Hur Digitala Tvillingar Kommer Driva Framtiden för Förnybar Energi

I flera århundraden har vi använt olja och gas för att producera el, driva fordon och flygplan samt fungera som grund för ett brett spektrum av produkter, inklusive gummi, plast, gödningsmedel och läkemedel.

Dessa icke‑förnybara naturresurser består av kol och väte och står för upp till 84 % av världens elproduktion. Den omfattande användningen av dessa ändliga, konventionella resurser har dock lett till föroreningar och miljöskador.

Genom att släppa ut giftiga växthusgaser och skadliga föroreningar, har utvinning och förbränning av fossila bränslen bidragit till klimatförändringar och global uppvärmning samt påverkat människors hälsa och ekosystem.

En viktig lösning på den betydligt negativa påverkan på planeten som orsakas av olja‑ och gasresurser är att gå över från fossila bränslen till förnybara energikällor.

Förnybar energi utvinns från miljömässiga källor såsom väder och geografisk placering. Det är en utsläpps‑fri grön energi.

Sol‑, vind‑, vattenkraft‑, geotermisk och biomassaenergi är de mest framträdande exemplen på förnybara energikällor, som är hållbara.

Under det senaste decenniet har världen vänt sig till dessa förnybara energikällor som ett sätt att genomföra en grön energitransition, vilket har lett till en stadig ökning av deras användning inom olika tillämpningar.

Enligt International Energy Agency (IEA) förnybar energiförbrukning i el‑, värme‑ och transportsektorerna förutspådd att öka med cirka 60 % mellan 2024 och 2030, vilket kommer att öka andelen förnybar energi i den slutliga energiförbrukningen från 13 % år 2023 till nästan 20 % år 2030.

Även om de är fördelaktiga för miljön medför integrationen av dessa naturliga resurser i elproduktion, energilagring och transport egna utmaningar på grund av deras intermittenta karaktär och starka beroende av externa faktorer som årstid och plats. Detta beroende kräver ett energilagringssystem.

Det finns också en hög initial infrastrukturkostnad förknippad med förnybara energikällor, samtidigt som deras hastighet för elproduktion är långsam.

Som ett resultat används konventionella källor fortfarande för majoriteten av elproduktionen. Detta gör det avgörande att ha en ny strategi och teknik på plats för att bättre hantera dessa utmaningar. Det innebär att förstå, studera och analysera beteendet hos varje systems parametrar under design‑, produktions‑ och servicefaserna i varje förnybart energisystems användbara livscykel. Det är här digital tvilling‑teknik (DT) kommer in i bilden.

Tekniken använder adaptiva modeller för att simulera realtidsprestanda för fysiska system i en digital miljö, vilket i sin tur hjälper till att förutsäga och förhindra potentiella systemfel.

Från Fysiskt till Digitalt: Framväxten av Virtuella Kopior

En digital tvilling är helt enkelt den virtuella representationen eller kopian av ett fysiskt, verkligt objekt, person, system eller process. För att spegla sin fysiska motsvarighet använder den digitala kopian realtidsdata som samlas in med hjälp av sensorer, simuleringar och maskininlärning.

Detta möjliggör övervakning, analys och förutsägelse av den fysiska tillgångens beteende i olika scenarier, vilket gör att vi kan fatta bättre beslut.

Förmågan hos dessa digitala tvillingar att replikera och interagera med komplexa system har gjort dem mycket värdefulla inom olika branscher, där de driver förbättringar i effektivitet, kostnadsreducering och utvecklingen av innovativa lösningar.

Enligt McKinsey‑uppskattningar kommer den globala marknaden för digital‑twin‑teknik att nå $73,5 miljarder år 2027, med en årlig tillväxt på 60 % under de kommande fem åren.

Termen ‘digital twin’ antogs av NASA:s John Vickers år 2010, men den grundläggande idén fanns långt tidigare. Rymdmyndigheten utvecklade faktiskt tekniken för användning i rymdutforskningsuppdrag på 1960‑talen.

Det var dock år 2002 som Dr. Michael Grieves formellt presenterade konceptet och tillämpade det på tillverkning. Konceptet delades in i tre nyckeldelar: det faktiska fysiska rummet, det virtuella rummet för den fysiska delen och länken som förbinder de två.

Många år senare, år 2011, utvecklade USA:s flygvapen en digital tvilling för att designa flygplan och förutsäga slitage och underhåll. Därefter spreds tekniken till andra områden, inklusive rymdteknik, transport, sjöfart, tillverkning, hälso‑ och sjukvård samt olje‑ och gasapplikationer.

Inom förnybar energi är huvudfunktionen för en digital tvilling att samla in data från sensorer på plats för att återge den fysiska systemets drift i en virtuell miljö.

En digital tvilling kan skapas för varje typ av förnybart energisystem under dess livscykelfaser för att utföra en specifik uppgift. Detta innebär ett behov av enorma mängder data, inklusive varje komponents geometri, väderdata, tidigare problem, historisk prognostisering, experimentella och praktiska data samt realtidsdata, vilket gör tillämpningen av digitala tvillingar i sektorn komplex och utmanande.

Saken är att tillämpningen av digitala tvillingar i förnybara energisystem inte har utforskats särskilt omfattande.

Så tar den nya studien ett djupt dyk in i konceptet i just denna sektor. Forskare vid University of Sharjah har gjort en djupgående utforskning av AI‑drivna digitala tvillingar som ett verktyg för att påskynda övergången till ren energi.

I deras artikel genomför forskarna en grundlig granskning av arkitekturen, funktionerna, livscykeln och tillämpningarna av digital tvilling‑teknik i förnybara energisystem.

För detta använde de AI, maskininlärning (ML) och naturlig språkbehandling (NLP) som gjorde det möjligt att analysera stora mängder rådata och avslöja meningsfulla insikter om strukturerade mönster och framväxande trender.

Med denna forskning är tanken att utnyttja teknikens potential för att förbättra effektivitet och hållbarhet samtidigt som man hanterar utmaningarna med dataskörhet, komplexa biologiska processer, föråldrad utrustningsmodellering och miljövariabilitet.

Optimera den Gröna Skiftet: Löftet & Utmaningarna med AI‑drivna Digitala Tvillingar

När världen kämpar för att minska koldioxidutsläpp och bekämpa klimatförändringarna har forskare vänt sig till AI‑drivna digitala tvillingar för att omforma energins framtid.

Dessa digitala representationer av den fysiska världen kan, enligt forskarna, omvandla generering, hantering och optimering av förnybara energikällor, vilket i sin tur påskyndar övergången från fossila bränslen. Men för att göra det måste vi övervinna deras betydande begränsningar.

Som forskarna påpekade, ”digitala tvillingar är mycket effektiva för att optimera förnybara energisystem”, men varje förnybar energikälla presenterar unika utmaningar som kan ”begränsa prestandan hos digitala tvillingteknologier, trots deras betydande löfte att förbättra energiproduktion och -hantering.”

Så, efter att ha genomfört en omfattande granskning av befintlig litteratur om ämnet, om hur digitala tvillingar används i sektorn, identifierade de forskningsluckor, föreslog riktlinjer och behandlade de frågor som måste åtgärdas för att fullt utnyttja digital tvilling‑teknik i den förnybara energisektorn.

En forskningsfärdplan erbjuds också för att hjälpa forskare att förbättra teknikens tillförlitlighet och precision.

I sin studie definierade forskarna betydande fördelar med digitala tvillingar¹ samt deras begränsningar över olika förnybara energisystem. Fokus för forskarnas rekommendationer ligger på att utöka beräkningskapaciteten, förbättra modelleringsmetoder och förbättra datainsamlingsmetoder för att säkerställa att digitala tvillingar kan leverera precisa och pålitliga insikter för beslutsfattande och systemoptimering.

Vindenergi

Vindenergi utnyttjar vindens kraft för att generera el. År 2024 ökade till 8,1 %. Den är på väg att bli den näst största källan till global förnybar elproduktion bakom sol‑PV i slutet av detta decennium.

För att omvandla vindens kinetiska energi till el installeras vindkraftverk på land samt offshore till havs, antingen fasta eller flytande.

I huvudsak används två typer av vindkraftverk här. Vertikalaxlade vindkraftverk (VAWT) har en rotationsaxel som är vinkelrät mot vindrörelsen. Den andra är horisontellaxlade vindkraftverk (HAWT), som roterar parallellt med vindströmmen.

Medan HAWT fångar den maximala mängden vindenergi kräver den stabilt luftflöde utan betydande fluktuationer. VAWT, däremot, fångar vind från alla riktningar och fungerar i en turbulent vindström med en lägre elproduktionshastighet.

Användningen av digitala tvillingar här kan hjälpa till att förutsäga okända parametrar och korrigera eventuella felaktiga mätningar.

De möter dock utmaningar att exakt modellera och övervaka miljöfaktorer och förhållanden. Opålitliga data och luckor i data som samlas in från avlägsna eller offshore‑områden skapar också problem för digitala tvillingar. Dessutom har de svårt att simulera kritiska faktorer i åldrande turbiner såsom växellådsnedbrytning, bladerosion och elektriska systemets prestanda.

Klicka här för en lista över de bästa vindenergiaktierna.

Solenergi

Den främsta drivkraften för förnybar tillväxt är solenergi, som under flera år har gjort de största bidragen till ren energiproduktion. År 2024 levererade den mer än 2 000 TWh el, med ett tillägg på 474 TWh för att nå en andel på 6,9 %, vilket gjorde den till den snabbast växande energikällan för tjugonde året i rad.

Den snabbast växande och största källan till ny el är solenergi. Solljuset omvandlas direkt till el med hjälp av fotovoltaik (PV). En PV‑panel, eller solpanel, innehåller PV‑celler som är gjorda av ett energitransmittande halvledarmaterial. Dessa celler absorberar solljuset och omvandlar solenergi till el.

Samtidigt är koncentrerad solenergi (CSP) ett indirekt sätt att generera el, där linser eller speglar används för att koncentrera solljus till en fokalpunkt.

När det gäller solenergi använder digitala tvillingar realtidsdata från sensorer för att identifiera nyckelfaktorer som påverkar effektivitet och uteffekt. Trots deras potential kan digitala tvillingar här inte exakt förutsäga prestanda på grund av variationer i atmosfäriska förhållanden. Dessutom har de problem med att övervaka panelnedbrytning och miljöpåverkan över tid, vilket påverkar deras noggrannhet och nytta.

Precis som med vindenergi kan datainsamling från avlägsna eller offshore‑områden vara gles eller opålitlig här.

Klicka här för en lista över de bästa solenergiaktierna.

Geotermisk energi

Denna förnybara energi utvinns från jordens inre värme och används för uppvärmning och kylning samt elproduktion. Dess andel av förnybar energi är mindre än 3 %.

Digitala tvillingar kan hjälpa till att simulera hela driftsprocessen för utnyttjande av geotermisk energi, särskilt borrningsprocessen. Genom att underlätta kostnadsanalys och förutsäga slitage kan de spara både tid och kostnad som är förknippade med verksamheten.

Den största utmaningen här är den begränsade tillgången på högkvalitativ data, vilket hindrar teknikens förmåga att simulera geologiska osäkerheter och förhållanden under jordens yta. Dessutom finns komplexa långsiktiga beteenden hos geotermiska system, såsom värmeöverföring och vätskeflödesdynamik, som är svåra för digitala tvillingar att modellera.

Vattenkraft

Vattenkraft utnyttjar vattnets flöde för att producera el. Den utnyttjar gravitationens och höjdens effekter.

År 2024 stod vattenkraft för största delen av den globala elproduktionen genom förnybar energiteknik. Men förväntas av IEA att denna största förnybara källa, med en andel på 14 %, kommer att minska med en procentenhet år 2030 i takt med att sol‑PV och vindenergi ökar och gör vattenkraft mindre framträdande. Den förväntas fortfarande växa när nya projekt blir aktiva.

Vattenkraft är förknippad med höga byggkostnader, påverkar vattenkvaliteten negativt och har en ogynnsam inverkan på djurhabitat.

Digitala tvillingar kan tillämpas på vattenkraft för att simulera systemet och identifiera faktorer som påverkar det. I äldre anläggningar kan de hjälpa till att lindra effekterna av arbetarfatigue på produktiviteten. 3D‑laserskanning används här för att upptäcka kostnadseffektiv fatigue‑konstruktion.

Utmaningen är dock dataskörhet, prestanda hos åldrande infrastruktur och att exakt modellera den komplexa variabiliteten i vattenflödet, samt att övervaka miljömässiga och ekologiska begränsningar.

Biomassaenergi

Denna energityp härrör från organiskt material, vilket innefattar nedbrutna djur och växter. Den kan utvinnas från olika fasta, flytande och gasformiga källor såsom metan, jordbruksgrödor, vegetabiliska oljor, djuravföring och kommunalt fast avfall.

AI‑drivna modeller kan hjälpa till att förbättra funktionaliteten och driften av biomassaenergi genom att erbjuda en djupare förståelse av hela processen och anläggningsuppsättningen, såsom en förbrännare.

Men när de tillämpas på detta förnybara energisystem har digitala tvillingar svårt att exakt modellera biomassaomvandling samt biologiska, biokemiska och termokemiska processer. De möter också utmaningar i att simulera hela leveranskedjan för biomassaenergiproduktion.

Investera i Digital Twin‑teknik

Om vi nu tittar på en investeringsmöjlighet inom detta område, framträder PTC Inc. (PTC ) tydligt med sitt fokus på digitala tvillingar och starka marknadsresultat. Det globala mjukvaruföretaget möjliggör för tillverknings- och produktföretag att digitalt transformera hur de designar, tillverkar och servar fysiska produkter.

PTC Inc. (PTC )

PTC:s produktportfölj inkluderar Windchill för företagsprogramvara för produktlivscykelhantering, Creo för att bygga produkter med CAD/CAM/CAE, ALM‑programvaran Codebeamer för modern utveckling, den tillgångs‑centrerade ServiceMax för servicehantering, molnbaserade PLM‑plattformen Arena, molnbaserade CAD‑plattformen Onshape, Kepware för att komma åt och kontrollera industriell data, ThingWorx för att bygga och distribuera industriella Internet of Things‑applikationer (IIoT), skalbara företags‑AR‑plattformen Vuforia, Servigistics för hantering av reservdelar och Arbortext för att skapa, hantera och leverera innehåll effektivt.

PTC:s digitala tvillingar har också använts inom den förnybara energisektorn.

För ett par år sedan samarbetade det fransbaserade energiföretaget ENGIE med dem för att utveckla en virtuell ugn för att stödja övergången av industriella tillgångar. EDF använde under tiden ThingWorx och Vuforia för att övervaka verksamheten, förbättra personalutbildning och simulera kritiska underhållsuppgifter för sina kärnkraftverkssystem. Howden tillämpade tekniken för att förbättra sina kompressorer och fläktar som används i olje‑ och gas‑ samt kraftgenerering.

När det gäller dess marknadsresultat har PTC:s aktier nått ett rekordhögt (ATH) över 219 $, med en uppgång på 16,83 % år‑till‑datum och en ökning på 57,5 % sedan april. Med detta har den ett EPS (TTM) på 4,24 och ett P/E‑tal (TTM) på 50,64.

För det tredje räkenskapskvartalet 2025 rapporterade en tillväxt på 14 % i rörelse‑ och fritt kassaflöde, vilket uppgick till 850 miljoner $.

”Q3 var ännu ett starkt kvartal för PTC,” noterade Neil Barua, president och VD för PTC, när han delade att framsteg gjorts inom CAD, PLM, ALM, SLM och SaaS med nya produktutbud och förbättringar.

Under detta kvartal genomförde företaget aktieåterköp till ett värde av 75 miljoner $ som en del av sin auktorisation på 2 miljarder $.

Denna vecka utökade PTC sitt samarbete med NVIDIA (NVDA ) genom att tillkännage integrationen av NVIDIA Omniverse‑teknologier i Creo och Windchill för att hjälpa företag att förbättra produktkvalitet, påskynda utveckling och samarbeta mer effektivt kring komplexa produkter genom hela deras livscykel.

”Dagens mest avancerade produkter—från AI‑hårdvara till industriell maskinutrustning—är mer komplexa, integrerade och ingenjörsintensiva än någons tidigare,” sade Barua och påpekade att med detta samarbete, ”ger vi våra kunder möjlighet att integrera design‑ och konfigurationsdata i en realtids‑, immersiv simuleringsmiljö.”

Tidigare i år lanserade PTC en ServiceMax AI, som kommer att utnyttja den fullständiga dokumenterade historiken av utrustningsdata, servicehistorik och mer för att hjälpa organisationer att modernisera sina arbetsflöden och fältservicetekniker att utföra mer arbete på kortare tid.

Senaste PTC Inc. (PTC) Aktier Nyheter och Utveckling

Slutgiltiga Reflektioner kring Digitala Tvillingar & Ren Energi

Digital tvilling‑teknik har framträtt som ett effektivt verktyg för att optimera förnybara energisystem. Även om dess potential att maximera effektivitet, prognostisering och systemintegration är obestridlig, lider den också av nackdelar.

Det är endast genom att övervinna utmaningar med datatillgänglighet, hantera komplexa modelleringsmiljöer och bygga kostnadseffektiva, skalbara lösningar som en verklig adoption kan uppnås.

Så, när världen gör ett skifte till förnybara energikällor för att minska koldioxidutsläpp och bekämpa klimatförändringarna, står digitala tvillingar för att definiera nästa era av grön energi.

Referenser:

1. Semeraro, C., Aljaghoub, H., Al‑Ali, H.K.M.H., Abdelkareem, M.A., & Olabi, A.G. “Utnyttja framtiden: Utforska digitala tvillingars tillämpningar och implikationer inom förnybar energi.” Energy Nexus, vol. 18, 1 juni 2025, s. 100415. ScienceDirect. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2025.100415