По данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), к 2030 году США смогут вырабатывать 20% своей электроэнергии за счёт ветра, а в 2050 году этот показатель приблизится к 35%.

В целом, технологии возобновляемых источников энергии обладают рядом преимуществ и могут сыграть важную роль в переходе к более устойчивой и экологически чистой энергетической системе. В дополнение к преимуществам вышеперечисленных технологий использования возобновляемых источников энергии, необходимо выделить несколько важных аспектов этих технологий:

– эффективность – технологии возобновляемых источников энергии различаются по своей эффективности, при этом некоторые технологии более эффективны в преобразовании сырья в электричество или топливо, чем другие. Например, солнечные панели, как правило, более эффективно трансформируют солнечный свет в электричество, чем ветряные турбины, которые преобразовывают в электричество силу ветра;

– масштаб применения – технологии использования возобновляемых источников энергии можно использовать в различных масштабах, от небольших систем, питающих один дом или небольшое предприятие, до крупных коммунальных проектов, вырабатывающих электроэнергию для целой сети потребителей.

– прерывистость – некоторые технологии возобновляемых источников энергии, такие как солнечная и ветровая, носят прерывистый характер в связи с тем, что они вырабатывают электроэнергию только тогда, когда светит солнце или дует ветер. Этим можно управлять за счет использования технологий накопления и хранения энергии или интеграции этих технологий с другими источниками электроэнергии;

– стоимость – стоимость технологий возобновляемой энергетики значительно снизилась в последние годы, что делает их более конкурентоспособными по сравнению с традиционной энергетикой, использующей для генерации электроэнергии ископаемое топливо. Однако первоначальная стоимость этих технологий всё ещё может быть экономически невыгодной для многих частных потребителей и предприятий.

По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), возобновляемые источники энергии могут обеспечить 66% мирового производства электроэнергии к 2030 году и 85% к 2050 году, при этом ожидается, что солнечная и ветровая энергия будут доминировать в структуре энергопотребления. Эффективность, масштаб применения, прерывистость и стоимость технологий использования возобновляемых источников энергии являются важными факторами, которые следует учитывать при оценке потенциала этих технологий для перехода к более устойчивой энергетической системе.

Рассмотрим некоторые из последних прорывных разработок в области возобновляемых источников энергии.

В 2023 году в области производства гидроэлектроэнергии была представлена новая технология: гидравлическая мини-турбина, напечатанная на 3D-принтере, или SETUR. Эта инновационная турбина не предусматривает применение традиционных лопастей, вместо этого формируя завихрение потока воды используемого в качестве источника энергии. Эта технология может быть эффективной и рентабельной при использовании в различных условиях, таких как реки, приливные течения, океанские течения и даже промышленные сточные воды или оросительные каналы. Кроме того, компактная и легкая конструкция напечатанной на 3D-принтере турбины делает её идеальной для использования в мегаполисах, где потребность в энергии высока, а водоснабжение легкодоступно. Ключевым принципом конструкции SETUR является угол рассеивания зазора между ротором и статором, что имеет решающее значение для выработки электроэнергии. Ротор может вращаться над краевой конструкцией контейнера, и когда жидкость течёт по нему, нестабильность поля завихрённости потока заставляет жидкость вращаться, тем самым вырабатывая энергию. Технология всё ещё находится в стадии разработки и тестирования, но это многообещающее решение для устойчивого производства энергии в будущем.

В 2023 году исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) разработали новую технологию под названием «Вращающийся генератор», представляющую собой цилиндрический трибоэлектрический наногенератор (TENG), который использует энергию океанских волн для питания датчиков и других устройств. TENG – это сборка для выработки электроэнергии, которая может преобразовывать энергию волн в электрическую энергию, что имеет решающее значение для мониторинга океанских экосистем и изменения климата. Основная проблема систем наблюдения за океаном, состоящих из нескольких датчиков и спутниковой связи, заключается в том, что они в основном питаются от батарей с ограниченным сроком службы, поэтому необходимо разработать решение для сбора энергии океанских волн. Вращающийся генератор использует запатентованный цилиндрический трибоэлектрический наногенератор с умножением частоты (FMC-TENG), который более эффективно преобразует медленные однородные волны в энергию. Эта технология идеально подходит для питания устройств в океанских операциях, где мониторинг и доступ затруднены. Прототип FMC-TENG смог произвести достаточную мощность для запуска небольшой электроники, такой как датчики температуры и акустические резонаторы. Кроме того, FMC-TENG имеет малый вес и может работать как на свободно плавающих установках, так и на пришвартованных платформах. Ожидается, что будет реализовано крупномасштабное коммерческое использование вращающихся генераторов, которое будет достаточно мощным, чтобы поддерживать всю съёмку в открытом океане.

В 2023 году швейцарский стартап «Sun-Ways» разработал уникальное решение по использованию солнечной энергии для электроснабжения поездов путём размещения фотоэлектрических панелей между железнодорожными путями. Система, разработанная в сотрудничестве с Федеральной политехнической школой Лозанны и швейцарским агентством инноваций «Innosuisse», состоит из, предварительно собранной, механической конструкции, которую можно загрузить на поезд и установить между путями. Панели также легко снимаются и вывозятся для обслуживания. Потенциал этой системы огромен, учитывая, что железнодорожная сеть только в Швейцарии простирается почти на 7000 километров, система может генерировать до 1 ТВтч солнечной энергии. Компания также планирует расширить обслуживание железнодорожной сети протяженностью 260 000 километров в Европе и 1,16 миллиона километров по всему миру.

В 2023 году учёные из Швейцарского федерального технологического института разработали устройство, которое может извлекать газообразный водород из влажного воздуха с помощью солнечной энергии. Устройство, называемое фотоэлектрохимической ячейкой, работает, имитируя фотосинтез – процесс, посредством которого растения преобразуют энергию света в химическую энергию. Устройство использует прозрачные электроды и полупроводниковые материалы для захвата и использования солнечного света для расщепления молекул воды на водород и кислород. Полученный водород можно использовать в качестве чистого и устойчивого источника топлива. Устройство всё ещё находится в стадии разработки и требует дополнительных исследований для повышения его эффективности.