Электрическая сеть может быть величайшим изобретением всех времен, обеспечивая энергией массы и поддерживая мировую экономику. Искусственный интеллект и другие технологии поднимут ее на новый уровень, увеличив надежность, снижая выбросы и сокращая расходы.
Исследования и разработки, проводимые в национальных лабораториях, уступают место на сети для большего внедрения возобновляемых источников энергии и электрических автомобилей. Цель сейчас – обеспечить плавный и надежный переход. Действительно, производство “зеленой” энергии выросло на 250,000 мегаватт за последнее десятилетие, а электромобили обрели долю на рынке. Сокращение использования ископаемого топлива приведет к увеличению потребления электроэнергии, что потребует более интеллектуальной сети и развитых технологий хранения энергии.
Искусственный интеллект, или ИИ, “приведет к беспрецедентным инновациям”, говорит Стивен Эшби, директор Лаборатории Тихоокеанского Северо-Запада. “Искусственный интеллект может принимать автономные решения для управления нагрузкой и генерацией в реальном времени”, – добавляет он, отмечая, что ИИ также может помочь упростить процесс лицензирования.
Эшби выступил на виртуальном пресс-мероприятии на прошлой неделе, организованном Ассоциацией Энергетики США, где я был участником панели.
Электричество – это кровь американской торговли, составляющая 7% экономики США. Однако необходимо расширить и улучшить сеть передачи страны, чтобы справиться с массовым нашествием электромобилей, а также ветровых и солнечных электростанций. В 2022 году коммерческие и промышленные потребители энергии объявили о заключенных сделках по чистой энергии на почти 17 гигаватт, что является рекордным показателем. Amazon, Meta, Google, Verizon, Ford и General Motors лидируют в этой области, сообщает Ассоциация Покупателей Чистой Энергии.
Правительственная политика поддерживает поставленные цели. Страна может сократить выбросы парниковых газов на 40% к 2030 году по сравнению с базовыми показателями 2005 года с некоторой помощью Закона об уменьшении инфляции, который предусматривает $369 миллиардов на энергетические и климатические проекты 21 века.
Департамент энергетики США утверждает, что сеть может понадобиться расширить на 60% к 2030 году и утроить к 2050 году, чтобы удовлетворить потребности в чистой энергии. Еще один вариант – модернизация сети, или добавление новых цифровых компонентов, чтобы провода могли нести больше электронов. “Перекондуктивность” – это решение, которое включает установку новых проводников на существующий трансмиссионный провод.
Возьмем для примера Администрацию Теннесси-Вэлли: Перекондуктирование имеет потенциал увеличить пропускную способность его линий “в два-четыре раза.” Это огромный шаг, говорит Стивен Страйфер, директор Ок-Риджской Национальной Лаборатории. Числа будут только улучшаться с развитием технологий и материалов.
“Нам нужна надежная система передачи в Соединенных Штатах”, – добавляет Мартин Келлер, директор Национальной Лаборатории по возобновляемой энергии. “Мы должны продолжать инвестировать в исследования для разработки этого, но также строить передачу как можно быстрее”.
Инновации крайне важны для улучшения передачи и технологий батарей, которые собирают электроны из ветра и солнца и высвобождают их по мере необходимости. Литий-ионные батареи – это устройства для хранения энергии, пользующиеся большой популярностью сегодня. Они используют кобальт, который трудно добывать и приводит к термическим авариям. Однако у них большая плотность и возможность хранения большего количества энергии.
Конкурирующие технологии уже на горизонте. Одна из них – это “твердотельные” батареи, которые не применяют литий и используют оксиды, сульфиды, фосфаты и твердые полимеры. Еще одни – это поточные батареи. Их можно заряжать и разряжать несколько раз в день десятилетиями. В отличие от короткосрочных литий-ионных батарей, они выйдут из строя через 10 лет.
“Стоимость батарей снизилась в десять раз, это огромный скачок”, – говорит Клаус Даниэль, заместитель директора по передовой энергетике в Аргоннской Национальной Лаборатории. Батареи содержат различные сырьевые материалы, такие как медь, кобальт, никель, литий и магний. Кобальт – это “единственный материал”, о котором Аргонне “беспокоится”, добавляет он, отмечая, что большая часть исследований лаборатории направлена на “изменение энергетических материалов здесь”.
Кроме того, пора уделить внимание переработке существующих материалов, диверсификации цепочек поставок и более эффективному использованию материалов, добавляет Кимберли Будил, директор Ливерморской Национальной Лаборатории. Например, Tesla говорит, что переработка более экономична, чем закупка этих минералов, отмечая, что можно восстановить 92% материалов батареи.
Более эффективное управление сырьевыми материалами необходимо, если глобальное сообщество собирается выполнять Парижское соглашение. Это включает достижение 33,000 гигаватт возобновляемой энергии и электрификацию 90% транспортного сектора к 2050 году – все на основе чистой энергетической инфраструктуры.
Переход к энергетике уже в разгаре, значительно облегченный работой национальных лабораторий в сотрудничестве с частными предприятиями. Технологии продолжат совершенствоваться. На самом деле, ИИ, интеллектуальные сети и технология батарей имеют потенциал революционизировать способы генерации и поставки электроэнергии, улучшая надежность. Уровень загрязнения воздуха снизится, а стоимость электроэнергии упадет в результате – что поднимет экономические перспективы по всему миру.
