتراوح من 10 إلى 60٪ سنوياً للعديد من التقنيات. في عام 2015 ، ارتفع الاستثمار العالمي في الطاقة المتجددة بنسبة 5٪ ليصل إلى 285.9 مليار دولار ، محطماً الرقم القياسي السابق البالغ 278.5 مليار دولار في عام 2011. كما كان عام 2015 أول عام شهد استخدام مصادر الطاقة المتجددة ، باستثناء الطاقة الكهرومائية الكبيرة ، لغالبية الطاقة الجديدة (134 جيجا وات). مما يشكل 53.6 ٪ من المجموع). من إجمالي مصادر الطاقة المتجددة ، استأثرت طاقة الرياح بـ 72 جيجاوات وخلايا شمسية شمسية 56 غيغاواط. كلا الأرقام القياسية للكسر وارتفاع حاد من أرقام 2014 (49 غيغاواط و 45 غيغاواط على التوالي). من الناحية المالية ، شكلت الطاقة الشمسية 56 ٪ من إجمالي الاستثمارات الجديدة والرياح تمثل 38 ٪.
التوقعات تختلف. وتوقعت إدارة معلومات الطاقة أن نحو ثلثي الإضافات الصافية لقدرة الطاقة ستأتي من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2020 بسبب الفوائد السياسية المشتركة للتلوث المحلي ، إزالة الكربون وتنويع الطاقة. حددت بعض الدراسات خرائط الطريق لتزويد 100٪ من الطاقة العالمية بالرياح والكهرومائية والطاقة الشمسية بحلول عام 2030.
وفقًا لتقديرات عام 2011 من قبل وكالة الطاقة الدولية ، قد تنتج مولدات الطاقة الشمسية معظم الكهرباء في العالم في غضون 50 عامًا ، مما يقلل من انبعاثات غازات الدفيئة التي تضر بالبيئة. وقال سيدريك فيليبرت ، كبير المحللين في قسم الطاقة المتجددة في وكالة الطاقة الدولية: “إن محطات الطاقة الشمسية والحرارية الشمسية قد تلبي معظم الطلب العالمي على الكهرباء بحلول عام 2060 – ونصف احتياجات الطاقة على حد سواء – حيث تزود محطات توليد الطاقة من الرياح والطاقة الكهرمائية والكتلة الحيوية بالكثير من الجيل المتبقي “. وقال فيليبيرت: “يمكن للطاقة الضوئية المركزة والطاقة الشمسية المركزة معا أن تصبح المصدر الرئيسي للكهرباء”.
في عام 2014 ، توسعت طاقة طاقة الرياح العالمية بنسبة 16٪ لتصل إلى 369،553 ميجاوات. كما ينمو إنتاج الطاقة السنوي من الرياح بشكل سريع ، وقد وصل إلى حوالي 4٪ من استهلاك الكهرباء في جميع أنحاء العالم ، و 11.4٪ في الاتحاد الأوروبي ، ويستخدم على نطاق واسع في آسيا ، والولايات المتحدة. في عام 2015 ، زادت الطاقة الكهروضوئية المركبة في جميع أنحاء العالم إلى 227 جيجاوات (GW) ، وهو ما يكفي لتوفير 1 في المائة من الطلب العالمي على الكهرباء. تعمل محطات الطاقة الشمسية الحرارية في الولايات المتحدة وإسبانيا ، واعتبارًا من عام 2016 ، فإن أكبرها هو نظام توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية Ivanpah الذي تبلغ طاقته 392 ميجاواط في كاليفورنيا. أكبر منشآت الطاقة الحرارية الأرضية في العالم هي شركة Geysers في ولاية كاليفورنيا ، بطاقة استيعابية تبلغ 750 ميجاوات. تمتلك البرازيل واحدة من أكبر برامج الطاقة المتجددة في العالم ، وتشمل إنتاج وقود الإيثانول من قصب السكر ، ويوفر الإيثانول الآن 18٪ من وقود السيارات في البلاد. كما يتوفر وقود الإيثانول على نطاق واسع في الولايات المتحدة.
اعتبارا من عام 2018 ، تخطط شركات المرافق الكهربائية الأمريكية لاستثمارات جديدة أو إضافية للطاقة المتجددة. تهدف هذه الاستثمارات بشكل خاص إلى الطاقة الشمسية ، وذلك بفضل قانون تخفيض الضرائب والوظائف لعام 2017 الذي تم توقيعه ليصبح قانونًا. احتفظ القانون بحوافز لتطوير الطاقة المتجددة. تستفيد شركات المرافق من الائتمان الضريبي للاستثمار في مجال الطاقة الشمسية الفيدرالية قبل أن تنخفض إلى 10٪ بعد 2021. وفقًا لتقرير ملخص الاستخبارات في سوق أستراليا للأوراق المالية الصادر في 28 مارس ، “NextEra Energy Inc.” و Duke Energy Corp و Dominion Energy Inc إن المرافق هي من بين عدد من الشركات في القطاع التي تتطلع لاستثمارات كبيرة في الطاقة الشمسية على المدى القريب ، بينما تقوم شركات أخرى ، بما في ذلك شركة Xcel Energy Inc وشركة أليانت للطاقة ، بتنفيذ مشاريع طاقة الرياح على المدى القريب ، النظر في زيادة الاستثمارات الشمسية في السنوات القادمة. ”
الاتجاهات الاقتصادية
أصبحت تكنولوجيات الطاقة المتجددة أرخص ، من خلال التغيير التكنولوجي ومن خلال منافع الإنتاج الضخم والمنافسة في السوق. وقال تقرير الوكالة الدولية للطاقة لعام 2011: “أصبحت محفظة تكنولوجيات الطاقة المتجددة منافسة من حيث التكلفة في مجموعة واسعة من الظروف ، وفي بعض الحالات توفر فرصًا استثمارية دون الحاجة إلى دعم اقتصادي محدد” ، وأضاف أن “خفض التكلفة في التقنيات المهمة ، مثل الرياح والطاقة الشمسية ، من المقرر أن تستمر “.
إن الطاقة الكهرمائية والكهرباء الحرارية الأرضية التي يتم إنتاجها في مواقع ملائمة هي الآن أرخص طريقة لتوليد الكهرباء. وتستمر تكاليف الطاقة المتجددة في الانخفاض ، كما تنخفض تكلفة الكهرباء (LCOE) بالنسبة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) والطاقة الشمسية المركزة (CSP) وبعض تكنولوجيات الكتلة الحيوية. الطاقة المتجددة هي أيضا الحل الأكثر اقتصادية للقدرة الجديدة المتصلة بالشبكة في المناطق ذات الموارد الجيدة. ومع انخفاض تكلفة الطاقة المتجددة ، يزداد نطاق التطبيقات المجدية اقتصاديًا. فالتكنولوجيات المتجددة هي في الغالب الحل الاقتصادي الأكثر قدرة على توليد الطاقة. عندما يكون “توليد الطاقة باستخدام النفط هو مصدر توليد الطاقة الغالب (على سبيل المثال في الجزر ، خارج الشبكة وفي بعض البلدان) يوجد دائمًا حل متجدد منخفض التكلفة اليوم”. قامت سلسلة من الدراسات التي أجراها مختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي بتصميم “الشبكة في غرب الولايات المتحدة في ظل عدد من السيناريوهات المختلفة حيث شكلت الطاقة المتجددة المتقطعة 33٪ من إجمالي الطاقة.” في النماذج ، أدى عدم الكفاءة في تدوير محطات الوقود الأحفوري للتعويض عن التباين في الطاقة الشمسية وطاقة الرياح إلى تكلفة إضافية “تتراوح بين 0.47 دولار و 1.28 دولار لكل ساعة ميجاوات يتم توليدها” ؛ ومع ذلك ، فإن المدخرات في تكلفة الوقود التي تم توفيرها “تصل إلى 7 مليارات دولار ، وهذا يعني أن التكاليف الإضافية هي ، على الأكثر ، 2٪ من المدخرات”.
الطاقة الكهرومائية
فقط ربع العالم يقدر إمكانات الطاقة الكهرومائية بـ 14،000 تيراوات في السنة ، فإن الإمكانات الإقليمية لنمو الطاقة الكهرومائية في جميع أنحاء العالم هي ، 71٪ أوروبا ، 75٪ أمريكا الشمالية ، 79٪ أمريكا الجنوبية ، 95٪ أفريقيا ، 95 ٪ الشرق الأوسط ، 82٪ آسيا والمحيط الهادئ. ومع ذلك ، فإن الحقائق السياسية للخزانات الجديدة في الدول الغربية ، والقيود الاقتصادية في العالم الثالث ، وعدم وجود نظام نقل في المناطق غير المطورة ، يؤدي إلى إمكانية تطوير 25 ٪ من الإمكانات المتبقية قبل عام 2050 ، مع الجزء الأكبر من ذلك في منطقة آسيا والمحيط الهادئ. هناك نمو بطيء يحدث في المقاطعات الغربية ، ولكن ليس في السد التقليدي ونمط المكمن في الماضي. تأخذ المشاريع الجديدة شكل مياه نهرية وصغيرة مائية ، ولا تستخدم الخزانات الكبيرة. ومن الشائع إعادة بناء السدود القديمة وبالتالي زيادة كفاءتها وقدرتها وكذلك الاستجابة السريعة على الشبكة. وحيثما تسمح الظروف السدود الحالية مثل سد Russell الذي بني في عام 1985 ، يمكن تحديثه بمرافق “إعادة الضخ” لتخزين المضخّات التي تكون مفيدة لأحمال الذروة أو لدعم الرياح المتقطعة والطاقة الشمسية. وتنفق البلدان التي لديها مشاريع كهرمائية كبيرة مثل كندا والنرويج المليارات لتوسيع شبكاتها لتتاجر مع الدول المجاورة التي لديها طاقة مائية محدودة.
تطوير طاقة الرياح
تستخدم طاقة الرياح على نطاق واسع في أوروبا والصين والولايات المتحدة. في الفترة من 2004 إلى 2014 ، تزايدت قدرة طاقة الرياح المركبة في جميع أنحاء العالم من 47 جيجاوات إلى 369 جيجاواط – بزيادة أكثر من سبعة أضعاف خلال 10 سنوات مع 2014 محطمة رقمًا قياسيًا جديدًا في التركيبات العالمية (51 جيجاواط). اعتبارا من نهاية عام 2014 ، شكلت الصين والولايات المتحدة وألمانيا مجتمعة نصف إجمالي الطاقة العالمية. حققت العديد من البلدان الأخرى مستويات عالية نسبياً من تغلغل طاقة الرياح ، مثل 21٪ من إنتاج الكهرباء الثابتة في الدنمارك ، و 18٪ في البرتغال ، و 16٪ في إسبانيا ، و 14٪ في أيرلندا في عام 2010 ، واستمرت منذ ذلك الحين في توسيع طاقتها الإنتاجية. . يستخدم أكثر من 80 دولة حول العالم طاقة الرياح على أساس تجاري.
طاقة الرياح البحرية
اعتبارا من عام 2014 ، بلغت طاقة الرياح البحرية 8،771 ميجاوات من القدرة المركبة العالمية. على الرغم من تضاعف القدرة البحرية في غضون ثلاث سنوات (من 4،117 ميغاواط في عام 2011) ، إلا أنها تمثل 2.3 ٪ فقط من إجمالي طاقة الرياح. المملكة المتحدة هي الزعيم بلا منازع للطاقة البحرية مع نصف الطاقة المثبتة في العالم قبل الدنمارك وألمانيا وبلجيكا والصين.
الطاقة الشمسية الحرارية
أجرت الولايات المتحدة الكثير من الأبحاث المبكرة في الخلايا الكهروضوئية والطاقة الشمسية المركزة. تعتبر الولايات المتحدة من بين أكبر الدول في العالم في توليد الكهرباء بواسطة الشمس ، وتقع العديد من أكبر منشآت المرافق في العالم في الصحراء الجنوبية الغربية.
أقدم محطة للطاقة الحرارية الشمسية في العالم هي محطة الطاقة الحرارية SEGS 354 ميجاوات (MW) ، في كاليفورنيا. يعتبر Ivanpah Solar Generating System مشروعًا للطاقة الحرارية الشمسية في صحراء Mojave في ولاية كاليفورنيا ، على بعد 40 ميلاً (64 كم) جنوب غرب لاس فيغاس ، بطاقة إجمالية تبلغ 377 ميجاوات. محطة توليد سولانا 280 ميغاواط هي محطة للطاقة الشمسية بالقرب من جيلا بيند بولاية أريزونا ، على بعد 70 ميلاً (110 كم) جنوب غرب فينيكس ، تم الانتهاء منها في عام 2013. عندما تم التكليف بها كانت أكبر محطة حوض مكافئ في العالم وأول محطة للطاقة الشمسية في الولايات المتحدة. مع تخزين الطاقة الحرارية الملح المصهور.
تنمو صناعة الطاقة الشمسية الحرارية بسرعة مع 1.3 غيغاواط قيد الإنشاء في عام 2012 وأكثر المخطط لها. تعتبر إسبانيا مركزًا لتطور الطاقة الحرارية الشمسية مع 873 ميجاوات قيد الإنشاء ، و 271 ميجاوات قيد التطوير. في الولايات المتحدة ، تم الإعلان عن 5600 ميجاواط من مشاريع الطاقة الحرارية الشمسية. تم بناء العديد من محطات توليد الطاقة في صحراء Mojave ، جنوب غرب الولايات المتحدة. مرفق الطاقة الشمسية Ivanpah يجري أحدث. في البلدان النامية ، تمت الموافقة على ثلاثة مشروعات تابعة للبنك الدولي من أجل محطات الطاقة التوربينية المتكاملة للطاقة الحرارية الشمسية / الدورة المركبة في مصر والمكسيك والمغرب.
تطوير الضوئية
تستخدم الخلايا الكهروضوئية الخلايا الشمسية المجمعة في الألواح الشمسية لتحويل أشعة الشمس إلى كهرباء. إنها تقنية سريعة النمو تضاعف قدرتها على تركيبها في جميع أنحاء العالم كل عامين. وتتراوح الأنظمة الكهروضوئية من الأسطح الصغيرة والسكنية والتجارية أو بناء المنشآت المتكاملة ، إلى محطة الطاقة الكهروضوئية ذات المقياس الكبير. إن التكنولوجيا الكهروضوئية السائدة هي السليكون البلوري ، بينما تمثل تقنية الخلايا الشمسية الرقيقة حوالي 10٪ من الانتشار الكهروضوئي العالمي. في السنوات الأخيرة ، حسّنت التكنولوجيا الكهروضوئية من كفاءة توليد الكهرباء ، وخفضت تكلفة التركيب لكل واط بالإضافة إلى وقت استرداد الطاقة ، ووصلت إلى التكافؤ الشبكي في ما لا يقل عن 30 سوقًا مختلفة بحلول عام 2014. وتتوقع المؤسسات المالية “ذهبًا ذهبيًا آخر” الاندفاع “في المستقبل القريب.
في نهاية عام 2014 ، بلغت الطاقة الكهروضوئية في جميع أنحاء العالم ما لا يقل عن 177000 ميجاوات. نمت الخلايا الكهروضوئية أسرع في الصين ، تليها اليابان والولايات المتحدة ، في حين أن ألمانيا لا تزال أكبر منتج عالمي للطاقة الضوئية ، حيث تسهم بنحو 7 في المائة في توليد الكهرباء بشكل عام. وتفي إيطاليا بنسبة 7.9 في المائة من احتياجاتها من الكهرباء بالطاقة الكهروضوئية ، وهي أعلى حصة في العالم. وبالنسبة لعام 2015 ، من المتوقع أن تزيد القدرة التراكمية العالمية بأكثر من 50 غيغاواط (GW). بحلول عام 2018 ، من المتوقع أن تصل القدرة العالمية إلى ما يصل إلى 430 جيجاوات. هذا يتوافق مع ثلاثة أضعاف في غضون خمس سنوات. من المتوقع أن تصبح الطاقة الشمسية أكبر مصدر للكهرباء في العالم بحلول عام 2050 ، حيث ساهمت الطاقة الشمسية الفولتية الضوئية والطاقة الشمسية المركزة بنسبة 16٪ و 11٪ على التوالي. وهذا يتطلب زيادة الطاقة الكهروضوئية المركبة إلى 4600 جيجاوات ، ومن المتوقع نشر أكثر من نصفها في الصين والهند.
محطات الطاقة الضوئية
تم تطوير محطات الطاقة الشمسية المركزة التجارية لأول مرة في الثمانينات. ومع انخفاض تكلفة الطاقة الشمسية ، ازداد عدد الأنظمة الكهروضوئية الشمسية المتصلة بالشبكات إلى الملايين ومحطات الطاقة الشمسية على نطاق المرافق مع بناء مئات الميجاوات. الطاقة الشمسية الكهروضوئية سرعان ما تصبح تكنولوجيا رخيصة ومنخفضة الكربون لتسخير الطاقة المتجددة من الشمس.
وقد تم بناء العديد من محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، خاصة في أوروبا والصين والولايات المتحدة. وتعد “ستار سولار ستار” التي تبلغ قدرتها 579 ميجاوات في الولايات المتحدة أكبر محطة للطاقة الكهروضوئية في العالم.
تم دمج العديد من هذه المصانع مع الزراعة وبعض أنظمة تتبع الاستخدام التي تتبع مسار الشمس اليومي عبر السماء لتوليد المزيد من الكهرباء أكثر من الأنظمة المثبتة. لا توجد تكاليف الوقود أو الانبعاثات أثناء تشغيل محطات الطاقة.
ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بنظم الطاقة المتجددة والطاقة الكهروضوئية ، فهي ليست مجرد أنظمة كبيرة مهمة. تستخدم الأنظمة الكهروضوئية المتكاملة أو الأنظمة الكهروضوئية “في الموقع” الأرض والهياكل الموجودة وتوليد الطاقة بالقرب من مكان استهلاكها.
تطوير الوقود الحيوي
قدم الوقود الحيوي 3٪ من وقود النقل العالمي في عام 2010. وتوجد اختصاصات لمزج الوقود الحيوي في 31 دولة على المستوى الوطني وفي 29 ولاية / مقاطعة. وفقا لوكالة الطاقة الدولية ، فإن الوقود الحيوي لديه القدرة على تلبية أكثر من ربع الطلب العالمي على وقود النقل بحلول عام 2050.
منذ عام 1970 ، كان لدى البرازيل برنامج وقود الإيثانول الذي سمح للبلاد بأن تصبح ثاني أكبر منتج للإيثانول في العالم (بعد الولايات المتحدة) وأكبر مصدر في العالم. يستخدم برنامج الوقود الإيثانول في البرازيل معدات حديثة وقصب السكر رخيصًا كمادة وسيطة ، ويتم استخدام نفايات قصب السكر المتبقية (تفل قصب السكر) لإنتاج الحرارة والطاقة. لم تعد هناك مركبات خفيفة في البرازيل تعمل على البنزين النقي. بحلول نهاية عام 2008 كان هناك 35000 محطة تعبئة في جميع أنحاء البرازيل مع مضخة إيثانول واحدة على الأقل. لسوء الحظ ، تسببت عملية غسيل السيارات في تآكل ثقة الجمهور في شركات النفط بشكل خطير وتورطت في العديد من كبار المسؤولين البرازيليين.
يخلط تقريبا كل البنزين الذي يباع في الولايات المتحدة اليوم مع الإيثانول بنسبة 10 ٪ ، وينتج مصنعو السيارات بالفعل المركبات المصممة للتشغيل في خلطات إيثانول أعلى من ذلك بكثير. فورد ، دايملر إيه جي ، وجنرال موتورز من بين شركات السيارات التي تبيع السيارات “المرنة الوقود” ، والشاحنات ، والسيارات الصغيرة التي يمكن أن تستخدم البنزين والايثانول يمزج تتراوح من البنزين النقي حتى 85 ٪ من الإيثانول. بحلول منتصف عام 2006 ، كان هناك ما يقرب من 6 ملايين سيارة متوافقة مع الإيثانول على الطرق الأمريكية.
تطوير الطاقة الحرارية الأرضية
الطاقة الحرارية الأرضية فعالة من حيث التكلفة وموثوقة ومستدامة وصديقة للبيئة ، ولكنها كانت محدودة تاريخياً في المناطق القريبة من حدود الصفائح التكتونية. وقد أدت التطورات التكنولوجية الحديثة إلى توسيع نطاق وحجم الموارد القابلة للحياة ، خاصة بالنسبة للتطبيقات مثل التدفئة المنزلية ، مما أفسح المجال للاستغلال الواسع النطاق. إن آبار الطاقة الحرارية الأرضية تطلق غازات الدفيئة المحصورة داخل أعماق الأرض ، ولكن هذه الانبعاثات أقل بكثير في وحدة الطاقة من تلك الموجودة في الوقود الأحفوري. ونتيجة لذلك ، فإن الطاقة الحرارية الأرضية لديها القدرة على المساعدة في تخفيف الاحترار العالمي إذا تم نشرها على نطاق واسع بدلاً من الوقود الأحفوري.
أفادت الرابطة الدولية للطاقة الحرارية الأرضية (IGA) أن هناك 10.715 ميغاواط من الطاقة الحرارية الأرضية في 24 دولة عبر الإنترنت ، ومن المتوقع أن تولد 67،246 جيجاواط / ساعة من الكهرباء في عام 2010. وهذا يمثل زيادة بنسبة 20٪ في طاقة الطاقة الحرارية الأرضية عبر الإنترنت منذ عام 2005. ستنمو إلى 18500 ميغاواط بحلول عام 2015 ، بسبب العدد الكبير من المشاريع التي يجري النظر فيها حاليًا ، وغالبًا في المناطق التي كان يُفترض في السابق أن يكون لديها القليل من الموارد القابلة للاستغلال.
في عام 2010 ، قادت الولايات المتحدة العالم في إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية بطاقة إنتاجية تبلغ 3،086 ميغاواط من 77 محطة للطاقة. تقع أكبر مجموعة من محطات الطاقة الحرارية الأرضية في العالم في The Geysers ، وهو حقل حراري جوفي في كاليفورنيا. تتبع الفلبين الولايات المتحدة باعتبارها ثاني أكبر منتج للطاقة الحرارية الأرضية في العالم ، مع قدرة تصل إلى 1904 ميغاواط على الإنترنت ؛ تشكل الطاقة الحرارية الأرضية ما يقرب من 18 ٪ من توليد الكهرباء في البلاد.
الدول النامية
في بعض الأحيان كان ينظر إلى تكنولوجيا الطاقة المتجددة على أنها عنصر فاخر مكلف من قبل النقاد ، وبأسعار معقولة فقط في العالم المتقدم المتطور. وقد استمر هذا الرأي الخاطئ لسنوات عديدة ، لكن عام 2015 كان العام الأول الذي كان فيه الاستثمار في مصادر الطاقة المتجددة غير المائية ، أعلى في البلدان النامية ، حيث استثمر 156 مليار دولار ، خاصة في الصين والهند والبرازيل.
يمكن أن تكون الطاقة المتجددة مناسبة بشكل خاص للبلدان النامية. في المناطق الريفية والنائية ، قد يكون نقل وتوزيع الطاقة المولدة من الوقود الأحفوري صعباً ومكلفاً. يمكن أن يوفر إنتاج الطاقة المتجددة محليًا بديلاً صالحًا.
إن التقدم التكنولوجي يفتح سوقاً جديدة ضخمة للطاقة الشمسية: حوالي 1.3 مليار شخص حول العالم ليس لديهم إمكانية الوصول إلى الكهرباء. على الرغم من أنهم عادة ما يكونون فقراء للغاية ، إلا أن هؤلاء الناس يضطرون إلى دفع تكاليف أكبر للإضاءة من الناس في البلدان الغنية لأنهم يستخدمون مصابيح الكيروسين غير الفعالة. تكلفة الطاقة الشمسية نصف بقدر الإضاءة مع الكيروسين. اعتبارا من عام 2010 ، ما يقدر بنحو 3 ملايين أسرة تحصل على الطاقة من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الصغيرة. كينيا هي الرائدة عالميا في عدد أنظمة الطاقة الشمسية المركبة لكل فرد. يتم بيع أكثر من 30،000 لوح شمسي صغير جداً ، تنتج كل منها 12 إلى 30 واط ، في كينيا سنوياً. بعض الدول النامية الجزرية الصغيرة (SIDS) تتحول أيضا إلى الطاقة الشمسية لخفض تكاليفها وزيادة استدامتها.
الصغرى المائية تكوينها إلى شبكات مصغرة كما توفر الطاقة. أكثر من 44 مليون أسرة تستخدم الغاز الحيوي المصنوع في أجهزة هضم منزلية للإضاءة و / أو الطبخ ، وأكثر من 166 مليون أسرة تعتمد على جيل جديد من مواقد الكتلة الحيوية الأكثر كفاءة. يستخدم الوقود السائل النظيف المستمد من المواد الأولية المتجددة في الطهي والإضاءة في المناطق الفقيرة في الطاقة في العالم النامي. يمكن إنتاج الوقود الكحولي (الإيثانول والميثانول) بشكل مستدام من المواد الغذائية السكرية وغير الغذائية والنشويات السليولوجية. وينفذ مشروع Gaia، Inc. و CleanStar Mozambique برامج طهي نظيفة مع مواقد الإيثانول السائلة في إثيوبيا وكينيا ونيجيريا وموزامبيق.
أثبتت مشاريع الطاقة المتجددة في العديد من البلدان النامية أن الطاقة المتجددة يمكن أن تساهم بشكل مباشر في الحد من الفقر من خلال توفير الطاقة اللازمة لإنشاء الأعمال التجارية والعمالة. كما يمكن لتكنولوجيات الطاقة المتجددة أن تقدم مساهمات غير مباشرة للتخفيف من حدة الفقر من خلال توفير الطاقة للطهي وتدفئة المكان والإضاءة. كما يمكن للطاقة المتجددة أن تساهم في التعليم من خلال توفير الكهرباء للمدارس.
اتجاهات الصناعة والسياسة
يتضمن قانون الانتعاش وإعادة الاستثمار الأمريكي لعام 2009 الذي أصدره الرئيس باراك أوباما أكثر من 70 مليار دولار من الإنفاق المباشر والضرائب على الطاقة النظيفة وبرامج النقل المرتبطة بها. ومن بين الشركات الرائدة في مجال الطاقة المتجددة: فيرست سولار ، غيراسا ، جنرال إلكتريك للطاقة ، هانوا كيو سيلز ، شارب سولار ، سيمنز ، صن أوبتا ، صن تك باور ، وفيستاس.
كما أن العديد من الحكومات الوطنية والولائية والمحلية قد أنشأت بنوكًا خضراء. البنك الأخضر هو مؤسسة مالية شبه عامة تستخدم رأس المال العام للاستفادة من الاستثمار الخاص في تكنولوجيات الطاقة النظيفة. تستخدم البنوك الخضراء مجموعة متنوعة من الأدوات المالية لسد الفجوات في السوق التي تعوق نشر الطاقة النظيفة.
ركز الجيش أيضا على استخدام الوقود المتجدد للمركبات العسكرية. على عكس الوقود الأحفوري ، يمكن إنتاج الوقود المتجدد في أي بلد ، مما يخلق ميزة استراتيجية. لقد تعهد الجيش الأمريكي بالفعل بأن يكون 50٪ من استهلاكه للطاقة يأتي من مصادر بديلة.
الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) هي منظمة حكومية دولية لتعزيز اعتماد الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم. ويهدف إلى تقديم مشورة ملموسة في مجال السياسات وتسهيل بناء القدرات ونقل التكنولوجيا. تم تأسيس الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) في 26 يناير 2009 ، من قبل 75 دولة وقعت على ميثاق IRENA. اعتبارا من مارس 2010 ، تضم IRENA 143 دولة عضو تعتبر جميعها أعضاء مؤسسين ، 14 منها قد صادقت أيضا على النظام الأساسي.
اعتبارا من عام 2011 ، لدى 119 بلدا شكلا من أشكال سياسة دعم الطاقة المتجددة الوطنية أو سياسة الدعم المتجددة. الأهداف الوطنية موجودة الآن في ما لا يقل عن 98 دولة. هناك أيضا مجموعة واسعة من السياسات على مستوى الولاية / المحافظات والمستويات المحلية.
قال الأمين العام للأمم المتحدة بان كي مون إن الطاقة المتجددة لديها القدرة على رفع أفقر الدول إلى مستويات جديدة من الازدهار. في أكتوبر 2011 ، أعلن عن “إنشاء مجموعة رفيعة المستوى لحشد الدعم من أجل الوصول إلى الطاقة وكفاءة الطاقة وزيادة استخدام الطاقة المتجددة. سيشارك في رئاسة المجموعة كانديه يومكيلا ، رئيس مجلس إدارة الأمم المتحدة للطاقة و المدير العام لمنظمة الأمم المتحدة للتنمية الصناعية ، وتشارلز هوليداي ، رئيس مجلس إدارة بنك أمريكا “.
100 ٪ من الطاقة المتجددة
الدافع لاستخدام الطاقة المتجددة بنسبة 100٪ ، من أجل الكهرباء ، أو النقل ، أو حتى إجمالي إمدادات الطاقة الأولية على مستوى العالم ، كان مدفوعًا بالاحترار العالمي وغيره من المخاوف البيئية والاقتصادية. قال الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ إن هناك حدوداً تكنولوجية أساسية قليلة لدمج حافظة تكنولوجيات الطاقة المتجددة لتلبية معظم الطلب العالمي على الطاقة. نما استخدام الطاقة المتجددة بشكل أسرع بكثير من المتوقع حتى من الدعاة. على المستوى الوطني ، تملك 30 دولة على الأقل في العالم طاقة متجددة تسهم بأكثر من 20٪ من إمدادات الطاقة. كذلك ، قام الأستاذان S. Pacala و Robert H. Socolow بتطوير سلسلة من “أسافين التثبيت” التي يمكن أن تسمح لنا بالحفاظ على جودة حياتنا مع تجنب التغير المناخي الكارثي ، و “مصادر الطاقة المتجددة” ، تشكل العدد الأكبر من “الأوتاد”.
واقترح لأول مرة استخدام الطاقة المتجددة بنسبة 100 ٪ في ورقة العلوم التي نشرت في عام 1975 من قبل الفيزيائية الدنماركية Bent Sørensen. وتبعتها عدة مقترحات أخرى ، حتى عام 1998 تم نشر أول تحليل مفصل للسيناريوهات مع حصص عالية من مصادر الطاقة المتجددة. وقد تبع ذلك السيناريو الأول المفصل بنسبة 100٪. في عام 2006 تم نشر أطروحة الدكتوراه من قبل Czisch والتي تبين أنه في سيناريو الطاقة المتجددة بنسبة 100 ٪ يمكن أن يطابق إمدادات الطاقة في كل ساعة من السنة في أوروبا وشمال أفريقيا. وفي العام نفسه ، نشر أستاذ الطاقة الدانمركي هنريك لوند أول ورقة تناول فيها المجموعة المثلى من المصادر المتجددة ، والتي تلتها عدة ورقات أخرى حول الانتقال إلى الطاقة المتجددة بنسبة 100٪ في الدنمارك. ومنذ ذلك الحين ، نشرت لوند العديد من الأبحاث حول الطاقة المتجددة بنسبة 100٪. بعد أن بدأت منشورات عام 2009 في الارتفاع بشكل حاد ، تغطي سيناريوهات 100 ٪ لبلدان في أوروبا وأمريكا وأستراليا وأجزاء أخرى من العالم.
في عام 2011 ، نشر مارك زاي جاكوبسون ، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية بجامعة ستانفورد ، ومارك ديلوتشي ، دراسة حول إمدادات الطاقة المتجددة بنسبة 100٪ في مجلة Energy Policy. فقد وجدوا أن إنتاج جميع الطاقة الجديدة باستخدام طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المائية بحلول عام 2030 أمر ممكن ، ويمكن استبدال ترتيبات إمدادات الطاقة الحالية بحلول عام 2050. وتعتبر الحواجز التي تعترض تنفيذ خطة الطاقة المتجددة “اجتماعية وسياسية في المقام الأول ، وليست تقنية أو الاقتصادية “. وجدوا أيضا أن تكاليف الطاقة مع طاقة الرياح ، والطاقة الشمسية ، ونظام المياه ينبغي أن تكون مشابهة لتكاليف الطاقة اليوم.
وبالمثل ، في الولايات المتحدة ، أشار المجلس القومي للبحوث المستقل إلى وجود “موارد محلية متجددة كافية للسماح للكهرباء المتجددة بلعب دور هام في توليد الكهرباء في المستقبل ، وبالتالي المساعدة في مواجهة القضايا المتعلقة بتغير المناخ وأمن الطاقة والتصعيد”. تكاليف الطاقة … تعد الطاقة المتجددة خيارًا جذابًا نظرًا لأن الموارد المتجددة المتوفرة في الولايات المتحدة ، والتي يتم جمعها بشكل جماعي ، يمكنها توفير كميات أكبر بكثير من الكهرباء عن إجمالي الطلب المحلي الحالي أو المتوقع. ”
أهم العوائق التي تحول دون تنفيذ واسع النطاق للطاقة المتجددة على نطاق واسع واستراتيجيات الطاقة منخفضة الكربون هي في المقام الأول سياسية وليست تقنية. ووفقًا لتقرير 2013 Post Carbon Pathways الذي استعرض العديد من الدراسات الدولية ، فإن حواجز الطرق الرئيسية هي: إنكار تغير المناخ ، والضغط على الوقود الأحفوري ، والتقاعس السياسي ، والاستهلاك غير المستدام للطاقة ، والبنية التحتية للطاقة القديمة ، والقيود المالية.
النقاش
وفي بعض الأحيان ، يتم انتقاد إنتاج الكهرباء المتجددة ، من مصادر مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، بسبب كونه متغيرًا أو متقطعًا ، ولكنه ليس صحيحًا بالنسبة للطاقة الشمسية والحرارة الجوفية والوقود الحيوي المركزة التي لها استمرارية. وعلى أية حال ، فقد ذكرت وكالة الطاقة الدولية أن نشر التكنولوجيات المتجددة عادة ما يزيد من تنوع مصادر الكهرباء ، ويساهم ، من خلال الجيل المحلي ، في مرونة النظام ومقاومته للصدمات المركزية.
كانت هناك مخاوف “ليس في فقرتي الخلفية” (NIMBY) المتعلقة بالتأثيرات البصرية وغيرها من بعض مزارع الرياح ، حيث يحارب السكان المحليون في بعض الأحيان أو يعطلون البناء. في الولايات المتحدة ، تأخر مشروع Massachusetts Cape Wind لعدة سنوات جزئيا بسبب المخاوف الجمالية. ومع ذلك ، كان السكان في مناطق أخرى أكثر إيجابية. وفقا لأحد أعضاء مجلس المدينة ، فإن الغالبية العظمى من السكان المحليين يعتقدون أن مزرعة الرياح Ardrossan في اسكتلندا قد عززت المنطقة.
وتنص وثيقة حكومة المملكة المتحدة الأخيرة على أنه “من المرجح بشكل عام أن تنجح المشاريع إذا كان لديها دعم عام واسع وموافقة المجتمعات المحلية. وهذا يعني إعطاء المجتمعات المحلية صوتًا وصفةً”. في بلدان مثل ألمانيا والدنمارك ، هناك العديد من المشاريع المتجددة التي تملكها المجتمعات ، لا سيما من خلال الهياكل التعاونية ، وتساهم بشكل كبير في المستويات العامة لنشر الطاقة المتجددة.
استمر سوق تكنولوجيات الطاقة المتجددة في النمو. إن المخاوف من تغير المناخ وزيادة فرص العمل في المناطق الخضراء ، إلى جانب ارتفاع أسعار النفط ، وارتفاع أسعار النفط ، وحروب النفط ، وانسكاب النفط ، وتشجيع استخدام السيارات الكهربائية ، والكهرباء المتجددة ، والكوارث النووية ، وزيادة الدعم الحكومي ، تؤدي إلى زيادة التشريعات المتعلقة بالطاقة المتجددة ، والحوافز ، والتجارة. ساعد الإنفاق الحكومي الجديد والتنظيم والسياسات الصناعة على مواجهة الأزمة الاقتصادية لعام 2009 بشكل أفضل من العديد من القطاعات الأخرى.
في حين أن مصادر الطاقة المتجددة كانت ناجحة للغاية في مساهمتها المتزايدة باستمرار في الطاقة الكهربائية ، فلا توجد دول تهيمن عليها أنواع الوقود الأحفوري التي لديها خطة للتوقف والحصول على هذه الطاقة من مادة renwables. وتوقفت اسكتلندا وأونتاريو فقط عن حرق الفحم ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى إمدادات الغاز الطبيعي الجيدة. في مجال النقل ، يكون الوقود الأحفوري أكثر رسوخاً ويصعب العثور على حلول. من غير الواضح ما إذا كان هناك إخفاق في السياسة أو الطاقة المتجددة ، ولكن بعد مرور عشرين عاماً على بروتوكول كيوتو ، لا يزال الوقود الأحفوري مصدرنا الرئيسي للطاقة ويستمر استهلاكنا في النمو.