الشبكة الذكية: الذكاء الاصطناعي في مجال الطاقات المتجددة

لقد مر 33 عامًا مضت عندما تعرفت على مجال "الذكاء الاصطناعي" (AI) الذي كان لا يزال شابًا. عملت على لغات برمجة الذكاء الاصطناعي LISP وProlog. لقد اتصلت أيضًا بالإنترنت من خلال شبكة الجامعة. وفي الوقت نفسه، كان سوق القنوات الفضائية مزدهرًا. ومن هنا واصلت التطور في مجال الخدمات اللوجستية الداخلية حتى انتهى بي الأمر في مجال الخلايا الكهروضوئية اليوم.

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) كمحرك لانتقال الطاقة" أو "كيف تستفيد الخدمات اللوجستية من الذكاء الاصطناعي" هي عناوين إعلامية لا تعكس مقدار التطوير والجهد الذي يجب بذله، وقبل كل شيء. والأهم من ذلك كله، التكاليف قبل أن تصبح الربحية المالية مرئية.

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.

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.

"إن توليد الكهرباء من توربينات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح يجعل نظام الإمداد أكثر تجزئة واعتمادًا على الطقس من تشغيل محطات الطاقة التقليدية. وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن يعتمد الاستهلاك بشكل أوثق على إمدادات الكهرباء. ولا يمكن حتى الآن تحقيق المرونة المطلوبة لذلك في ظل البنية التحتية القائمة. "لا يمكن للنظام اللامركزي أن يعمل إلا من خلال العمليات الرقمية في الوقت الحقيقي والقرارات الآلية"، يوضح البروفيسور د. كليمنس هوفمان، رئيس فراونهوفر IEE. يرى هوفمان أن الرقمنة هي الأساس للخطوات التالية في تحول الطاقة: “إن عمليات التنسيق وصنع القرار المتعلقة بإمدادات الطاقة المتجددة اللامركزية معقدة للغاية. فقط من خلال الذكاء الاصطناعي سيكون من الممكن ربط أنظمة مختلفة مثل إمدادات الكهرباء والحرارة بالإضافة إلى التنقل عبر قرارات آلية على نطاق واسع. ومن خلال بناء نظام بيئي لأنظمة الطاقة المعرفية، فإننا نعمل على تطوير 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

"يعد الذكاء الاصطناعي تقنية أساسية لمواصلة تطوير تحول الطاقة: إن الابتعاد عن اقتصاد محطات الطاقة المنظم مركزيًا القائم على الوقود الأحفوري نحو نظام طاقة يعتمد على مصادر متجددة هو عملية معقدة للغاية لا يمكن إتقانها إلا من خلال الذكاء الاصطناعي. قالت وزيرة العلوم في هيسن أنجيلا دورن: "السيطرة". "يمنح مركز الكفاءة لأنظمة الطاقة المعرفية العلماء مساحة لأفكار جديدة وأساليب بحثية للابتكارات في صناعة الطاقة. ويسرني أننا ندعم التنمية. ومن المهم الآن الجمع بين خبرات الباحثين وشركاء أقوياء من الصناعة."

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.

ينظر مركز كفاءة أنظمة الطاقة المعرفية (K-ES) إلى المهام في نظام الطاقة من منظور الذكاء الاصطناعي ويقوم بتطويرها بشكل أكبر في المجالات الثلاثة لإدارة الطاقة المعرفية وشبكات الطاقة المعرفية وتكنولوجيا نظام الطاقة المعرفية. "يحدد نظام الطاقة المعرفية حالته بشكل مستقل بناءً على المعلومات المتاحة ويتعلم كيفية تحقيق أهداف محددة. الذكاء الاصطناعي لا يتعارض مع الذكاء البشري، بل هو في تبادل دائم معه ودعمه. "مع استمرار تطور التكنولوجيا، سيتغير كلا الجانبين"، يوضح مدير مشروع IEE، أندريه باير.

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 المبنى والبنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات باستخدام نظام سحابي. سيتم بعد ذلك إنشاء منصة رقمية يمكن من خلالها للشركاء من قطاع الأعمال والأبحاث تبادل الأفكار. تركز المرحلة الأولية على توظيف العلماء وبناء المهارات. يقول باير: "هدفنا هو ربط العلماء الذين لديهم هدف مشترك في أذهانهم، بغض النظر عن مكان وجود الخبراء في العالم".

وإلى حين الإنشاء الرسمي المخطط له لمركز الكفاءة، سيتم التركيز أيضًا على الحصول على شركاء ومشاريع تطبيقية من الصناعة. لأن الارتباط الوثيق بصناعة الطاقة هو جزء من المفهوم: تشمل خدمات K-ES لشركات الطاقة الاستشارات ودراسات التصور من خلال النماذج الأولية للأنظمة الجاهزة. يؤكد هوفمان: "نحن نرحب بالطلبات المقدمة من الباحثين والشركات على حد سواء، لأن مثل هذا النظام البيئي يزدهر على التواصل بين النظرية والتطبيق".

 

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.

ومن أجل مراعاة الطابع الدولي العالي لأبحاث الذكاء الاصطناعي، يوفر مركز الكفاءة أيضًا للعلماء الزائرين من جميع أنحاء العالم فرصة المشاركة. "بفضل البنية التحتية التدريبية الخاصة والأجهزة والبرامج المناسبة بالإضافة إلى النموذج الشامل وقاعدة البيانات، يمكننا إجراء أبحاث الذكاء الاصطناعي لنظام الطاقة بكفاءة وعبر المواقع"، يوضح المدير العلمي لـ K-ES، كريستوف شولز، الإمكانيات الموجودة .

يتم القيام بعمل مكثف في جميع أنحاء العالم لتطوير الذكاء الاصطناعي. لقد أنفقت ألمانيا حتى الآن أقل بكثير على الأبحاث المماثلة مقارنة بمنافسيها الولايات المتحدة الأمريكية والصين. وكجزء من حزمة كورونا المستقبلية للحكومة الفيدرالية، من المقرر الآن استثمار 5 مليارات يورو في الذكاء الاصطناعي بحلول عام 2025. "عندما يتعلق الأمر بالذكاء الاصطناعي في نظام الطاقة، فإن ألمانيا، باعتبارها موقعًا للأعمال والأبحاث، في وضع جيد لتحقيق الريادة العالمية في مجال الابتكار. يقول هوفمان: "من المهم أن يقوم جميع أصحاب المصلحة بطرح هذه القضية 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.

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.

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.

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 "