باوجود اینکه کلیت انواع منابع تامین انرژی برق تا به امروز تحول عمیقی نیافته، اما برای افزایش بهره‌وری فناوری‌های فعلی نیروگاه، نوآوری‌هایی همچون خورشیدی متمرکز و توربین‌های شناور و پنل‌های پرینت شده و سوخت زیست توده رخ داده که باعث شده صرفه و جذابیت انتقال از سوخت‌های فسیلی به منابع تجدیدپذیر صدچندان شود. براساس همین نوآوری‌ها انتظار داریم که هم محیطزیست سبزتری داشته باشیم و در کنار آن مشکل تامین نیروی برق در مناطق مختلف جهان به روش‌های نوینی برطرف شود.
متمرکزسازی انرژی خورشیدی
تکنولوژی «CSP» شیوه استفاده از آینه‌ها برای متمرکز کردن اشعه خورشید به دریافت کننده انرژی را متحول کرده است. در این سیستم‌ها همچون قبل هدف افزایش دمای آب برای انتقال آن به سمت توربین‌های ژنراتور است؛ یعنی سیستمی که از دهه ۸۰ میلادی مورد استفاده بود. اما فناوری CSP باعث شده کارایی این انرژی سبز را بتوان عمیق‌تر درک کرد. در کنار CSP خرده فناوری‌های دیگری همچون نمک مذاب قرار گرفته‌اند که باعث افزایش توان ذخیره‌سازی انرژی گرمایی می‌شود. در سیستم‌های CSP یا «Concentrating Solar Power» که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند به طور کلی شامل سه نوع مختلف می‌شوند که از جمله آنها می‌توان سیستم فرورفته، سیستم برج برقی و سیستم دیش-موتوری.
با استفاده از آینه‌های فرورفته، متشکل از بازتابنده‌های U شکل که نور خورشید را روی لوله‌های پر از روغن متمرکز می‌کند. در نهایت مسیر این لوله‌ها به مرکزی می‌رسد که روغن داغ باعث افزایش دمای آب جوش برای تولید بخار و در نهایت تولید برق از طریق حرکت توربین‌ها می‌شود. در سیستم CSP برج لوله‌ها از آینه‌های مسطح بزرگی به نام هلیواستات استفاده می‌کند تا اشعه‌های خورشید را روی گیرنده‌ای که در بالای برج قرار دارد متمرکز می‌کند. در این قسمت مایعی مانند نمک مذاب وجود دارد که می‌تواند گرما را جذب کند و اقدام به بخار کردن آب برای تولید فوری برق می‌کند یا می‌توان از این انرژی برای استفاده بعدی، ذخیره‌سازی انجام شود.
سیستم‌های دیش-موتوری از ظروف آینه‌ای برای تمرکز نور خورشید روی گیرنده‌ای که در نقطه کانونی دیش شکل استفاده می‌کند. گیرنده با یک موتور احتراق خارجی ادغام شده است که با گرم کردن نور متمرکز خورشید، هیدروژن یا گاز هلیوم موجود در لوله‌های نازک آن، پیستون موتور را به حرکت در می‌آورد و الکتریسیته تولید می‌کند.
ظرفیت جهانی نیروگاه‌های CSP نصب شده در ابتدای سال 2013 برابر با 2.5 گیگاوات بود که ایالات متحده و اسپانیا بیشترین سهم را به خود اختصاص داده‌اند. پروژه انرژی خورشیدی 320 مگاواتی آیوانپا که اخیراً بر اساس سیستم‌های برجی شکل در صحرای موهاوی کالیفرنیا در ایالات متحده افتتاح شده، بزرگترین نیروگاه CSP در جهان به شمار می‌رود. همچنین پروژه خورشیدی 280 مگاواتی سولانا واقع در آریزونا ایالات متحده، در اکتبر 2013 وارد خدمت شد تا به بزرگترین نیروگاه CSP مبتنی بر سیستم فرورفتگی در جهان تبدیل شود. در کنار اینکه تأسیسات سولانا ظرفیت شش ساعتی از سوی ذخیره‌سازهای مذاب برای تولید برق در ساعات عصر ارائه می‌کند.
البته نیروگاه‌های CSP بسیار زیادی برای نقاط مختلف دنیا در دست احداث هستند. افزایش بهره‌وری در استفاده از انرژی گرمایی در محدوده فضایی استفاده شده را می‌توان بهترین دلیل برای احتمال موفقیت این فناوری در آینده دانست که باعث می‌شود تناوب در زمان تولید انرژی نیروگاه‌های خورشیدی کاهش پیدا کند.
توربین‌های شناور آبی
حقیقتی وجود دارد که باعث می‌شود استفاده از نیروی بادی توربین‌ها روی زمین چندان عملی نباشد و آن این موضوع است که عمده مکان‌هایی که بهره‌وری بالایی برای نصب توربین دارند، مناطق ارزشمندی به حساب می‌آیند که برای کاربری‌های مختلفی همچون کشاورزی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما تجاری‌سازی توربین‌های بادی شناور روی سطوح آبی می‌تواند کلید باز کردن پتانسیل نیروی بادی در دریایی، حتی آب‌های عمیق‌تر اقیانوسی باشد، جایی که بادها اغلب قوی‌تر و پایدارتر هستند. برخلاف توربین‌های بادی دریایی معمولی که نیاز به نصب پایه‌های بتنی در بستر دریا دارند، توربین‌های بادی شناور بر اساس فناوری سکوی دریایی «نفت و گاز شناور» تنها با استفاده از چند کابل در سایت‌هایی به عمق ۷۰۰ متر در بستر دریا متصل می‌شوند. آب‌های عمیق‌تر همچنین مزیت مزاحمت کمتر در محل نصب را دارند.
نمایش موفقیت آمیز چند نمونه اولیه از توربین‌های بادی شناور درسال 2009 علاقه به استقرار و استفاده تجاری از توربین های بادی شناور را ایجاد کرده است. برخی از بهترین نمونه‌ها عبارتند از: توربین آزمایشی شرکت هلندی Blue H Technologies است که توسط توسعه دهنده‌ای خصوصی در سواحل جنوب ایتالیا برقرار شد و یا توربین بادی شناور آزمایشی شرکت نفت و گاز Statoil در سواحل نروژ، حتی نمونه اولیه توربین بادی شناور فوکوشیما در سواحل ژاپن اشاره کرد. علاقه به تولید برق بادی از توربین‌های شناور به‌طور ویژه‌ای در کشورهایی مانند ژاپن که در پی‌فاجعه هسته‌ای در سال 2011 در تلاش برای پیدا کردن انرژی جایگزین هستند، ایجاد شده است، اما در این کشور آب‌های کم عمق ساحلی کافی برای پشتیبانی از مزارع بادی معمولی وجود ندارد. با این وجود ژاپن طرح پیشنهادی ارائه کرده است تا سال ۲۰۲۲ یک مزرعه بادی شناور 1 گیگاواتی در حدود 20 کیلومتری ساحل نیروگاه هسته‌ای آسیب دیده فوکوشیما در کنار شهر دایچی ساخته شود. دولت این کشور 226 میلیون دلار برای نصب اولین توربین‌ها به صورت آزمایشی و دو توربین بادی دیگر با توان 7 مگاواتی سرمایه گذاری کرده است. پس از آزمایش موفقیت‌آمیز توربین‌های اولیه، پروژه نیروگاه بادی فوکوشیما با 140 توربین اضافی توسط شرکت‌های خصوصی برتر ژاپنی شامل Marubeni، میتسوبیشی، هیتاچی و دیگران توسعه خواهد یافت. پروژه فوکوشیما از بستر توربین‌های نیمه شناور با سه مخزن شناوری استفاده می‌کند که به صورت مثلثی در اطراف توربین چیده شده‌اند و اولین پست شناور جهان حاوی تجهیزات الکتریکی مورد نیاز برای انتقال نیرو از توربین‌ها به ساحل خواهند بود. فناوری تولید نیروی بادی دریایی از طریق شناورها در بریتانیا نیز شتاب بیشتری به خود گرفته است. اولین پروژه نیروی بادی شناور این کشور تحت عنوان «بوکان دیپ» در نوامبر 2013 در شهر کراون استیت فعالیت خواهد کرد. مزرعه بادی 30 مگاواتی انگلیسی‌ها شامل شش توربین شناور توسط استات اویل در سواحل آبردین شایر اسکاتلند است که در منطقه‌ای با عمق آب 100 متری احداث خواهد شد.
سلول‌های خورشیدی پرینت شده
تولید سلول‌های نوری به شکلی پیشرفت کرده که باعث معرفی نسل جدیدی از نیروگاه‌های فوتوالکتریک با استفاده از جوهرهای نیمه رسانای چاپ شده روی پلاستیک یا فولاد نازک انعطاف‌پذیر ایجاد کند. این ساختار نه تنها هزینه تولید سلول‌های خورشیدی را کاهش می‌دهد، بلکه شرایط استفاده و نصب را نیز تسهیل می‌بخشد.
این سلول‌های خورشیدی از جنس مواد آلی با وزن بسیار سبک ساخته شده و می‌توان آنها را روی دیوارهای ساختمان یا هر سطح نامنظم دیگری که در معرض نور خورشید قرار دارد به حالت لمینتی نصب کرد یا حتی می‌توان مستقیماً در مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار داد. همچنین سلول‌های خورشیدی متشکل از پلیمرهای پلاستیکی نیز در شرایط کم نور عملکرد بهتری دارند.
گروهی از دانشمندان استرالیایی سلول‌های خورشیدی نازک کاغذی را به اندازه یک تکه کاغذ A3 با استفاده از یک دستگاه چاپ خاص که در آژانس ملی تحقیقات علمی استرالیا «CSIRO» در اوایل سال 2014 نصب شده بود، تولید کردند. این چاپگر سلول خورشیدی می تواند در هر پروژه تا 10 متر سلول در دقیقه تولید کند. انتظار می رود یک متر مربع از این پنل خورشیدی 10 تا 50 وات برق تولید کند.
نیروگاه سوخت زیست توده
تبدیل زیست توده به گاز قابل احتراق و استفاده از آن برای تولید برق به عنوان ابزاری برای تبدیل ضایعات به نیروی برق روشی در دسترس، پاک و کارآمد برای تمام نقاط دنیا شناخته شده است. نیروگاه‌های تبدیل زیست توده به گاز پیشرفته معمولاً شامل سیستم گازساز جداگانه است که زیست توده جامد را با فرآیندهای ترموشیمیایی شامل مراحل خشک کردن، تجزیه در اثر حرارت و انتقال فاز در نهایت به گاز قابل احتراق تمیز تبدیل می‌کند.
گاز تولید شده در برج‌ها در دمای 700 درجه فارنهایت از دیگ بخار عبور می‌کند تا بخار با اعمال فشار بالا روی توربین‌ها، برق تولید کند. این توربین برای تولید برق به حرکت در می‌آید. رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک برای جذب ذرات باقی‌مانده موجود در گاز دودکش آزاد شده در هوا استفاده می‌شوند تا بار دیگر زیست توده به چرخ مصرف بازگردد.
پروژه 10.3 مگاواتی برق زیستی بیرمنگام که در شهر کوچک تایزلی از بیرمنگام فعالیت خود را آغاز کرده، یکی از پروژه‌های بزرگ انرژی پاک در مقیاس تجاری است. فن‌آوری تولید برق مبتنی بر گازی‌سازی زیست‌توده دارای پتانسیل قابل‌توجهی است، به‌ویژه در کشورهای در حال توسعه که می‌توان از حجم عظیمی از زباله‌های زیست‌توده که به سمت محل دفن زباله می‌رود، برای تولید برق پاک استفاده کرد.
استفاده از انرژی جذر و مد
اثر جاذبه ماه روی زمین در مقایسه با سایر منابع انرژی پاک هنوز در مرحله نوپایی قرار دارد. اما میزان نوآوری و کارایی این فناوری به قدری هست که پتانسیل استفاده از آن به عنوان منبعی پاک در برخی از مناطق وجود داشته باشد. مجموعه‌ای از دستگاه‌ها از جمله شناورهای دریایی، شناورها یا دستگاه‌های شیب‌دار، دستگاه‌های ستون آب نوسانی (OWC) و توربین‌های زیر آبی برای تولید برق از امواج و جزر و مد اقیانوس تا به امروز ساخته شده‌اند. از میان این دستگاه‌ها نمونه تجاری‌سازی شده از محصول شرکتی سوئدی Minesto به نام Deep Green مجهز به بال هیدرودینامیکی و یک توربین بدون چرخ دنده متصل به بستر اقیانوس با یک کابل است که طی سال 2013 برای مهار جریان جزر و مد با سرعت کم برای تولید برق ساخته شد.
پیل‌های سوختی میکروبی
سلول‌های سوختی ساخته شده با تکنولوژی میکروبیولوژی «MFC» پتانسیل تولید توان از مواد بازیافتی ارگانیک از جمله پسماند آب یا خروجی سرویس‌های بهداشتی را دارد. تکنولوژی استفاده از باکتری برای تولید الکتریسیته به وسیله تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی پتانسیل الکترون‌ها انجام می‌شود. جهت تسریع این فرآیند از کاتالیست‌های میکروارگانیسم استفاده می‌شود. این فناوری به طور همزمان به ضدعفونی کردن مواد زائد مورد استفاده انسان نیز کمک می‌کند. فناوری MFC از میکروب‌های طبیعی فراوانی در محفظه آند پیل‌های خود استفاده می‌کند که به عنوان کاتالیزور زیستی عمل می‌کنند. هنگامی که زباله‌های آلی وارد سلول‌های پیل می‌شوند، میکروب‌ها با مصرف زباله به عنوان بخشی از فرآیند متابولیک طبیعی خود، الکترون تولید می‌کنند. این فرآیند در حقیقت باعث ایجاد جریان به سمت کاتد می‌شود. گروهی از دانشمندان بریتانیایی با حمایت بیل گیتس در حال توسعه پیل‌های MFC هستند که به طور ویژه برای تولید برق از خروجی سرویس‌های بهداشتی طراحی شده است.
