Smart Grid: Kunsmatige intelligensie op die gebied van hernubare energie

Gepubliseer op: 10 September 2020 / Opdatering vanaf: 21 Junie 2023 - Skrywer: Konrad Wolfenstein

Kunsmatige intelligensie op die gebied van hernubare energie – @shutterstock | monicaodo

Dit was 33 jaar gelede toe ek met die nog jong dissipline van “kunsmatige intelligensie” (KI) in aanraking gekom het. Ek het aan die AI-programmeertale LISP en Prolog gewerk. Ek het ook deur die universiteitsnetwerk met die internet in aanraking gekom. Terselfdertyd het die mark vir satelliettelevisie gefloreer. Van hier af het ek voortgegaan om te ontwikkel op die gebied van intralogistiek totdat ek vandag in fotovoltaïese beland het.

Die FAW Ulm (Research Institute for Application-Oriented Knowledge Processing), die eerste onafhanklike instituut vir kunsmatige intelligensie, is in 1987 gestig. Maatskappye soos DaimlerChrysler AG, Jenoptik AG, Hewlett-Packard GmbH, Robert Bosch GmbH en verskeie ander was betrokke. Ek was van 1988 tot 1990 daar as navorsingsassistent.

Intussen het KI sy weg gevind in baie gebiede, of dit nou medisyne, regte, bemarking of rekenaarspeletjies is. Die bekendste is masjienvertalings, byvoorbeeld met Google Translate of Deepl. Wanneer aandeelprysontwikkelinge ontleed en voorspel word of die vloed van inligting in soekenjins hanteer word.

Kunsmatige intelligensie is 'n tak van rekenaarwetenskap wat handel oor die outomatisering van gedragspatrone, waaruit besluitnemingshulpmiddels afgelei kan word en, in die beste geval, onafhanklike, outonome prosesse kan voortgaan. Dit word meestal gebruik wanneer 'n oorgroot of wanordelike maar onhanteerbare hoeveelheid data bestuur en gekoördineer moet word.

Dit is nie altyd suksesvol nie. Amazon moes byvoorbeeld sy KI afskakel om aansoekers te evalueer omdat die outomatiese evalueringstelsel vroue benadeel het .

En selfs met masjienvertalings is daar dikwels growwe blokke in wat frons of glimlagte veroorsaak wanneer jy dit van nader bekyk.

Dit is dus nie so maklik met kunsmatige intelligensie nie. Die probleem is eintlik nie die hoeveelheid data nie, maar eerder die korrekte toewysing. Omdat Amazon voorheen hoofsaaklik mans aangestel het, het die KI tot die gevolgtrekking gekom dat daar 'n prestasietekort onder vroue was. Trouens, daar is minder aandag gegee aan die feit dat die lae proporsie vroue in manlik-gedomineerde beroepe sosiologiese redes het.

Die fundamentele probleem van kunsmatige intelligensie: Die programmering van die algoritmes en die aanvanklike data is net so goed soos die subjektiewe werk van die ontwikkelaars self wat dit ontwikkel en beskikbaar stel. Tekortkominge in objektiwiteit as gevolg van individuele emosies en bedoelings, sowel as foute in interpretasie en persepsie deur die ontwikkelaars, word deur die KI oorgeneem, dit leer saam met hulle en brei daarop uit. As jy dan ’n gebrek aan kennis oor die verbande tussen dinge en prosesse (sleutelkwalifikasies) byvoeg, sluit die sirkel.

Meer hieroor: Kunsmatige intelligensie eenvoudig gemaak

Die KI benodig dus baie ontwikkelingstyd en die moed om terugslae te neem voordat dit in 'n doeltreffende stelsel kan ontwikkel.

Opskrifte soos "Kunsmatige intelligensie (KI) as 'n drywer van die energie-oorgang" of "Hoe logistiek voordeel trek uit kunsmatige intelligensie" is mediatreffers wat nie begin om die hoeveelheid ontwikkeling en moeite wat gedoen moet word, te weerspieël nie en, eerstens van alles, die koste voordat finansiële winsgewendheid sigbaar word.

Kunsmatige intelligensie is tot dusver hoofsaaklik in die energiebedryf gebruik vir monitering of voorspelling van take.

Smart Grid - Intelligente elektrisiteit

Soos die aandeel van elektrisiteit van hernubare energie toeneem, word dit egter duidelik dat KI ook in die toekoms die energiestelsel se prosesse op groot skaal sal beheer.

Kunsmatige Intelligensie (KI) / Kunsmatige Intelligensie (KI) – Smart Grid – Intelligente kragnetwerk – @shutterstock | monicaodo

Terwyl kragnetwerke met sentrale kragopwekking tot dusver oorheers het, is die neiging na gedesentraliseerde opwekkingstelsels. Dit geld vir produksie uit hernubare bronne soos fotovoltaïese stelsels, sonkrag-termiese kragsentrales, windturbines en biogas-aanlegte. Dit lei tot 'n baie meer komplekse struktuur, hoofsaaklik op die gebied van lasbeheer, spanninginstandhouding in die verspreidingsnetwerk en die handhawing van netwerkstabiliteit. In teenstelling met mediumgrootte tot groter kragsentrales, voer kleiner, gedesentraliseerde opwekkingstelsels ook direk in die laer spanningsvlakke in soos die laespanningnetwerk of die mediumspanningnetwerk.

Bou 'n slim kragnetwerk

'n Intelligente kragnetwerk integreer alle akteurs in 'n algehele stelsel deur die interaksie van opwekking, berging, netwerkbestuur en verbruik. Kragsentrales (insluitend berging) word reeds so beheer dat dieselfde hoeveelheid elektriese energie altyd geproduseer word as wat verbruik word. Intelligente kragnetwerke sluit verbruikers sowel as gedesentraliseerde klein energieverskaffers en bergingstoestelle in hierdie beheer in, sodat verbruik aan die een kant in tyd en ruimte gebalanseer is (slim krag/intelligente kragverbruik) en andersyds nie -weggooibare opwekkingstelsels (bv. windenergie en PV-stelsels) en verbruikers (bv. beligting) kan beter geïntegreer word.

As gevolg van die groter aandeel van hernubare energie, word dit belangriker om die skommelinge in energieproduksie in lyn te bring met die skommelinge in energieverbruik. Benewens die moontlikheid om elektriese energie te stoor deur gebruik te maak van energieberging of opgaarkragsentrales, is vraaggebaseerde elektrisiteitsopwekking, bv. B. deur hidroëlektriese kragsentrales of bio-energie, die uitbreiding van kragnetwerke vir vinnige verspreiding oor 'n groot gebied, is daar ook die moontlikheid om kragverbruik by die kragtoevoer aan te pas.

“Elektrisiteitsopwekking uit son- en windenergiestelsels maak die toevoerstelsel baie meer gefragmenteerd en weerafhanklik as die werking van konvensionele kragsentrales. Boonop moet verbruik nouer op die elektrisiteitsvoorsiening gebaseer word. Die buigsaamheid wat hiervoor benodig word, kan nog nie met die huidige infrastruktuur bereik word nie. ’n Gedesentraliseerde stelsel kan slegs deur digitale prosesse in reële tyd en geoutomatiseerde besluite funksioneer,” verduidelik prof. dr. Clemens Hoffmann, hoof van Fraunhofer IEE. Hoffmann sien digitalisering as die basis vir die volgende stappe in die energie-oorgang: “Die koördinering en besluitnemingsprosesse van ’n gedesentraliseerde hernubare energievoorsiening is uiters kompleks. Slegs deur kunsmatige intelligensie sal dit moontlik wees om verskillende stelsels soos elektrisiteit- en hittetoevoer asook mobiliteit deur geoutomatiseerde besluite op groot skaal te verbind. Deur ’n ekosisteem vir kognitiewe energiestelsels te bou, bevorder ons die toepassings van KI in die energiesektor.”

’n Gedesentraliseerde energiestelsel benodig KI

Daar is reeds 'n konkrete behoefte aan KI in verskeie areas van die energiebedryf. Outomatiese energiehandel gaan oor stelsels wat handelstrategieë onafhanklik identifiseer en aankope of verkope veroorsaak. Fotovoltaïese en windturbines sowel as laaistasies en elektroliseerders kan KI gebruik om hul bedrywighede te optimaliseer en sodoende onderhoud te vermy en hul lewensduur te verleng. In die netwerksektor word die tegnologie gebruik om 'n verskeidenheid inligting te evalueer, om kritieke situasies te herken en om die oplossing daarvan te ondersteun.

Fraunhofer IEE werk al vir 15 jaar aan kunsmatige intelligensie om weerafhanklike elektrisiteitsopwekking uit son-, wind- en bio-energie te voorspel. 'n Outomatiese handelstelsel vir die EPEX Spot-elektrisiteitsbeurs word ook in Kassel ontwikkel.

Navorsing vir KI in die energiebedryf

"Kunsmatige intelligensie is 'n sleuteltegnologie vir die verdere ontwikkeling van die energie-oorgang: die wegbeweeg van die sentraal-georganiseerde kragsentrale-ekonomie gebaseer op fossielbrandstowwe na 'n energiestelsel gebaseer op hernubare bronne is 'n baie komplekse proses wat slegs deur intelligente bemeestering bemeester kan word. beheer,” het Angela Dorn, Hesse se minister van wetenskap, gesê. “Die bevoegdheidsentrum vir kognitiewe energiestelsels gee wetenskaplikes ruimte vir nuwe idees en navorsingsbenaderings vir innovasies in die energiebedryf. Ek is bly dat ons die ontwikkeling ondersteun. Nou is dit belangrik om die kundigheid van navorsers met sterk vennote uit die industrie te kombineer.”

Daarom word 'n nuwe bevoegdheidsentrum vir kognitiewe energiestelsels in Kassel gebou. Die navorsingsprojek oor kunsmatige intelligensie in die energiestelsel is op soek na vennote uit die wetenskap en besigheid en sien goeie toestande vir Duitsland as 'n besigheids- en navorsingsplek om globale innovasieleierskap in hierdie onderwerp te bereik. Dit is hoekom die staat Hesse die ontwikkeling van die nuwe bevoegdheidsentrum ondersteun wat deur die Fraunhofer Instituut vir Energie-ekonomie en Energiestelseltegnologie IEE ondersteun word.

Die nuwe kognitiewe energiestelsels-bevoegdheidsentrum in Kassel ondersoek hierdie toepassingsgebiede van KI, waarvan die ontwikkeling deur die Hessiese staatsregering met 'n totaal van 5,8 miljoen euro tussen 2020 en 2022 gefinansier word.

Die K-ES

Die Cognitive Energy System Competence Centre (K-ES) is sedert middel 2020 deur Fraunhofer IEE op die been gebring om die onderwerpe van kognitiewe energie-ekonomie, kognitiewe energienetwerke en kognitiewe energiestelseltegnologie na te vors. Die ontwikkelingsproses vind oor tien jaar plaas. Die K-ES is bedoel om 'n nasionale en internasionale sentrum vir kunsmatige intelligensie in navorsing en onderrig te word.

Die Kognitiewe Energiestelsels-bevoegdheidsentrum (K-ES) kyk na die take in die energiesisteem vanuit 'n KI-perspektief en ontwikkel dit verder in die drie areas van kognitiewe energiebestuur, kognitiewe energienetwerke en kognitiewe energiestelseltegnologie. “’n Kognitiewe energiestelsel bepaal onafhanklik sy toestand op grond van beskikbare inligting en leer om bepaalde doelwitte te bereik. Kunsmatige intelligensie is nie gekant teen menslike intelligensie nie, maar eerder in konstante ruil daarmee en ondersteun dit. Soos die tegnologie aanhou ontwikkel, sal beide kante verander,” verduidelik IEE-projekbestuurder André Baier.

Die energiebedryf kan ook voortbou op bevindinge van ander sektore. KI is reeds besig om die motorbedryf, kleinhandel, versekering en finansiesektore volhoubaar te verander. Vir die energie-oorgang met hernubare energie en sektorkoppeling is die belangrikste areas van digitalisering intelligente produsente en verbruikers, virtuele kragsentrales, slimnetwerktegnologieë en die intydse energie-ekonomie.

Konsepte en toepassings vir besigheid

Die konsep vir die struktuur van die K-ES is ontwikkel deur Fraunhofer IEE. Die inisiatief is gebaseer op 'n ooreenkoms in die Hessiese staatsregering se koalisie-ooreenkoms. Nou het die konstruksiefase begin. Die primêre doel is om 'n ekosisteem vir innovasies te skep en 'n gemeenskap van kundiges te vorm. Die nuwe bevoegdheidsentrum sal deel wees van die Fraunhofer IEE-kampus in Kassel, wat tans in aanbou is, en sal die navorsingspektrum vir die transformasie van energiestelsels aanvul.

In die eerste stap word die perseel en die IT-infrastruktuur met 'n wolkstelsel opgestel. ’n Digitale platform sal dan geskep word waardeur vennote van besigheid en navorsing idees kan uitruil. Die fokus van die beginfase is op die werwing van wetenskaplikes en die bou van vaardighede. "Ons doel is om wetenskaplikes te verbind wat 'n gemeenskaplike doel voor oë het, ongeag waar in die wêreld die kundiges gebaseer is," sê Baier.

Tot en met die beplande amptelike stigting van die bevoegdheidsentrum sal die fokus ook wees op die verkryging van vennote en toepassingsprojekte van die industrie. Omdat ’n noue verbintenis met die energiebedryf deel van die konsep is: K-ES se dienste vir energiemaatskappye sluit in konsultasie en konsepstudies deur prototipes tot sleutelstelsels. "Ons verwelkom aansoeke van navorsers en maatskappye, want so 'n ekosisteem floreer op die netwerk tussen teorie en praktyk," beklemtoon Hoffmann.

Die doelwit: 'n Gemeenskap van internasionale reputasie in Duitsland

Oor die volgende tien jaar word daar beplan dat ongeveer 100 kundiges by K-ES sal werk aan die dissiplines van datawetenskap, vooruitgang in masjienleer, aanbevelingstelsels en digitale innovasiebestuur. Daar is tans 15 werknemers by Fraunhofer IEE wat in hierdie vakgebiede werk. Die doel van die nuwe fasiliteit is om een ​​van die voorste gemeenskappe vir KI in die energiebedryf in Duitsland te word.

Om die hoë internasionaliteit van KI-navorsing in ag te neem, bied die bevoegdheidsentrum ook besoekende wetenskaplikes van regoor die wêreld die geleentheid om deel te neem. "Danksy die spesiale opleidingsinfrastruktuur, toepaslike hardeware en sagteware sowel as 'n omvattende model en databasis, kan ons KI-navorsing vir die energiestelsel doeltreffend en oor liggings doen," verduidelik die wetenskaplike direkteur van K-ES, Christoph Scholz, die bestaande moontlikhede.

Daar word wêreldwyd intensief gewerk aan die ontwikkeling van KI. Duitsland het tot dusver aansienlik minder aan ooreenstemmende navorsing bestee as sy mededingers VSA en China. As deel van die federale regering se Corona-toekomspakket, moet 5 miljard euro nou teen 2025 in KI belê word. “Wat KI in die energiestelsel betref, is Duitsland as 'n besigheids- en navorsingsplek goed geplaas om wêreldwye innovasieleierskap te bereik. “Dit is belangrik dat alle belanghebbendes saam die kwessie bevorder,” sê Hoffmann.

Kognitiewe sisteme

’n Kognitiewe sisteem is ’n digitale sisteem met raakvlakke tussen die digitale wêreld en die omgewing wat dinge kan waarneem en verstaan, asook gevolgtrekkings kan maak en daaruit kan leer. Kognitiewe sisteme is in staat om onafhanklik oplossings vir menslike take te ontwikkel. Hulle kan interaksie hê met en saamwerk met ander digitale stelsels, kontekste interpreteer en is aanpasbaar.

Kognitiewe sisteme word op 'n toenemende aantal gebiede gebruik en verteenwoordig byvoorbeeld die fundamentele tegnologie vir selfbesturende voertuie, intelligente persoonlike assistente, Industry 4.0 en die Internet van Dinge 'n Tipiese eienskap van sulke stelsels is dat hulle groot kan verwerk hoeveelhede data in 'n kort tyd en ingebed in 'n hoër-vlak sisteem (stelsel van stelsels). Tienmiljarde euro's is teen 2020 wêreldwyd in hierdie tegnologie belê.

© Fraunhofer IEE – Toepassing – Kognitiewe stelsels

’n Kognitiewe sisteem kan onafhanklik sy eie toestand en dié van sy bates bepaal op grond van beskikbare inligting en deur die vermoë om aan te pas, leer om spesifieke doelwitte onafhanklik te bereik. Kognitiewe energiestelsels is 'n sleuteltegnologie vir die energie-oorgang. Toepassings in die elektrisiteitsbedryf kan gevind word op die gebied van netwerkbestuur en die bestuur van opwekking en verbruik.

© Fraunhofer IEE – Energie Avatar – Kognitiewe Stelsels

Binne die ekosisteem vir kognitiewe energiestelsels word toegang tot KI makliker gemaak vir die verskillende markrolle. Die take van stelsel- en meetpuntoperateurs, balanseergroepbestuurders en direkte bemarkers is in so 'n mate geoutomatiseer dat hulle onafhanklik loop. Die "Energy Avatar"-model (sien hierbo) illustreer hoe maklik 'n "huisbouer" met sy sonnestelsel aan die energiemark kan deelneem as alle prosesse geoutomatiseer is. Die energie-avatar word tans ontwikkel in samewerking tussen die Fraunhofer Institutes IEE en IOSB-AST.

© Fraunhofer IEE – Ekosisteem – Kognitiewe Stelsels

’n Noue verbintenis met die energiebedryf is deel van die konsep: K-ES se dienste vir energiemaatskappye sluit in konsultasie en konsepsiestudies deur prototipes tot sleutelstelsels. Die ekosisteem floreer op die netwerk tussen teorie en praktyk.

Outomatisering en outonomisering. Lees hier meer hieroor: “ CO2 Neutrality – Learn from Amazon ”

► Kontak my of bespreek met my op LinkedIn

Wat vir die toekoms deurslaggewend sal wees, is hoe ons die infrastruktuur van ons sleutelbedrywe beveilig!

Drie areas is hier van besondere belang:

• Digitale intelligensie (Digitale Transformasie, Internettoegang, Industry 4.0 en Internet of Things)
• Outonome kragtoevoer (CO2-neutraliteit, beplanningsekuriteit, veiligheid vir die omgewing)
• Intralogistiek/logistiek (volledige outomatisering, mobiliteit van goedere en mense)

Xpert.Digital lewer jou hier uit die Smart AUDA-reeks

• Outonomisering van energievoorsiening
• verstedeliking
• Digitale transformasie
• Outomatisering van prosesse

altyd nuwe inligting wat gereeld bygewerk word.