Hvordan digitale tvillinger vil drive fremtiden for fornybar energi

I flere århundrer har vi brukt olje- og gassressurser til å generere elektrisitet, drive kjøretøy og fly, og tjene som grunnlag for et bredt spekter av produkter, inkludert gummi, plast, gjødsel og legemidler.

Disse ikke-fornybare, naturlige ressursene er laget av karbon og hydrogen og står for opptil 84 % av verdens kraftproduksjon. Den omfattende bruken av disse begrensede, konvensjonelle ressursene har imidlertid ført til forurensning og miljøskade.

Ved å slippe ut giftige klimagasser og skadelige forurensninger, har utvinning og forbrenning av fossilt brensel bidratt til klimaendringer og global oppvarming, og påvirket menneskers helse og økosystemer.

En viktig løsning på denne betydelig negative påvirkningen av planeten forårsaket av olje- og gassressurser er å gå fra fossilt brensel til fornybare energikilder.

Fornybar energi hentes fra miljøkilder som vær og geografisk beliggenhet. Det er nullutslipps grønn energi.

Sol-, vind-, vannkraft-, geotermisk- og biomasseenergi er de mest fremtredende eksemplene på fornybare energikilder, som er bærekraftige.

I løpet av det siste tiåret har verden vendt seg mot disse fornybare energikildene som en måte å gjennomføre en grønn energiovergang på, noe som har ført til en jevn økning i bruken deres på tvers av ulike anvendelser.

Ifølge International Energy Agency (IEA) er forbruket av fornybar energi i kraft-, varme- og transportsektorene forventet å øke med omtrent 60 % mellom 2024 og 2030, noe som vil øke andelen fornybar energi i sluttenergibruk fra 13 % i 2023 til nesten 20 % innen 2030.

Selv om de er gunstige for miljøet, medfører integrering av disse naturlige ressursene i kraftproduksjon, energilagring og transport sine egne utfordringer på grunn av deres intermittente natur og sterke avhengighet av eksterne faktorer som årstid og beliggenhet. Denne avhengigheten krever et energilagringssystem.

Det er også en høy initial infrastrukturkostnad knyttet til fornybare energikilder, mens deres hastighet for kraftproduksjon er lav.

Som et resultat blir konvensjonelle kilder fortsatt brukt til mesteparten av kraftproduksjonen. Dette gjør det avgjørende å ha en ny strategi og teknologi på plass for å håndtere disse utfordringene bedre. Det betyr å forstå, studere og analysere oppførselen til hver systems parametere under design-, produksjons- og servicefasene i hver fornybare energisystems nyttige livssyklus. Dette er hvor digital tvilling (DT)-teknologi kommer inn i bildet.

Teknologien bruker adaptive modeller for å simulere sanntidsytelsen til fysiske systemer i et digitalt miljø, og hjelper dermed med å forutsi og forhindre potensielle systemfeil. 

Fra fysisk til digital: Fremveksten av virtuelle kopier

En digital tvilling er enkelt den virtuelle representasjonen eller kopien av et fysisk, virkelighetsbasert objekt, person, system eller prosess. For å speile sin fysiske motpart bruker den digitale kopien sanntidsdata samlet inn med hjelp av sensorer, simuleringer og maskinlæring. 

Dette gjør det mulig å overvåke, analysere og forutsi den fysiske eiendelens oppførsel i ulike scenarier, og dermed la oss ta bedre beslutninger.

Evnen til disse digitale tvillingene til å replikere og samhandle med komplekse systemer har gjort dem svært verdifulle på tvers av bransjer, hvor de driver forbedringer i effektivitet, kostnadsreduksjon og utvikling av innovative løsninger.

Ifølge McKinsey-estimater vil det globale markedet for digital-tvilling-teknologi nå $73,5 milliarder innen 2027, med en årlig vekst på 60 % i løpet av de neste fem årene.

Begrepet ‘digital tvilling’ ble tatt i bruk av NASA’s John Vickers i 2010, men den grunnleggende ideen kom mye tidligere. Rombyrået utviklet faktisk teknologien for bruk i romutforskningsoppdrag på 1960-tallet.

Det var imidlertid i 2002 at Dr. Michael Grieves formelt kunngjorde konseptet og anvendte det på produksjon. Konseptet ble delt inn i tre nøkkelkomponenter: det faktiske fysiske rommet, det virtuelle rommet til den fysiske delen, og koblingen som forbinder de to.

Mange år senere, i 2011, utviklet det amerikanske luftforsvaret en digital tvilling for å designe fly og forutsi slitasje og vedlikehold. Derfra spredte teknologien seg til andre felt, inkludert romfart, transport, shipping, produksjon, helsevesen og olje- og gassapplikasjoner.

Innen fornybar energi er hovedfunksjonen til en digital tvilling å samle inn data fra sensorer på stedet for å gjenskape driften av det fysiske systemet i et virtuelt miljø.

En digital tvilling kan opprettes for hver type fornybart energisystem gjennom sine livssyklusfaser for å utføre en spesifikk oppgave. Dette betyr at det kreves enorme mengder data, inkludert hver komponentens geometri, værdata, tidligere problemer, historisk prognostisering, eksperimentelle og praktiske data, samt sanntidsdata, noe som gjør anvendelsen av digitale tvillinger i sektoren kompleks og utfordrende. 

Saken er at bruken av digitale tvillinger i fornybare energisystemer ikke er utforsket så grundig.

Derfor tar den nye studien et dypdykk i konseptet i denne spesifikke sektoren. Forskere ved University of Sharjah har gjort en grundig utforskning av AI-drevne digitale tvillinger som et verktøy for å akselerere overgangen til ren energi.

I deres artikkel gjennomfører forskerne en grundig gjennomgang av arkitekturen, funksjonene, livssyklusen og anvendelsene av digital-tvilling-teknologi i fornybare energisystemer.

For dette brukte de AI, maskinlæring (ML) og naturlig språkbehandling (NLP) som gjorde dem i stand til å vurdere store mengder rådata og avdekke meningsfulle innsikter om strukturerte mønstre og fremvoksende trender.

Med denne forskningen er målet å utnytte teknologiens potensial til å forbedre effektivitet og bærekraft, samtidig som man takler utfordringene med datamangel, komplekse biologiske prosesser, nedslitt utstyrsmodellering og miljøvariabilitet.

Optimalisering av den grønne overgangen: Løftet og utfordringene med AI-drevne digitale tvillinger

Etter hvert som verden sliter med å redusere karbonutslipp og bekjempe klimaendringer, har forskere vendt seg til AI-drevne digitale tvillinger for å omforme energiens fremtid.

Disse digitale representasjonene av den fysiske verden, ifølge forskerne, kan transformere generering, styring og optimalisering av fornybare energikilder, og dermed akselerere overgangen fra fossilt brensel. Men for å oppnå dette må vi overvinne deres bemerkelsesverdige begrensninger.

Som forskerne bemerket, «digitale tvillinger er svært effektive i optimalisering av fornybare energisystemer», men hver fornybare energikilde presenterer unike utfordringer som kan «begrense ytelsen til digitale tvilling-teknologier, til tross for deres betydelige løfte om å forbedre energiproduksjon og -styring».

Så, etter å ha gjennomført en omfattende gjennomgang av eksisterende litteratur om temaet, med tanke på hvordan digitale tvillinger blir brukt i sektoren, identifiserte de forskningshull, foreslo retningslinjer, og dekket problemene som må løses for å utnytte digital-tvilling-teknologien fullt ut i fornybar energisektor.

En forskningsveikart blir også tilbudt for å hjelpe forskere med å forbedre påliteligheten og presisjonen til teknologien.

I deres studie, definerte forskerne betydelige fordeler med digitale tvillinger¹ samt deres begrensninger på tvers av ulike fornybare energisystemer. Fokus i anbefalingene fra forskerne er på å utvide beregningskapasiteten, videreutvikle modelleringsmetoder og forbedre datainnsamlingsmetoder for å sikre at digitale tvillinger kan levere presise og pålitelige innsikter for beslutningstaking og systemoptimalisering.

Vindenergi

Vindenergi utnytter vindens kraft for å generere elektrisitet. I 2024 økte dens bidrag til global kraftproduksjon til 8,1 %. Det er på vei til å bli den nest største kilden til global fornybar elektrisitetsproduksjon etter sol‑PV innen slutten av dette tiåret.

For å omdanne vindens kinetiske energi til elektrisitet, installeres vindmøller på land (onshore) så vel som til havs (offshore), enten faste eller flytende.

Hovedsakelig brukes to typer vindmøller her. Vertikal-akse vindmølle (VAWT) er en der rotasjonen av aksen er vinkelrett på vindens bevegelse. Den andre er horisontal-akse vindmøller (HAWT), som roterer parallelt med vindstrømmen.

Mens HAWT fanger den maksimale mengden vindenergi, krever den stabil luftstrøm uten betydelige svingninger. VAWT, derimot, fanger vind fra alle retninger og opererer i et turbulent vindstrømsområde med lavere kraftproduksjonsrate.

Bruken av digitale tvillinger her kan hjelpe med å forutsi ukjente parametere og korrigere unøyaktige målinger.

Imidlertid møter de utfordringer med nøyaktig modellering og overvåking av miljøfaktorer og -forhold. Upålitelige data og hull i data samlet inn fra avsidesliggende eller offshore-områder skaper også problemer for digitale tvillinger. I tillegg har de vanskeligheter med å simulere kritiske faktorer i aldrende turbiner som girkasseforringelse, bladerosjon og elektrisk systemytelse.

Klikk her for en liste over de beste vindenergierelaterte aksjene.

Solenergi

Hoveddrivkraften bak veksten i fornybar energi er solenergi, som har gjort de største bidragene til ren energiproduksjon i flere år nå. I 2024 leverte den mer enn 2 000 TWh elektrisitet, og la til 474 TWh for å nå en andel på 6,9 %, noe som gjorde den den raskest voksende kraftkilden for det 20. året på rad.

Den raskest voksende og største kilden til ny elektrisitet er solenergi. Sollyset konverteres direkte til elektrisitet ved hjelp av fotovoltaikk (PV). Et PV-panel, eller solcellepanel, inneholder PV-celler som er laget av et energigjennomførende halvledermateriale. Disse cellene absorberer sollyset og konverterer solenergi til elektrisitet.

Samtidig er konsentrert solkraft (CSP) en indirekte måte å generere elektrisitet på, ved at linser eller speil brukes til å konsentrere sollys til et fokuspunkt.

Når det gjelder solenergi, bruker digitale tvillinger sanntidsdata fra sensorer for å finne nøkkelfaktorene som påvirker effektivitet og effektutgang. Til tross for deres potensial, kan digitale tvillinger her ikke nøyaktig forutsi ytelse på grunn av variasjoner i atmosfæriske forhold. I tillegg har de problemer med å overvåke panelnedbrytning og miljøpåvirkninger over tid, noe som påvirker deres nøyaktighet og nytteverdi.

Akkurat som med vindenergi, kan datainnsamling fra avsidesliggende eller offshore-områder være sparsom eller upålitelig her.

Klikk her for en liste over de beste solenergi-aksjene.

Geotermisk energi

Denne fornybare energien hentes fra jordens indre varme og brukes til oppvarming og kjøling i tillegg til elektrisitetsproduksjon. Dens andel av fornybar energi er mindre enn 3 %.

Digitale tvillinger kan hjelpe med å simulere hele driftsprosessen for utnyttelse av geotermisk energi, spesielt boreprosessen. Ved å legge til rette for kostnadsanalyse og forutsi slitasje, kan de spare både tid og kostnader knyttet til operasjonen.

Den største utfordringen her er den begrensede tilgjengeligheten av høy kvalitet data, som hindrer teknologien i å simulere geologisk usikkerhet og forhold under jordens overflate. I tillegg er det komplekse langsiktige oppførselen til geotermiske systemer, som varmetransport og væskestrøm-dynamikk, som er vanskelig for digitale tvillinger å modellere.

Vannkraft

Vannkraft utnytter vannstrømmen til å produsere kraft. Den utnytter gravitasjonens og høydeforskjellens effekter.

I 2024 stod vannkraft for mesteparten av den globale elektrisitetsproduksjonen fra fornybar energiteknologi. Men denne enkelt største fornybare kildens andel på 14 % er forventet av IEA å se en nedgang på én prosent innen 2030 ettersom økt bruk av sol‑PV og vindenergi gjør vannkraft mindre fremtredende. Det forventes fortsatt å vokse etter hvert som nye prosjekter blir aktive.

Vannkraft er forbundet med høye byggekostnader, påvirker vannkvaliteten negativt, og har en negativ innvirkning på dyrehabitater.

Digitale tvillinger kan brukes på vannkraft for å simulere systemet for å identifisere faktorer som påvirker det. I eldre anlegg kan de bidra til å redusere virkningen av arbeidstakeres tretthet på produktiviteten. 3D-laserskanning brukes her for å oppdage kostnadseffektiv tretthetskonstruksjon.

Utfordringen er imidlertid datamangel, aldrende infrastrukturprestasjon, og nøyaktig modellering av den komplekse vannstrømsvariabiliteten, samt overvåking av miljømessige og økologiske begrensninger.

Biomasseenergi

Denne energitypen stammer fra organisk materiale, som inkluderer nedbrutte dyr og planter. Den kan utvinnes fra ulike faste, flytende og gassformige kilder som metan, landbruks-avlinger, vegetabilske oljer, dyregjødsel og kommunalt fast avfall.

De AI-drevne modellene kan bidra til å forbedre funksjonaliteten og driften av biomasseenergi ved å tilby en dypere forståelse av hele prosessen og anleggsoppsettet, som for eksempel en brenner.

Men når de brukes på dette fornybare energisystemet, sliter digitale tvillinger med å modellere biomassekonvertering og biologiske, biokjemiske og termokjemiske prosesser nøyaktig. De møter også utfordringer med å simulere den komplette forsyningskjeden i biomasseenergiproduksjonen.

Investering i digital-tvilling-teknologi

Hvis vi ser på en investeringsmulighet i dette området, PTC Inc. (PTC ) skiller seg ut med sitt kjernefokus på digitale tvillinger og sterk markedsytelse. Det globale programvareselskapet gjør det mulig for produksjons- og produktbedrifter å digitalt transformere hvordan de designer, produserer og betjener fysiske produkter.

PTC Inc. (PTC )

PTCs produktportefølje inkluderer Windchill for bedriftsprogramvare for produktlivssyklusstyring, Creo for å bygge produkter med CAD/CAM/CAE, ALM-programvaren Codebeamer for moderne utvikling, asset‑sentrisk ServiceMax for serviceadministrasjon, sky‑native PLM-plattformen Arena, sky‑native CAD-plattform Onshape, Kepware for å få tilgang til og kontrollere industrielle data, ThingWorx for å bygge og distribuere industrielle Internet of Things (IIoT)-applikasjoner, skalerbar bedrifts‑AR-plattform Vuforia, Servigistics for service‑delsadministrasjon, og Arbortext for å opprette, administrere og levere innhold effektivt.

PTCs digitale tvillinger har også blitt brukt på tvers av fornybar energisektor. 

For et par år siden inngikk det franske energiselskapet ENGIE et samarbeid med dem for å utvikle en virtuell ovn for å bistå i overgangen av industrielle eiendeler. EDF brukte derimot ThingWorx og Vuforia for å overvåke driften, forbedre arbeidstrening, og simulere kritiske vedlikeholdsoppgaver for sine kjernekraftverkssystemer. Howden anvendte teknologien for å forbedre sine kompressorer og vifter som brukes i olje‑ og gass‑ og kraftproduksjon.

Når det gjelder markedsytelsen, har PTCs aksjer nådd en rekordhøyde (ATH) over $219, med en oppgang på 16,83 % år‑til‑dato og opp 57,5 % siden april. Med dette har selskapet en EPS (TTM) på 4,24 og en P/E (TTM) på 50,64.

For det tredje regnskapskvartalet i 2025, rapporterte en vekst på 14 % i drifts- og fri kontantstrøm, som beløp seg til $850 millioner.

«Q3 var nok et solid kvartal for PTC», bemerket Neil Barua, president og administrerende direktør i PTC, da han delte fremgang i CAD, PLM, ALM, SLM og SaaS med nye produkttilbud og forbedringer.

I løpet av dette kvartalet foretok selskapet aksjetilbakekjøp for $75 millioner som en del av sin $2 milliarder autorisasjon.

Denne uken utvidet PTC sitt samarbeid med NVIDIA ved å kunngjøre integrering av NVIDIA Omniverse-teknologier i Creo og Windchill for å hjelpe selskaper med å forbedre produktkvalitet, akselerere utvikling, og samarbeide mer effektivt på komplekse produkter gjennom hele livssyklusen.

«Dagens mest avanserte produkter – fra AI‑maskinvare til industrimaskineri – er mer komplekse, integrerte og ingeniørintensive enn noen gang før», sa Barua, og bemerket at med dette samarbeidet «gir vi kundene våre muligheten til å innlemme design‑ og konfigurasjonsdata i et sanntids, immersivt simuleringsmiljø».

Tidligere i år lanserte PTC en ServiceMax AI, som vil utnytte den fullstendige dokumenterte historikken av utstyrsdata, servicehistorikk og mer for å hjelpe organisasjoner med å modernisere arbeidsflytene sine og feltservice‑teknikere få gjort mer arbeid på kortere tid.

Siste PTC Inc. (PTC) Stock News and Developments

Avsluttende tanker om digitale tvillinger og ren energi

Digital‑tvilling‑teknologi har fremstått som et effektivt verktøy for å optimalisere fornybare energisystemer. Selv om potensialet til å maksimere effektivitet, prognostisering og systemintegrasjon er udiskutabelt, lider den også av ulemper.

Det er kun ved å overvinne utfordringer med datatilgjengelighet, håndtere komplekse modelleringsmiljøer, og bygge kostnadseffektive, skalerbare løsninger at reell adopsjon kan oppnås. 

Så, etter hvert som verden gjør overgangen til fornybare energikilder for å redusere karbonutslipp og bekjempe klimaendringer, vil digitale tvillinger definere den neste æraen av grønn energi.

Referanser:

1. Semeraro, C., Aljaghoub, H., Al‑Ali, H.K.M.H., Abdelkareem, M.A., & Olabi, A.G. «Utnytte fremtiden: Utforske digitale tvilling‑applikasjoner og implikasjoner i fornybar energi.» Energy Nexus, bind 18, 1. juni 2025, s. 100415. ScienceDirect. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2025.100415