الشبكة الذكية: الذكاء الاصطناعي في مجال الطاقات المتجددة

تم النشر على: 10 سبتمبر 2020 / تحديث من: 21 يونيو 2023 - المؤلف: Konrad Wolfenstein

الذكاء الاصطناعي في مجال الطاقات المتجددة – @shutterstock | com.monicaodo

كان ذلك قبل 33 عامًا عندما تلامس مع الانضباط الشاب "الذكاء الاصطناعي" (AI). لقد تعاملت مع لغات برمجة الذكاء الاصطناعي Lisp و Prolog. لقد توصلت أيضًا إلى الإنترنت عبر شبكة الجامعة. في الوقت نفسه ، كان سوق التلفزيون الأقمار الصناعية مزدهرة. من هنا واصلت التطور في منطقة داخل الأوعية حتى وصلت إلى الخلايا الكهروضوئية.

معهد FAW Ulm (معهد أبحاث معالجة المعرفة الموجهة للتطبيقات)، وهو أول معهد مستقل للذكاء الاصطناعي، في عام 1987. شاركت شركات مثل DaimlerChrysler AG وJenoptik AG وHewlett-Packard GmbH وRobert Bosch GmbH والعديد من الشركات الأخرى. لقد كنت هناك كمساعد باحث من عام 1988 إلى عام 1990.

وفي غضون ذلك، وجد الذكاء الاصطناعي طريقه إلى العديد من المجالات، سواء كان ذلك الطب أو القانون أو التسويق أو ألعاب الكمبيوتر. وأشهرها هي الترجمات الآلية، على سبيل المثال باستخدام Google Translate أو Deepl. عند التحليل والتنبؤ بتطورات أسعار الأسهم أو التعامل مع طوفان المعلومات في محركات البحث.

الذكاء الاصطناعي هو فرع من علوم الكمبيوتر يتعامل مع أتمتة الأنماط السلوكية، والتي يمكن من خلالها استخلاص أدوات مساعدة اتخاذ القرار، وفي أفضل الأحوال، يمكن أن تستمر العمليات المستقلة والمستقلة. يتم استخدامه في الغالب عندما يلزم إدارة وتنسيق كمية كبيرة جدًا أو غير منظمة ولكن لا يمكن التحكم فيها من البيانات.

انها ليست ناجحة دائما. على سبيل المثال، اضطرت شركة أمازون إلى إيقاف تشغيل الذكاء الاصطناعي الخاص بها لتقييم المتقدمين لأن نظام التقييم التلقائي يضر بالنساء .

وحتى مع الترجمات الآلية، غالبًا ما تحتوي على كتل خشنة تسبب العبوس أو الابتسامات عند إلقاء نظرة فاحصة.

لذا فالأمر ليس بهذه السهولة مع الذكاء الاصطناعي. المشكلة في الواقع ليست في كمية البيانات، بل في التخصيص الصحيح. ولأن أمازون كانت في السابق توظف الرجال في الغالب، فقد خلص الذكاء الاصطناعي إلى وجود عجز في الأداء بين النساء. في الواقع، تم إيلاء اهتمام أقل لحقيقة أن انخفاض نسبة النساء في المهن التي يهيمن عليها الذكور يرجع إلى أسباب اجتماعية.

المشكلة الأساسية للذكاء الاصطناعي: إن جودة برمجة الخوارزميات والبيانات الأولية لا تقل جودة عن العمل الشخصي للمطورين أنفسهم الذين يقومون بتطويرها وإتاحتها. إن أوجه القصور في الموضوعية بسبب المشاعر والنوايا الفردية، وكذلك الأخطاء في التفسير والإدراك من قبل المطورين، يتولى الذكاء الاصطناعي المسؤولية عنها، ويتعلم معها ويتوسع فيها. إذا أضفت بعد ذلك نقص المعرفة حول الروابط بين الأشياء والعمليات (المؤهلات الأساسية)، تُغلق الدائرة.

المزيد عن هذا: الذكاء الاصطناعي أصبح بسيطًا

ولذلك يحتاج الذكاء الاصطناعي إلى الكثير من وقت التطوير والشجاعة لتحمل النكسات قبل أن يتمكن من التطور إلى نظام فعال.

إن العناوين الرئيسية مثل "الذكاء الاصطناعي (AI) كسائق لانتقال الطاقة" أو "كيف تستفيد اللوجستيات من الذكاء الاصطناعي" هي الأزقة الإنسي ، التي لا يجب إعادة إنتاجها في البداية ، والتي يجب تشغيلها من أجل التنمية والجهد وأن التكاليف مرئية في البداية قبل أن تصبح الربحية المالية واضحة.

تم استخدام الذكاء الاصطناعي حتى الآن في صناعة الطاقة بشكل أساسي لمهام المراقبة أو التنبؤ.

الشبكة الذكية – الكهرباء الذكية

ومع ذلك، مع زيادة حصة الكهرباء من الطاقات المتجددة، أصبح من الواضح أن الذكاء الاصطناعي سيتحكم أيضًا في عمليات نظام الطاقة على نطاق واسع في المستقبل.

الذكاء الاصطناعي (AI) / الذكاء الاصطناعي (AI) – الشبكة الذكية – شبكة الطاقة الذكية – @shutterstock | com.monicaodo

وبينما هيمنت شبكات الطاقة ذات التوليد المركزي للطاقة حتى الآن، فإن الاتجاه يتجه نحو أنظمة التوليد اللامركزية. وينطبق ذلك على الإنتاج من مصادر متجددة مثل الأنظمة الكهروضوئية ومحطات الطاقة الشمسية الحرارية وتوربينات الرياح ومحطات الغاز الحيوي. وهذا يؤدي إلى بنية أكثر تعقيدًا، خاصة في مجال التحكم في الحمل وصيانة الجهد في شبكة التوزيع والحفاظ على استقرار الشبكة. وعلى النقيض من محطات الطاقة المتوسطة إلى الكبيرة، فإن أنظمة التوليد اللامركزية الأصغر حجمًا تغذي أيضًا مستويات الجهد المنخفض مباشرة مثل شبكة الجهد المنخفض أو شبكة الجهد المتوسط.

بناء شبكة كهرباء ذكية

تعمل شبكة الطاقة الذكية على دمج جميع الجهات الفاعلة في نظام شامل من خلال التفاعل بين التوليد والتخزين وإدارة الشبكة والاستهلاك. يتم بالفعل التحكم في محطات الطاقة (بما في ذلك التخزين) بطريقة يتم من خلالها إنتاج نفس الكمية من الطاقة الكهربائية التي يتم استهلاكها دائمًا. تشمل شبكات الطاقة الذكية المستهلكين وكذلك موردي الطاقة الصغيرة اللامركزية وأجهزة التخزين في هذا التحكم، بحيث يكون الاستهلاك متوازنًا في الزمان والمكان من ناحية (الطاقة الذكية / استهلاك الطاقة الذكي)، ومن ناحية أخرى، لا - يمكن دمج أنظمة التوليد التي يمكن التخلص منها (مثل طاقة الرياح والأنظمة الكهروضوئية) والمستهلكين (مثل الإضاءة) بشكل أفضل.

ونظراً للحصة الأكبر من الطاقات المتجددة، فقد أصبح من المهم أكثر مواءمة التقلبات في إنتاج الطاقة مع التقلبات في استهلاك الطاقة. بالإضافة إلى إمكانية تخزين الطاقة الكهربائية باستخدام محطات توليد الطاقة أو تخزين الطاقة، وتوليد الكهرباء حسب الطلب، على سبيل المثال. ب. من خلال محطات الطاقة الكهرومائية أو الطاقة الحيوية، وتوسيع شبكات الطاقة للتوزيع السريع على مساحة كبيرة، هناك أيضًا إمكانية تكييف استهلاك الطاقة مع إمدادات الطاقة.

"توليد الطاقة من التوربينات الشمسية والرياح يجعل نظام الإمداد صغيرًا أكثر تعتمد على الطقس من تشغيل محطات الطاقة التقليدية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون الاستهلاك أكثر عرضة للإعداد على النطاق. لا يمكن إتقان المرونة اللازمة مع البنية التحتية السابقة. يوضح البروفيسور د. كليمنز هوفمان ، رئيس Fraunhofer IEE. يرى Hoffmann الأساس للخطوات التالية في انتقال الطاقة في الرقمنة: "إن عمليات التنسيق وصنع القرار لإمدادات الطاقة المتجددة غير المركزية معقدة للغاية. من خلال الذكاء الاصطناعي فقط ، يصبح من الممكن الجمع بين أنظمة مختلفة مثل الكهرباء وتوريد الحرارة وكذلك التنقل عبر القرارات الآلية على نطاق واسع. مع إنشاء نظام بيئي لأنظمة الطاقة المعرفية ، فإننا نقدم تطبيقات الذكاء الاصطناعي في قطاع الطاقة. "

يحتاج نظام الطاقة اللامركزي إلى الذكاء الاصطناعي

هناك بالفعل حاجة ملموسة للذكاء الاصطناعي في مختلف مجالات صناعة الطاقة. يدور تداول الطاقة التلقائي حول الأنظمة التي تحدد بشكل مستقل استراتيجيات التداول وتؤدي إلى عمليات الشراء أو البيع. يمكن للتوربينات الكهروضوئية وطاقة الرياح وكذلك محطات الشحن والمحللات الكهربائية استخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين عملياتها وبالتالي تجنب الصيانة وزيادة عمر الخدمة. في قطاع الشبكات، تُستخدم التكنولوجيا لتقييم مجموعة متنوعة من المعلومات والتعرف على المواقف الحرجة ودعم حلها.

يعمل معهد Fraunhofer IEE على الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بتوليد الكهرباء المعتمد على الطقس من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحيوية لمدة 15 عامًا. ويجري أيضًا تطوير نظام تداول تلقائي لبورصة الكهرباء EPEX Spot في كاسل.

بحث عن الذكاء الاصطناعي في صناعة الطاقة

يقول وزير العلوم أنجيلا دورن: "إن الذكاء الاصطناعي هو تقنية رئيسية لمزيد من التطوير لانتقال الطاقة: إن المغادرة من المنظمة مركزية واستنادا إلى الوقود الأحفوري إلى نظام الطاقة لنظام الطاقة القائم على مصادر متجددة هو عملية معقدة للغاية لا يمكن إتقانها إلا من خلال السيطرة الذكية". "يمنح مركز الكفاءة لأنظمة الطاقة المعرفية مساحة للعلماء للأفكار الجديدة وأساليب البحث للابتكارات في صناعة الطاقة. يسعدني أن ندعم الهيكل. الآن يعتمد على الجمع بين خبرة الباحثين وشركاء أقوياء من الاقتصاد.

ولذلك، يتم بناء مركز كفاءة جديد لأنظمة الطاقة المعرفية في مدينة كاسل. يبحث المشروع البحثي حول الذكاء الاصطناعي في نظام الطاقة عن شركاء من العلوم وقطاع الأعمال ويرى ظروفًا جيدة لألمانيا كموقع أعمال وأبحاث لتحقيق الريادة العالمية في الابتكار في هذا الموضوع. ولهذا السبب تدعم ولاية هيسن تطوير مركز الكفاءة الجديد الذي يدعمه معهد فراونهوفر لاقتصاديات الطاقة وتكنولوجيا أنظمة الطاقة IEE.

يقوم مركز كفاءة أنظمة الطاقة المعرفية الجديد في كاسل بالبحث في مجالات تطبيق الذكاء الاصطناعي، والتي يتم تمويل تطويرها من قبل حكومة ولاية هيسن بإجمالي 5.8 مليون يورو بين عامي 2020 و2022.

K-ES

تم إنشاء مركز كفاءة نظام الطاقة المعرفية (K-ES) من قبل Fraunhofer IEE منذ منتصف عام 2020 للبحث في موضوعات اقتصاديات الطاقة المعرفية وشبكات الطاقة المعرفية وتكنولوجيا نظام الطاقة المعرفية. تتم عملية التطوير على مدى عشر سنوات. تهدف K-ES إلى أن تصبح مركزًا وطنيًا ودوليًا للذكاء الاصطناعي في البحث والتدريس.

يبحث مركز الكفاءة لأنظمة الطاقة المعرفية (K-ES) في المهام في نظام الطاقة من منظور الذكاء الاصطناعى وتطويرها في المجالات الثلاثة لصناعة الطاقة المعرفية وشبكات الطاقة المعرفية وتكنولوجيا نظام الطاقة المعرفية. "يحدد نظام الطاقة المعرفي بشكل مستقل حالته بناءً على المعلومات المتاحة ويتعلم تحقيق أهداف محددة. الذكاء الاصطناعي لا يواجه الذكاء البشري ، ولكن معها في تبادل مستمر ويدعمه. يوضح أندريه باير ، مدير مشروع IEE أندريه باير ، مع مزيد من التطوير للتكنولوجيا ، سيتغير كلا الجانبين.

ويمكن لصناعة الطاقة أيضًا أن تعتمد على النتائج المستخلصة من القطاعات الأخرى. يعمل الذكاء الاصطناعي بالفعل على تغيير قطاعات صناعة السيارات وتجارة التجزئة والتأمين والتمويل بشكل مستدام. بالنسبة لانتقال الطاقة مع الطاقات المتجددة واقتران القطاع، فإن أهم مجالات الرقمنة هي المنتجون والمستهلكون الأذكياء، ومحطات الطاقة الافتراضية، وتقنيات الشبكة الذكية، واقتصاد الطاقة في الوقت الحقيقي.

مفاهيم وتطبيقات في مجال الأعمال

تم تطوير مفهوم هيكل K-ES بواسطة Fraunhofer IEE. وتستند المبادرة إلى اتفاق في الاتفاق الائتلافي لحكومة ولاية هيسيان. الآن بدأت مرحلة البناء. الهدف الأساسي هو إنشاء نظام بيئي للابتكارات وتشكيل مجتمع من الخبراء. سيكون مركز الكفاءة الجديد جزءًا من الحرم الجامعي Fraunhofer IEE في كاسل، والذي هو قيد الإنشاء حاليًا، وسيكمل نطاق البحث لتحويل أنظمة الطاقة.

في الخطوة الأولى ، يتم إعداد المباني والبنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات باستخدام نظام سحابة. ثم يتم إنشاء منصة رقمية ، يمكن من خلالها شركاء من الأعمال والبحوث تبادل الأفكار. ينصب تركيز مرحلة البداية على توظيف العلماء وإنشاء المهارات. وقال باير: "إن قلقنا هو الجمع بين العلماء الذين لديهم هدف مشترك في الاعتبار ، بغض النظر عن مكان وجود العالم في العالم".

حتى المؤسسة الرسمية المخططة لمركز الكفاءة ، ينصب التركيز أيضًا على الاستحواذ على الشركاء ومشاريع التطبيق من الاقتصاد. نظرًا لأن العلاقة الوثيقة مع صناعة الطاقة هي جزء من المفهوم: تشمل خدمات شركات الطاقة K-E-for دراسات المشورة والمفاهيم والنماذج الأولية وأنظمة الدوران. "نتطلع إلى تطبيقات من الباحثين والشركات على حد سواء ، لأن هذا النظام البيئي يعيش من التواصل بين النظرية والممارسة" ، يؤكد هوفمان.

الهدف: مجتمع ذو سمعة دولية في ألمانيا

على مدى السنوات العشر المقبلة، من المخطط أن يعمل حوالي 100 خبير في K-ES في تخصصات علم البيانات، والتقدم في التعلم الآلي، وأنظمة التوصية وإدارة الابتكار الرقمي. يوجد حاليًا 15 موظفًا في Fraunhofer IEE يعملون في هذه المجالات. الهدف من المنشأة الجديدة هو أن تصبح واحدة من المجتمعات الرائدة في مجال الذكاء الاصطناعي في صناعة الطاقة في ألمانيا.

من أجل أخذ في الاعتبار الدولية العالية لأبحاث الذكاء الاصطناعي ، يوفر مركز الكفاءة أيضًا لعلماء الضيوف من جميع أنحاء العالم الفرصة للمشاركة. "نظرًا للبنية التحتية الخاصة للتدريب ، والأجهزة والبرامج المقابلة بالإضافة إلى نموذج وقاعدة بيانات شاملة ، يمكننا تشغيل أبحاث EIC لنظام الطاقة بكفاءة وعبر الموقع" ، يوضح المدير العلمي لـ K-ES ، كريستوف شولز ، الاحتمالات الحالية.

تطوير الذكاء الاصطناعى يعمل بشكل مكثف في جميع أنحاء العالم. حتى الآن ، أصدرت ألمانيا أقل بكثير للبحث المقابل من المنافسين الولايات المتحدة الأمريكية والصين. خلال حزمة كورونا المستقبلية للحكومة الفيدرالية ، سيتم استثمار 5 مليارات يورو في الذكاء الاصطناعي بحلول عام 2025. "في الذكاء الاصطناعي في نظام الطاقة ، تتمتع ألمانيا ، كموقع للأعمال التجارية والبحث ، بظروف جيدة لتحقيق قيادة الابتكار العالمية. وقال هوفمان: "من المهم لجميع أصحاب المصلحة تقدم الموضوع معًا".

الأنظمة المعرفية

النظام المعرفي هو نظام رقمي له واجهات بين العالم الرقمي والبيئة يمكنه إدراك الأشياء وفهمها وكذلك استخلاص النتائج والتعلم منها. الأنظمة المعرفية قادرة على تطوير حلول للمهام البشرية بشكل مستقل. يمكنهم التفاعل والتعاون مع الأنظمة الرقمية الأخرى، وتفسير السياقات، كما أنهم قابلون للتكيف.

يتم استخدام الأنظمة المعرفية في عدد متزايد من المجالات، وتمثل، على سبيل المثال، التكنولوجيا الأساسية للمركبات ذاتية القيادة، والمساعدات الشخصية الذكية، والصناعة 4.0، وإنترنت الأشياء. ومن الخصائص النموذجية لهذه الأنظمة أنها قادرة على معالجة كميات كبيرة من البيانات. كميات من البيانات في وقت قصير ومضمنة في نظام عالي المستوى (نظام الأنظمة). وقد تم استثمار عشرات المليارات من اليورو في هذه التكنولوجيا في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2020.

© فراونهوفر IEE – التطبيق – الأنظمة المعرفية

يمكن للنظام المعرفي أن يحدد بشكل مستقل حالته وحالة أصوله بناءً على المعلومات المتاحة، ومن خلال القدرة على التكيف، يتعلم كيفية تحقيق أهداف محددة بشكل مستقل. تعد أنظمة الطاقة المعرفية تقنية أساسية لانتقال الطاقة. يمكن العثور على تطبيقات في صناعة الكهرباء في مجال إدارة الشبكات وإدارة التوليد والاستهلاك.

© Fraunhofer IEE – الصورة الرمزية للطاقة – الأنظمة المعرفية

داخل النظام البيئي لأنظمة الطاقة المعرفية، أصبح الوصول إلى الذكاء الاصطناعي أسهل لأدوار السوق المختلفة. تتم أتمتة مهام مشغلي النظام ونقاط القياس ومديري المجموعات والمسوقين المباشرين إلى الحد الذي يجعلهم يعملون بشكل مستقل. يوضح نموذج "Energy Avatar" (انظر أعلاه) مدى سهولة مشاركة "باني المنزل" في سوق الطاقة باستخدام نظامه الشمسي إذا تمت أتمتة جميع العمليات. يتم حاليًا تطوير الصورة الرمزية للطاقة بالتعاون بين معهد فراونهوفر IEE وIOSB-AST.

© Fraunhofer IEE – النظام البيئي – الأنظمة المعرفية

يعد الارتباط الوثيق بصناعة الطاقة جزءًا من المفهوم: تشمل خدمات K-ES لشركات الطاقة الاستشارات ودراسات المفاهيم من خلال النماذج الأولية للأنظمة الجاهزة. يزدهر النظام البيئي من خلال التواصل بين النظرية والتطبيق.

الأتمتة والاستقلالية. اقرأ المزيد عن هذا هنا: " حيادية ثاني أكسيد الكربون - تعلم من أمازون "

► اتصل بي أو ناقش معي على LinkedIn

ما سيكون حاسما بالنسبة للمستقبل هو كيفية تأمين البنية التحتية لصناعاتنا الرئيسية!

هناك ثلاثة مجالات ذات أهمية خاصة هنا:

• الذكاء الرقمي (التحول الرقمي، الوصول إلى الإنترنت، الصناعة 4.0 وإنترنت الأشياء)
• إمدادات الطاقة المستقلة (حيادية ثاني أكسيد الكربون، التخطيط الأمني، السلامة للبيئة)
• الخدمات اللوجستية الداخلية/اللوجستية (الأتمتة الكاملة، وتنقل البضائع والأشخاص)

Xpert.Digital هنا من سلسلة Smart AUDA

• استقلالية إمدادات الطاقة
• تحضر
• التحول الرقمي
• أتمتة العمليات

دائما معلومات جديدة يتم تحديثها بانتظام.