عشر تقنيات جديدة لكهربة المستقبل

نكشف عن عشر تقنيات تشكل مستقبل السيارات الكهربائية بالكامل
المستقبل كهربائي. على مدى العقد المقبل، ستلعب الكهرباء الخالية من الكربون دورا أكبر وأكبر في تحقيق تحول الطاقة ومكافحة ظاهرة الاحتباس الحراري. الزخم يتزايد. تحل توربينات الرياح ومزارع الطاقة الشمسية محل محطات الطاقة الحرارية. وفي نهاية المطاف، تعمل الطرق الجديدة لاستخدام الكهرباء على وتيرة عالية.

لقد تم بالفعل تحقيق معالم مهمة. ولدت طاقة الرياح والطاقة الشمسية معًا كهرباء أكثر من الغاز في أوروبا لأول مرة في عام 2021. وفي عام كانت فيه سرعات الرياح أقل من المتوسط، كان نمو الطاقة الشمسية أمرًا حيويًا. في الواقع، ولدت الطاقة الشمسية كهرباء أكثر بنسبة 27٪ في عام 2021 مقارنة بعام 2019. وتمثل الطاقة الشمسية الآن 6٪ من الكهرباء في أوروبا. لقد وضعت العديد من الدول الأوروبية الأسس للنمو السريع للطاقة الشمسية، وليس فقط في جنوب أوروبا حيث إمكانات الطاقة الشمسية هي الأعلى.

وفي المراحل النهائية – على مستوى الاستهلاك – يجري التحول أيضًا على قدم وساق. والأدلة موجودة في كل مكان حولنا. تحل السيارات الكهربائية محل المركبات التقليدية التي تعمل بالديزل والبنزين بسرعة. وفي الوقت نفسه، تحل المضخات الحرارية الأرضية والهوائية التي تعمل بالطاقة الكهربائية محل التدفئة التقليدية التي تعمل بالغاز والنفط. وتتحول العمليات الصناعية بجميع أنواعها من الوقود الأحفوري إلى الكهرباء.

تجتذب الطرق الجديدة لتوليد واستخدام الكهرباء الكثير من الاهتمام. والأمر الأقل وضوحا – ولكن على نفس القدر من الأهمية – هو نقل وتوزيع الكهرباء. أصبحت الحاجة إلى تنشيط الشبكات ملحة: في الولايات المتحدة، على سبيل المثال، سوف تكون هناك حاجة إلى ما يقدر بنحو 1.1 تريليون دولار أمريكي بحلول عام 2040 لتوسيع وتحديث شبكة الكهرباء للحفاظ على الموثوقية والمرونة.

وحتى الآن، تمت الموافقة على جزء صغير فقط من الاستثمار المطلوب في تحديث الشبكة، مما يشير إلى وجود انفصال بين ما تقترحه شركات المرافق وما تراه الهيئات التنظيمية حاليا مناسبا.

ومع ذلك، يتم إحراز تقدم. بفضل العدادات الذكية، أصبحت شبكة الكهرباء رقمية. كما أن تكنولوجيا الشبكة الذكية – التي تسمح للمشغلين بالاستفادة القصوى من بنيتهم التحتية الحالية – لديها القدرة على توفير المليارات من استثمارات الشبكة. وهذا أمر مهم، لأن عمر البنية التحتية للطاقة في الاقتصادات المتقدمة يتراوح في المتوسط بين 40 إلى 50 عاما. خطر انقطاع التيار الكهربائي حقيقي.

التحديات واضحة. أولا وقبل كل شيء، هناك حاجة إلى تعزيز قدرة وموثوقية شبكات الكهرباء. وبالتوازي مع ذلك، هناك حاجة لضمان سلامة الأشخاص والممتلكات في مستقبل يعتمد على الكهرباء بالكامل. وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون الشبكات مستدامة. وهذا يعني تقليل البصمة الكربونية للبنية التحتية الجديدة للشبكة وضمان إدارة الموارد اللازمة لتنفيذها بعناية. وكل هذا يجب أن يتحقق بفعالية من حيث التكلفة.

وسيلعب الابتكار دوراً حاسماً في تحقيق هذه الأهداف. وفيما يلي، نعرض الخطوط العريضة للتقنيات التي نعتقد أنها ستشكل كهربة العالم على مدى السنوات العشر المقبلة.

النهضة الحالية المباشرة
بعد أكثر من قرن من الزمن في الظل، من الممكن أن تعود طاقة التيار المباشر (DC). يعتبر التيار المستمر فعالاً بشكل ملحوظ في نقل الطاقة بكميات كبيرة لمسافات طويلة. كل هذا يؤدي إلى إعادة تقييم التيار المستمر لأغراض النقل والتوزيع وحتى الاستهلاك النهائي من قبل مستخدمي الكهرباء. إذًا كيف يمكن أن ينجح هذا عمليًا؟

الرياح البحرية العائمة والطاقة الشمسية
التكنولوجيا العائمة هي اتجاه ساخن في عالم مصادر الطاقة المتجددة. في تحويل حلم طاقة الرياح البحرية العائمة – والطاقة الشمسية – إلى حقيقة.

الكابلات فائقة التوصيل، معجزات التوصيل الكهربائي
تعتبر الكابلات فائقة التوصيل من معجزات التوصيل الكهربائي. نكتشف ما يجعلها في غاية الأهمية – أول نظام كابلات فائقة التوصيل في العالم مدمج في شبكة السكك الحديدية.

البلاستيك الدائري، نهج التركيز على الموارد
ولمواجهة الحجم المتزايد من البلاستيك الذي يتم إنتاجه واستخدامه وإغراقه، يتعين على الصناعات أن تتطور إلى نموذج دائري بالكامل لا يتم فيه التخلص من المنتجات البلاستيكية التي انتهى عمرها الافتراضي، بل يتم تحويلها لخلق قيمة. هناك حاجة إلى الابتكار والتنظيم والتعاون الدولي لتمكين هذا التحول.

هيدروجين
إن السباق نحو صافي الصفر مستمر، ومن أجل عبور خط النهاية بحلول عام 2050، تحتاج الصناعة إلى التخلص من عبء الوقود الأحفوري. ولكن ما هي مصادر الطاقة التي لديها القدرة على استبدالها؟

المركبات الكهربائية
مثل القطاعات الأخرى، يجب أن تتطور صناعة السيارات لمواجهة التحديات الاقتصادية والبيئية المستقبلية. وفي الوقت الحالي، تعد المركبات الحرارية مسؤولة عن ما يقرب من 10% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم. وفي الاقتصادات المتقدمة مثل فرنسا، يرتفع هذا الرقم إلى 15%. وبالتالي فإن كهربة هذه المركبات هي قضية رئيسية في التحول إلى اقتصاد منخفض الكربون.

السلامة الكهربائية والحريق
مع الأشكال الجديدة لاستخدام الطاقة تأتي مخاطر جديدة. كيف تساهم الأنظمة الكهربائية في عالم أكثر أمانًا؟ الكابلات هي العمود الفقري الكهربائي للمبنى، فهي موجودة في كل مكان وبكميات كبيرة لنقل الطاقة والبيانات.

التوائم الرقمية
يتمثل مفهوم التوأم الرقمي في إعادة تشكيل الأشياء أو العمليات أو الخدمات المادية في بيئة افتراضية. يساهم استخدامه في تحسين تصميم الأنظمة ووظائفها وتحسين صيانتها وتشخيص المشكلات المحتملة. لقد تحولت التوائم الرقمية أيضًا إلى أدوات قوية لصنع القرار للتخطيط الاستراتيجي.

البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي
الذكاء الاصطناعي موجود في كل مكان، حيث يمكّن أجهزة الكمبيوتر والأجهزة المتصلة من إعادة إنتاج السلوكيات المرتبطة بالإنسان مثل التفكير والتخطيط والإبداع. وتتوقف فعاليتها على كمية البيانات التي تتلقاها، وهنا تأتي البيانات الضخمة. ومع التراكم المتزايد للبيانات الرقمية وتحليلها، توفر البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي فرصًا كبيرة للمحترفين في مجال الكهرباء.

إنترنت الأشياء (IoT)
إن إنترنت الأشياء مليء بإمكانيات التطوير والإمكانيات المثيرة للمنازل والشركات. ومع توسعها، تقدم إنترنت الأشياء أيضًا حلولاً مبتكرة جديدة للكهرباء. دعونا نتعمق في مفهوم إنترنت الأشياء، وآفاق تسخير الكهرباء، والقضايا والتحديات المحيطة بها.