Під лупою: стале управління енергією

До 2045 року Німеччина хоче стати в основному кліматично нейтральною. Тоді енергію необхідно отримувати в основному з регенеративних джерел, таких як енергія вітру та води, сонячна енергія, геотермальна енергія або відновлювана сировина. Також важливо зменшити споживання енергії, економно та ефективно використовуючи енергію. В даний час жодне зі стійких джерел енергії не може замінити поточне енергопостачання, яке в основному живиться викопним паливом. Таким чином, майбутнє за розумним взаємопов’язаним поєднанням відновлюваних джерел енергії. Як це досягти і які виклики має подолати стійка енергетична галузь з її багатьма секторами?

Енергетика Німеччини та Північного Рейн-Вестфалії

У Німеччині на ринку енергопостачання домінують такі види викопного палива, як природний газ, нафта та вугілля. Частка особливо висока в приватних домогосподарствах.

Федеральний уряд поставив собі за мету в найближчі роки різко збільшити частку електроенергії, виробленої з відновлюваних джерел енергії. До 2030 року частка відновлюваних джерел енергії у споживанні електроенергії має досягти 65 відсотків. У енергетичному переході, запланованому федеральним урядом, енергія вітру та енергія фотоелектричних систем повинні зрештою скласти основну частину.

І вже є позитивні зрушення: наприклад, близько 45 відсотків електроенергії, яка потрапляє в домогосподарства через електромережі, зараз виробляється в Німеччині за допомогою сонячних батарей, вітрових турбін та інших відновлюваних джерел енергії. Це означає, що частка зеленої електроенергії в німецькій мережі зросла більш ніж удвічі за останні десять років.

Енергетика охоплює всі сфери виробництво та розподіл енергії (Міський газ, природний газ, рідке паливо, електроенергія, централізоване опалення, нафта та тверде паливо, таке як вугілля, кокс, торф і деревина). Завдання сталого енергоменеджменту полягає в поступовому перетворенні енергопостачання на відновлювані джерела енергії. Відновлювані джерела енергії, також відомі як альтернативні або регенеративні джерела енергії, є видами енергії, які доступні в необмеженій кількості. До них відносяться: біомаса, геотермальна енергія, сонце, вода та вітер.

Як щодо сталого управління енергією в Північному Речовині?

Північний Рейн-Вестфалія також покладається на вітер і сонце для передачі енергії. Біомаса та гідроенергетика є частиною цього, оскільки вони можуть використовуватися так само гнучко та є дружніми до мережі, щоб зробити внесок у стале енергопостачання.

Зелений водень демонструє значне зростання в енергетичному переході в Північному Західному регіоні - особливо в енергоємній промисловості в Рурській області. З початком індустріалізації у 18 столітті Рурська область стала центром видобутку та переробки викопного палива та важкої промисловості. Багато компаній, заснованих у той час, досі діють у Рурській області. Але тепер їм доводиться налагоджувати своє виробництво. Одним із прикладів є завод Thyssenkrupp у Дуйсбурзі, який викидає 20 мільйонів тонн CO₂ на рік. Це становить 2,5 відсотка загальних викидів Німеччини. Тому компанія Thyssenkrupp вирішила докорінно змінити своє власне виробництво сталі за допомогою водню та виробляти виключно кліматично нейтральну сталь до 2050 року.

Рурська область є піонером у перетворенні водню та має найбільше стартапів у цьому секторі в Німеччині. NRW і Баварія об'єднують більше половини цих компаній - Рурська область і Мюнхенська область чітко виділяються як кластер.

Однак наразі водень все ще дорогий. Кіловат-година водню на початку 2022 року коштувала 16,5 центів. Для порівняння: гас і солярка коштують близько 4 копійок. Вугілля близько 1,5 центів. Експерти очікують, що до 2030 року ціна на водень впаде до 7 центів.

Power-to-Gas, AI, Green Hydrogen & Co. - потенціал і проблеми

Багато різних технологій і фізичних процесів використовуються для виробництва та розподілу екологічно чистої енергії. Традиційні процеси доповнюються та вдосконалюються новими технологіями.

лінії електропередачі

Для того, щоб зелена електроенергія швидко та безпечно надходила туди, де вона потрібна, електромережа має бути швидкою та надійною. Перш за все, електромережі важливі для забезпечення всіх регіонів Німеччини достатньою кількістю «зеленої» електроенергії. За допомогою так званих високовольтних ліній постійного струму (HVDC), наприклад, велика кількість енергії вітру може передаватися з півночі на південь.

Штучний інтелект (AI)

На малюнку зображено мозок з одного боку та мережу електронів з іншого. Він символізує штучний інтелект.

Багато частин енергетичної системи повинні бути розумно з’єднані та скоординовані одна з одною. Тому штучний інтелект (ШІ) використовується все частіше і частіше, наприклад, для управління електромережами та злиття енергетичних секторів електроенергії, опалення та транспорту. Таким чином можна ще краще гарантувати безпеку постачання. Крім того, AI також бере на себе захист від кібератак.

Розумні мережі є прикладом з енергетичної галузі. Це інтелектуальні електромережі, які поєднують генерацію, зберігання та споживання енергії. З енергетичним переходом відновлювані джерела енергії, такі як сонячна та вітрова енергія від децентралізованої генерації, будуть інтегровані в нашу енергосистему. Однак джерела зеленої енергії не завжди виробляють таку ж кількість енергії, як вугільні чи атомні електростанції – вони набагато мінливіші. ШІ здатний інтелектуально регулювати коливання енергопостачання та живлення в мережі.

Штучний інтелект (ШІ), також відомий як штучний інтелект (ШІ), є підгалуззю інформатики. ШІ в основному займається автоматизацією інтелектуальної поведінки та машинним навчанням. Замість того, щоб бути запрограмованим на будь-яку мету, ШІ може знаходити відповіді та вирішувати проблеми самостійно. Він навчається незалежно від доступних йому даних — те, що він вивчає, визначається заздалегідь людьми шляхом розробки ШІ.

Технології Power-to-X

Однак відновлювана енергія не обов’язково повинна транспортуватися у формі електрики. За допомогою так званого секторного зв’язку експерти використовують підхід до перетворення зеленої електроенергії в інші види енергії на додаток до прямого використання електроенергії в транспорті, опаленні та промисловості. Тут використовуються технології Power-to-X, які перетворюють зелену електроенергію в інші види енергії. Це означає, що зелена електроенергія за бажанням перетворюється на рідке паливо (енергія-рідина), в тепло чи холод (енергія-тепло/холод) або в газ (енергія-газ). Це також називається зворотним потоком.

Зелений водень

Багатообіцяючою технологією для використання екологічної електроенергії є так званий електроліз води. У цьому процесі вода розщеплюється на елементарні будівельні блоки, водень (H2) і кисень (O2), за допомогою електричного струму. Якщо для цього процесу розщеплення використовується зелена електрика, то говорять про зелений водень. Потім газоподібний водень збирається у великі резервуари під тиском і може зберігатися там або в підземних порожнинах (кавернах) протягом багатьох місяців.

Потреба в інноваціях у зберіганні та транспортуванні

Багато технічних можливостей для сталого виробництва та розподілу енергії є перспективними.
Проте все ще існує потреба в інноваціях у транспортуванні та зберіганні різних джерел енергії. Багато процесів зараз дуже дорогі або знаходяться на стадії розробки.

зберігання енергії

Фото: Sungrow EMEA on Unsplash

У сфері сталого управління енергією зберігання виробленої зеленої енергії має велике значення. Вони забезпечують баланс між виробництвом і споживанням енергії. Особливо це стосується вітрової та сонячної енергії, оскільки вони залежать від погодних умов. І споживачі також потребують електроенергії, коли не вітряно і не сонячно.

Дослідження та розробки зосереджуються, зокрема, на збільшенні щільності енергії та зменшенні втрат накопичення в системах накопичення електроенергії. Це стосується як побутових акумуляторів, так і величезних накопичувачів мегаватного діапазону, короткочасного та тривалого зберігання.
Поточні дослідницькі проекти стосуються, наприклад, гібридної системи зберігання, ванадієвої редокс-батареї (найбільшої батареї у світі) або економіки методів зберігання. Земля Північний Рейн-Вестфалія створила ініціативу спеціально для цієї мети Ініціатива з енергетичних досліджень. NRW.

Транспорт зеленого водню

Водень дуже реакційноздатний і легкозаймистий. Його молекули настільки малі та рухливі, що можуть дифундувати крізь пластик, скло та навіть метали. Газопроводи та транспортні контейнери можуть бути остаточно пошкоджені, якщо вони регулярно контактують з частинками водню. Тому необхідна комплексна мережа ліній, яка могла б безпечно транспортувати великі кількості водню на великі відстані.

Політичні та суспільні виклики

На додаток до технологічних викликів, різні види застосування відновлюваних джерел енергії також повинні бути переконливо повідомлені, щоб вони були прийняті суспільством. Тому що без сприйняття населенням і компаніями трансформація енергетичної системи або її підсистем може відбуватися повільно. Це можна побачити, наприклад, у виробництві енергії вітру. Огляд найважливіших перешкод:

  • У просторовому плануванні виділено та закріплено занадто мало територій.
  • Законодавчі положення щодо відстані між вітровими турбінами та житловими приміщеннями призводять до затримок або скасування проектів.
  • Відсутність стандартів у сфері охорони природи та видів призводить до правової невизначеності.
  • Процедури планування та затвердження вітряних турбін є тривалими та схильними до помилок.
  • Регіони не отримують достатньої вигоди від енергетичного переходу, що призводить до меншого сприйняття на місцевому рівні.
  • Процедури державного та федерального фінансування не є постійними.

Стале управління енергією є темою zdi на 2023 рік

Попит на кваліфікованих робітників в енергетиці

Щоб освоїти енергетичний перехід, Німеччині потрібно багато кваліфікованих працівників. Центр компетенції із забезпечення кваліфікованих працівників, скорочено KOFA, перевірив у a Дослідження (листопад 2022), які професії необхідні для розширення сонячної та вітрової енергетики та яка зараз ситуація з кваліфікованими робітниками цих професій. Наприклад, існує дефіцит близько 216.000 XNUMX кваліфікованих робітників у професіях, які мають відношення до розширення сонячної та вітрової енергетики. Особливо постраждали підгалузі будівельної електрики, сантехніки, опалення та кондиціонування повітря та ІТ.

zdi.NRW протидіє нестачі кваліфікованих працівників за допомогою загальнодержавної мережі центрів zdi та мультиплікаторів у сфері освіти, бізнесу та науки. Ось як ми вже виконуємо рекомендації дослідження KOFA: пропозиції мережевих партнерів підкреслюють привабливість і актуальність необхідних профілів посад. Покращується підбір молодих людей до тренерів у компаніях та університетах. Розвиток дівчат і жінок також є невід’ємною частиною роботи zdi.NRW.

платформа для спільноти zdi

курси та майстер-класи, у галузі Кар'єра та навчальна орієнтація і за його межами, створити видимість для компаній з відповідними професійними спеціальностями та університетів з відповідними курсами. Практичні підходи в курсах цілісно передають важливість відповідних професій у сфері охорони навколишнього середовища та клімату.

Усі курси та можливість спілкування можна знайти на платформа для спільноти zdi.

змагання роботів zdi

Також річний змагання роботів zdi підіймається до теми: «Power Up – не будь викопним!» – це девіз. Учні розробляють роботизовані рішення для всіх аспектів сталого виробництва енергії, транспортування енергії та управління енергією. Таким чином, конкурс роботів zdi пропонує посилання на всі предмети STEM і розглядає тему, з якою можуть ідентифікувати себе багато молодих людей. Крім того, надається низькопороговий доступ до ІТ, одного з секторів, який найбільше страждає від нестачі кваліфікованих працівників.

зді героїнь жовт

Малюнки дівчат, які виконують різні роботи, наприклад астронома, майстрині чи хіміка

В рамках зді героїнь Жовтня ми приділяємо особливу увагу жіночим зразкам для наслідування та тому, як молодих жінок можна надихнути на сферу STEM. Цього року у центрі уваги також жінки, які займаються сферою сталого енергоменеджменту.

На нашій тематичній сторінці ми регулярно надаємо інформацію про наші заходи, пов’язані з щорічною темою 2023.

Зибь

Ця стаття в основному базується на дослідженнях в Інтернеті. Огляд найважливіших джерел:

Дослідження KOFA: Енергія вітру та сонця. Які кваліфіковані працівники нам потрібні? (листопад 2022)
Дослідження аналізує ситуацію з кваліфікованими робітниками в двох секторах сонячної та вітрової енергії. Він містить огляд того, які кваліфіковані працівники потрібні в цих секторах для подальшого впровадження енергетичного переходу, як вони доступні на ринку праці та в яких професіях існують вузькі місця.

Інститут проблем екологічної економіки
IÖW аналізує складні взаємозв'язки економіки з іншими сферами суспільства та природним середовищем, а також їх залежність від екологічних обмежень.

Інформаційна платформа Федерального міністерства економіки та захисту клімату
Платформа, яка надає інформацію про дослідження енергетичних систем. Його створило Федеральне міністерство економіки та захисту клімату за рішенням німецького Бундестагу.

Екологічна рада – науковий радник федерального уряду
SRU надає консультації федеральному уряду з 1972 року, що робить його однією з найстаріших установ, які надають наукові консультації щодо німецької екологічної політики.

Пояснювальне відео з цифровізації енергосистем

Інформаційний портал землі Північний Рейн-Вестфалія

Енергетичний атлас NRW

Вас також можуть зацікавити ці дописи

У змаганнях роботів zdi беруть участь дві дівчини.

Allgemein, Стійке управління енергією, змагання роботів

змагання роботів zdi в категорії Open Robot

Учні Heriburg-Gymnasium з гордістю демонструють призи наукової ліги zdi та свої теплиці.

Allgemein, Стійке управління енергією, Наукова Ліга

команди наукової ліги zdi

На фото зображені адміністратор району Алі Доган, міністр Іна Брандес і президент округу Анна Катаріна Беллінг. Міністр тримає в руках посвідчення про призначення студентської лабораторії ЗДІ. Троє стоять перед світлою стіною з написом zdi - майбутнє через інновації Північний Рейн-Вестфалія.

Allgemein, Стійке управління енергією

zdi-MINTlab: відкрийте для себе стійку циркулярну економіку в новій шкільній лабораторії