再生可能エネルギー源とテクノロジ

地球温暖化が人類の存続にとって最大の脅威の 1 つであることを政府、企業、個人が認識するにつれ、再生可能なエネルギー源の需要と導入は飛躍的に伸びています。

再生可能エネルギーとは

地球温暖化や気候変動と同列に "再生可能エネルギー" という言葉を聞いたことがあるでしょう。しかし、再生可能エネルギーとは一体何なのでしょうか。なぜそれがそれほど重要なのでしょうか。

再生可能エネルギーとは、継続的に補充または複製できる自然エネルギー源または生産プロセスを指します。たとえば、風や太陽の光が枯渇することはありません。実際、風力タービンとソーラーパネルは、主要な再生可能エネルギー源の 1 つです。

再生可能資源 ("再生可能エネルギー") は、無限に利用できることに加えて、ほとんどの場合、再生不可能なエネルギー源よりも環境汚染が少ないため、人や動物、地球にとってより健全な選択肢となります。そのため、世界のリーダーや環境擁護者が、環境的により持続可能な未来を構築するための鍵として、再生可能エネルギーを擁護しているのは当然のことです。

逆に、石油、ガス、石炭などの再生不可能なエネルギー源は量が限られており、すぐに補充できず、世界のどの地域でも利用できるわけではありません。原油を考えてみましょう。多くの国で生産されていますが、米国エネルギー情報局によると、世界の原油供給の半分以上がわずか 5 か国で産出されています。しかし、最も重要なことは、これらの炭素系化石燃料のような再生不可能なエネルギー源が、気候変動の最大の原因の 1 つと考えられていることです。

ネットゼロへの挑戦

政府、企業、消費者が現在、地球温暖化と気候変動が人類の存続にとって最大の脅威の 1 つであるという事実に直面していることで、再生可能エネルギーの普及と導入は飛躍的に伸びています。今日の代替可能なエネルギー源は、最新技術の助けを借りて、信頼性が向上しただけでなく、さらに費用対効果が高くなっており、化石燃料よりさえも費用対効果が高くなっています。

地球温暖化や不可逆的な気候変動を抑えるためには、個々の努力だけでは不十分であることを認識し、2016 年に世界各国がパリ協定に署名しました。この国際協定は、2050 年までに世界各国の政府が、"ネットゼロエミッション" (大気中に放出したのと同量の二酸化炭素を大気中から除去すること) の達成に向けて努力することを規定しています。

世界が大気中に放出される温室効果ガスの量を最小限に抑えるエネルギー源への転換を継続的に行うことで、すでに起こっている壊滅的な環境変化に歯止めをかけることができるのです。そして、再生不可能なエネルギーよりも "クリーンで環境に優しい" ことが多い再生可能エネルギーは、この取り組みの最先端にいます。

共通の再生可能なエネルギー源

地球にこれ以上ダメージを与えることなく、再生可能なエネルギー源を開発および導入するための新しい取り組みが日々行われています。最も普及している代替エネルギー源をいくつか見てみましょう。

太陽エネルギー

太陽光を電気に変換する、シリコンやその他の材料で作られた太陽電池 (太陽光発電 (PV))。太陽エネルギーをどれだけ蓄えて使用できるかは、時間帯、季節、太陽電池の設置場所によって異なります。とはいえ、米国エネルギー省によれば、地表で太陽光をわずか 90 分間取り込むだけで、地球上のすべてのエネルギー使用量を 1 年分まかなうことができるそうです。

太陽光発電所は陸地に限定されません。貯水池や湖などの水域に設置することもできます。(このようなソーラーパネルは、浮体式またはフロート式太陽光発電と呼ばれます)。責任を持って設置および製造された太陽エネルギーシステムは、大気汚染物質や温室効果ガスを発生させないため、環境に悪影響を与えることはありません。

風力エネルギー

風によってタービンのブレードを回転させ、それを使用して発電機が電気を作り出します。風力エネルギーに関する最大の不満の 1 つは、風力エネルギーを生成するために使用される巨大な (不快とみなされることもよくある) 風車が膨大な土地を占有することです。

洋上風力発電所は、陸上の風力発電所に代わるものとして注目されています。洋上風力発電所には、潜在的に不安定な天候や荒れた海域でもタービンが機能しなければならないことや、海底下に電力ケーブルを敷設するための法外なコストなどの欠点がありますが、無限に供給される風は魅力的な資源です。

地熱エネルギー

地核からマグマ (鉱物とガスの溶融混合物) によって温められた水を抽出する人工の井戸で作り出されます。水は地表まで上昇すると蒸気に変わり、これによりタービンを動かして発電機に電力を供給し、電気を作り出します。蒸気と熱水を地中に戻すことで、地熱エネルギーによる排出量が減少し、この熱水資源は環境に優しいものになります。

アイスランドなどの世界の特定の地域では、簡単に取得して利用できる豊富な地熱資源がありますが、他の地域には、この天然資源がありません。もう 1 つの欠点は、井戸を作るために地質学的なホットスポットを掘ると、環境に大きなダメージを与え、地震のリスクが高まる可能性があることです。

水力発電

水の流れを制御するために建設されたダムまたは障壁を指します。誘導された水によって発電機のタービンブレードを回転させることで、電気を作り出します。水力発電は、その供給源の信頼性のために、多くの場合、太陽光発電や風力発電よりも信頼性が高くなります。この信頼性により、水力発電は、米国で最大の再生可能エネルギー源として位置づけられています。

メガダムとも呼ばれる大規模な水力発電所は、自然の水の流れを変えたり減少させるため、再生不可能なエネルギーとは見なされません。近隣の動物や人間は、依存している水の一部またはすべてを利用できなくなることで、被害を受ける可能性があります。逆に、設置容量が約 40 メガワット未満の小規模な水力発電所は、大規模な水力発電所と比較して水流のほんの一部だけを変えるため、慎重に管理された水力発電所はそれほど多くの環境破壊を引き起こしません。

潮力発電

水力エネルギーのもう 1 つの例ですが、この資源は 1 日 2 回の海の潮流に依存してタービン発電機に電力を供給しています。潮力発電はまだ新しい資源ですが、予測可能性が高い性質を持っているため、魅力的で持続可能なエネルギー源となっています。ダムと同様に、潮力発電の方法によっては、野生生物や周辺環境に害を及ぼす可能性があります。たとえば潮汐弾幕は、ダムと同様に機能しますが、海洋湾またはラグーンに設置されます。

バイオマスエネルギー

植物由来の原料を燃焼させて発生する熱で、蒸気タービンを動かして電気を発生させることを指します。バイオマスエネルギーは、廃棄物を燃料に変換することによって生成されます。このように廃棄物をエネルギーに変換することで、経済的および環境的コストを抑えて電力を供給することができます。

たとえば、製材所から出る切れ端などの廃材は、埋立地で分解させて炭素レベルを上げる代わりに、バイオマスエネルギーとして利用できます。しかし、バイオマスの多くは、化石燃料よりも炭素排出量が多いことが分かっており、クリーンなエネルギー源とはみなされていません。

再生可能エネルギーテクノロジとクラウドコンピューティング

太陽光や地熱を利用した住宅など、個人レベルでの再生可能エネルギー源を導入するための行動喚起は当然ながら行われていますが、産業界や企業レベルで気候変動問題に取り組むことが重要であることに変わりはありません。個人消費者の間では、電気自動車に電力を供給するために屋根にソーラーパネルを設置する動きが広がっていますが、よりクリーンなエネルギーソリューションをサポートおよび強化するための産業レベルでの進歩には、必ずクラウドコンピューティングの環境面での利点が含まれます。

デジタル技術は必要なエネルギーを減らすことで環境への有害な影響を低減しますが、クラウドコンピューティングは依然としてデータセンターを介して地球に "接地" されたままです。クラウドコンピューティングテクノロジの中には、暗号資産マイニングのように、膨大な量の再生不可能なエネルギーを消費するものもあります。ケンブリッジ大学の分析によると、Bitcoin ビットコインというたった 1 つの企業の暗号資産マイニングが、年間でノルウェーやアルゼンチン規模の国全体よりも多くの石炭発電電力を使用していると推定されています。

Microsoft などの一部のクラウドサービス企業は、物理データセンターの環境への影響を最小限に抑えるために、パフォーマンスと効率を改善し、消費電力を削減することで、再生可能エネルギーテクノロジのサポートに注力しています。

クラウドコンピューティングのイノベーション

クラウドコンピューティングの環境上の利点の例には、次のようなイノベーションが含まれます。

液浸冷却:このサーバー冷却方法は、より高い処理能力を提供しながら、エネルギーと水の消費量を削減するのに役立ちます。
グリッドインタラクティブ UPS バッテリー:グリッドインタラクティブ UPS バッテリーを実装するなどの小さなステップが、グリッドの需要を減らすのに役立ちます。
電力バックアップ向けのよりクリーンな燃料:従来のディーゼル燃料の代わりに、炭素排出量の少ない燃料を使用してデータセンターのバックアップ発電機に燃料を供給すると、炭素排出量の削減に役立ちます。

クラウドコンピューティングは、気候変動に対する万能薬や単一の解決策になることはありませんが、再生可能エネルギーをサポートする魅力的なデジタルテクノロジは数多くあります。これらのテクノロジは、エネルギー使用量を削減し、よりカーボンニュートラルなグリッドへの移行を支援します。

マイクロソフトの持続可能性への取り組みをご覧ください

電力およびユーティリティクラウドのイノベーション

電力およびユーティリティ業界における革新的なクラウドソリューションの例を次に示します。

インテリジェントまたは “スマート” グリッド

これらのクラウドテクノロジでは、会社のエネルギー管理が最適化されます。屋根の上に設置したソーラーパネルや電気自動車などの代替エネルギーに依存して電力網をより効率的に運用することで、個々の顧客が使用する何百万ものセンサーからの対話型データを採用しています。

AI とその機械学習

エネルギー会社は、再生可能エネルギー源の需要と供給をインテリジェントに一致させるためにデータと AI を活用しています。デジタルツインなどのテクノロジにより、企業は負荷分散を改善し、分散型エネルギー資源を統合し、デバイスを制御し、エネルギー使用を最適化するためにオペレーションを自動化できます。

IoT (モノのインターネット)

デバイスセンサーと予兆保守を利用して、会社では機械やその他の資産のライフサイクルを管理および拡張します。これにより、新しい製造に関わる再生不可能なエネルギー源や資材の使用を削減できます。

エネルギー向けの IoT を探索する

二酸化炭素回収技術

再生可能エネルギー源そのものではありませんが、二酸化炭素の回収により、煙突から排出される二酸化炭素を回収して貯蔵することで、環境への影響を軽減します。また、大気中の二酸化炭素を抽出し、地下に貯蔵したり、燃料や建材などの新しい製品を作るためにリサイクルすることもできます。これらのテクノロジは、高度な排出量ダッシュボード、AI、IoT デジタルツインテクノロジを使用して、二酸化炭素の回収と貯留を改善します。

クラウドコンピューティングのカーボンベネフィットに関する調査を見る

再生可能エネルギー業界の動向

再生可能エネルギー源の導入は記録的な高さに達しています。健全なエネルギー政策を推進する 29 か国で構成されるエネルギーフォーラムである国際エネルギー機関 (IEA) によると、再生可能エネルギー容量は 2024 年までに世界で 50% 拡大するとされています。成長に関しては、太陽エネルギーがリードしていますが、風力、地熱、水力発電もそれほど後れを取っていません。

太陽エネルギーへの傾倒

また、IEA は、太陽エネルギーが 2025 年までの世界の再生可能エネルギー産業の成長の 60% を占めると予測しています。中国、ベルギー、オランダ、オーストリア、オーストラリア、米国が先導すると予想されており、それぞれが数百万の太陽光発電設備を追加すると予測されています。

太陽エネルギーの導入が急成長しているのはなぜでしょうか。1 つには、ソーラーパネルの設置コストがここ数年低下しており、今後も下がり続けることが予想されるからです。もう 1 つは、太陽光発電は、風力発電や水力発電などの特定の場所を必要とするエネルギー源よりも利用しやすく、自由度が高いためです。太陽光は、気候に関係なく、地球上のすべての場所に降り注ぎます。

普及に伴い、太陽光発電業界は、天候に関係なく家庭や企業が稼働し続けることができるように、蓄電能力の拡大と配電の改善に注力しています。この一貫性を向上させることで、より多くの企業、政府、住民が太陽光発電を導入するようになるでしょう。

風力エネルギー: 陸上と洋上

風力エネルギー容量が世界的に増加するにつれて、その導入も進んでいます。現在、中国がリードしていますが、米国と日本も有望な法案によって追い上げてきています。

米国では、バイデン・ハリス政権が 2030 年までに 30 ギガワットの洋上風力エネルギーを導入することを約束しています。日本の議会は、港湾でのタービン建設を促進し、開発業者に洋上発電所の建設を奨励する法令を作成しました。日本は、原子炉を洋上タービンに置き換えることもあるかもしれません。

水力発電の支配と地熱の台頭

IEA によると、水力発電は当面、世界の主要な再生可能エネルギー源であり続けるものの、太陽光発電や風力発電ほどの成長は見込めないとのことです。費用対効果の高い適切な場所はすでに不足しているため、コストが上昇しています。

地熱エネルギーは、アイスランドや環太平洋諸国では既に普及しており、2024 年までに 28% 成長すると予想されています。アジア諸国、特にインドネシアとフィリピンは、既に生産能力を増強しており、その勢いは衰える気配がありません。

"ダーティ" なエネルギーからの脱却

再生可能エネルギーの未来は、従来のエネルギー源にとって何を意味するのでしょうか。クリーンエネルギー部門でのコストの低下と需要の増加を見て、主要な石油およびガス会社は再生可能エネルギーへの投資を拡大するでしょう。実際、IEA は、"2025 年には、再生可能エネルギーが石炭を抜いて世界最大の発電源になる" と予測しています。

一方、サウジアラビアなどの中東諸国は、はるかに再生可能なエネルギー源である太陽光が豊富にあるため、石油から完全に脱却する可能性があります。専門家は、蓄電技術が進歩し続け、規制機関が適切な法案を可決すれば、サウジアラビアは 2040 年までに 100% 再生可能エネルギーのシステムに移行できるだろうと述べています。

北米のスーパーグリッド

世界は再生可能エネルギーを完全に受け入れる準備ができているように見えますが、現在の電力インフラはこの変化を効果的にサポートするようには構築されていません。たとえば、米国では現在、国全体にエネルギーをいかに効率的に伝達するかが最大の課題の 1 つになっています。

North American Supergrid に入ってみましょう。ワシントン D.C. に本拠を置く非営利団体である Climate Institute が提案するこの新しい送電網は、再生可能エネルギーをはるかに利用しやすくするものです。これが実現すれば、米国は太陽光エネルギーを南西部の農場から北東部の主要都市に移動させることができます。

理論的には、節点高圧直流送電 (HVDC) ネットワークが既存の地域配電システムの上に設置され、家庭や企業での現在の電気の使用方法を変えることなく、誰もが再生可能エネルギーにアクセスできるようになります。このスーパーグリッドが実現すれば、化石燃料が支配的な市場でクリーンエネルギーの競争力を高められる可能性があります。

実際の再生可能エネルギーのイノベーションと例

多くの企業、業界、政府は、インテリジェントで革新的なクラウドテクノロジを自身の再生可能エネルギーの取り組みに取り入れるために称賛に値する措置を講じています。中には、近い将来、主にまたは完全に再生可能エネルギーで運用することを約束しているところもあります。

Axpo

スイス最大の再生可能エネルギー生産者である Axpo は、Azure Cognitive Search、Azure Maps、Power BI を使用して、グリッドエンジニアとメンテナンスチームが、各グリッド資産の状態に関する包括的な最新データを簡単に検索できるようにします。これにより、検索時間が最大 99% 短縮され、ほぼリアルタイムで問題領域を特定しやすくなり、複数のグリッド資産管理タスクの自動化への道が開かれます。このような機能により、多くの業務活動に必要な時間が大幅に短縮されます。

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SSE Renewables

再生可能エネルギーのもう 1 つの欧州リーダーである SSE Renewables は、世界中のどの企業よりも多くの洋上風力発電所を建設しています。同社は、AI、IoT、クラウドテクノロジを使用して、その取り組みが周囲の野生生物や生態系にダメージを与えないようにしています。たとえば、リモートのデジタルビデオカメラを使用して近隣の野鳥の健康状態を監視しています。このデータは AI 対応のクラウドシステムにアップロードされ、野生生物それぞれの活動と活力を追跡しています。

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Vattenfall

スウェーデン政府が所有する多国籍エネルギー企業である Vattenfall は、再生可能エネルギーのもう 1 つのパイオニアです。同社は Microsoft と協力して、再生可能エネルギーの即時需要をすぐに利用できる供給とマッチングするサービスを構築しています。一部の再生可能エネルギーは、ビジネスで必要なときにいつでも利用できるとは限りません。(結局のところ、太陽はいつも照っているわけではなく、風は常に吹いているわけではありません)。しかし、Vattenfall の 24 時間年中無休のマッチングサービスを利用すれば、100% 化石燃料を使用しない電力に移行したい企業はそれを実現できます。このサービスは、たとえば、特定の時間に太陽光発電が利用できない場合に、利用可能な再生可能エネルギー源と企業をマッチングさせます。

詳細情報

National Fund for Environmental Protection and Water Management

政府部門では、ポーランドの National Fund for Environmental Protection and Water Management が、クラウドコンピューティングを使用して、ポーランド国民が自宅のエネルギー効率を高め、大気汚染を軽減するための助成金を簡単に申請して受け取ることができるようにしています。同組織は、助成金申請プロセスを完全にデジタル化することでインセンティブプログラムの管理を合理化し、国民がエネルギー効率助成金を申請しやすくし、組織が助成金を与えやすくしました。同組織がインセンティブプログラムを最新化して以来、ポーランドの 215,000 世帯以上がこれらのエネルギー補助金を受け取っています。

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英国気象庁

最後に、ネットゼロへの挑戦における世界的リーダーである英国では、英国の気象予報機関である英国気象庁が、クラウドコンピューティングを利用して、100% の再生可能エネルギーを目指しています。気象パターンの追跡と予測は、非常にデータ集約的であり、複雑なシミュレーション、ビッグデータ、AI、強力な分析を利用します。英国気象庁は、これらのワークロードを満たすために物理的なスーパーコンピューターに依存するのではなく、インテリジェントなクラウドベースのスーパーコンピューティングサービスを使用しています。同庁はこのクラウドサービスを使用することで、7,415 トンの炭素を削減できると予測しています。

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持続可能性への行程を加速

ネットゼロへの道のりをどこまで進んでいるかにかかわらず、Microsoft Cloud for Sustainability の環境・社会・ガバナンス (ESG) の機能で進歩を拡大し、ビジネスを変革することができます。