Сегодняшняя энергетическая революция создает новый уровень устойчивости, интеграции и здоровья окружающей среды

Источник · Перевод автора

Мы стоим на пороге того, что вполне может стать самой значительной революцией в электроэнергетике, поскольку она впервые была использована для освещения нескольких кварталов Нью-Йорка 150 лет назад. Мировой спрос на электроэнергию вырос почти на треть за последнее десятилетие, и ожидается, что к 2050 году он вырастет еще на 50%. В то же время на возобновляемые источники энергии будет приходиться более трети мирового производства электроэнергии. Это позитивный шаг по сравнению с сегодняшними однозначными цифрами.

Тем не менее, если что-то не изменится с точки зрения производства и эффективности, большая часть электроэнергии будет по-прежнему производиться из тех же унаследованных источников, которые способствуют неприемлемым уровням загрязнения.

Обычные подозрения в росте населения и повышении уровня жизни частично ответственны за увеличение спроса на электроэнергию. Это особенно верно в отношении развивающихся стран, где текущие условия, к сожалению, означают, что новый спрос будет удовлетворяться в основном за счет нефти, угля и газа в качестве основных источников выработки электроэнергии. В то же время за последние несколько лет резко увеличились два других существенных фактора спроса на электроэнергию: беспрецедентная электрификация нашего мира и объем данных, генерируемых потребительскими устройствами и предприятиями, что заставляет строить большие, и энергоемкие дата-центры.

Эти изменения происходят в мире, в котором наша устаревшая электросеть стала менее надежной. Рост числа экстремальных погодных явлений и лесных пожаров приводит к массовым отключениям на несколько дней или недель. Переживания, которые можно было бы определить как нечастые неудобства, теперь превратились в реальные и постоянные угрозы личной безопасности и финансовым средствам к существованию.

Недавние атаки на кибербезопасность продемонстрировали, что основная инфраструктура и цепочки поставок, включая энергосистему, являются основными целями организованных преступных хакеров. Эта проблема достигла такого уровня стратегической озабоченности, что администрация Байдена разработала планы и программы, которые стимулируют повышение кибербезопасности в электроэнергетических компаниях.

Эти события – как естественные, так и искусственные – до боли ясно показали, что энергия, наряду с едой, водой и кровом, стала одним из наиболее важных и сложных компонентов современной жизни.

Как мы будем удовлетворять нашу растущую потребность в энергии, одновременно защищая окружающую среду, повышая устойчивость электросетей и обеспечивая всем равный доступ?

Что это означает для трех важнейших отраслей нашего развивающегося энергозависимого мира – центров обработки данных, автомобилей и возобновляемых источников энергии?

Данные и энергия: экономические короли бизнеса и необходимые помощники для решения повседневных задач

Центры обработки данных, как известно, потребляют много энергии. Поэтому, учитывая прочную связь между данными и энергией, удивительно, что при проектировании современных крупных центров обработки данных значительное количество энергии тратится впустую, когда она перемещается от электрической сети к сотням тысяч серверов, установленных в стойках.

Вот почему основные технологические гиганты сосредоточены на инициативах по энергоэффективности и достижении к 2030 году чистых нулевых выбросов углерода. Илон Маск недавно даже поднял флаг над проблемами энергетики и майнинга биткойнов. И мы также должны знать, что развертывание 5G приведет к созданию сетей, которые потребляют как минимум вдвое больше энергии, чем современные сети.

Электрификация массового транспорта и конец опасений за пределы дальности езды

Даже в мире 2020 года, в котором преобладает пандемия, глобальные продажи электромобилей продолжали расти – ожидается, что через два десятилетия в продажу поступит более 500 миллионов электромобилей. Это хорошая новость для тех, кто хочет решить проблему загрязнения транспорта. Но что движет этим ростом и что это будет значить для производства электроэнергии?

Крупные мировые автомобильные бренды заявили об агрессивных обязательствах в отношении продаж электромобилей, в том числе прогноз VW о 70% продаж электромобилей в Европе к 2030 году и цель GM – 100% продаж электромобилей к 2035 году. Недавнее предложение президента США Байдена по инфраструктуре на сумму 2 триллиона долларов включает предлагаемые 174 миллиарда долларов, выделенные на электромобили. И снижение опасений потребителей по поводу дальности пробега сочетается с растущим интересом к воздействию на окружающую среду.

Когда на дорогах появится так много электромобилей, спрос на электроэнергию станет историческим. Это необходимо будет ответственно выполнять как за счет возобновляемых источников энергии, так и за счет повышения энергоэффективности транспортных средств.

Мир возобновляемых источников энергии по требованию, работающий круглосуточно и без выходных

Впервые – технологии, экономика бизнеса, государственная политика и отношение потребителей – работают вместе, чтобы оказать давление, чтобы преобразовать возобновляемую энергию из вторичного в источник энергии по требованию, работающий круглосуточно и без выходных. Технологии, которые позволяют создавать более эффективные и энергоемкие системы производства и хранения возобновляемых источников энергии (ESS), являются ключом к этому ускоренному переходу к возобновляемым источникам энергии по требованию. Электромобили могут стать обычными источниками аварийного питания даже за пределами специализированных систем хранения, как, например, в грядущем электрическом пикапе Ford F-150.

Повышенная энергоэффективность: ответ заключается в переходе от устаревшего кремния к технологии GaN

Технологии, обеспечивающие повышенную энергоэффективность, имеют решающее значение для обеспечения того, чтобы мир имел доступ к необходимой энергии, одновременно уменьшая экологический ущерб и устраняя неравенство в энергоснабжении.

Энергия, потраченная впустую на преобразование энергии, была постоянной проблемой, которую кремний не мог решить. Использование полупроводников GaN вместо кремния для создания систем питания в центрах обработки данных, электромобилях и в отрасли возобновляемых источников энергии может снизить эти потери на 50%.

Вот несколько примеров того, как технология GaN может повысить энергоэффективность:

  • Бортовое зарядное устройство для электромобиля может быть на 50% более энергоэффективным, а тяговый инвертор, входящий в состав электропривода, может быть на 70% более энергоэффективным. Это может увеличить дальность полета автомобиля на 6% – критически важный показатель в отрасли, в которой лазерное внимание уделяется тому, чтобы выжимать больше на каждую милю
  • Центры обработки данных могут одновременно увеличить плотность серверов до 56%, повысить энергоэффективность на 2% и сократить выбросы CO2
  • Системы хранения возобновляемой энергии могут быть на 50% более энергоэффективными в более компактных и недорогих конструкциях, что повысит их привлекательность как для жилых, так и для деловых рынков, стремящихся к энергетической устойчивости

Революция власти должна быть принята сейчас

В мире, который все больше зависит от данных и электрификации, нам необходимо рассматривать энергию как топливо, которое обеспечивает не только непрерывный технологический прогресс для бизнеса, но и важнейшую составляющую нашей повседневной личной жизни. Судьба нашего будущего – мира, который можно определить по новым уровням устойчивости, интеграции и здоровья окружающей среды, – тесно связана с поставками энергии и удовлетворением растущего глобального спроса за счет новых уровней энергоэффективности на основе технологий. Власть не следует воспринимать как должное и просто рассматривать как бесконечный ресурс с неограниченными социальными, экономическими и экологическими последствиями. Последствия для этого слишком глубоки и далеко идущие.