Интелигентна мрежа: Изкуствен интелект в областта на възобновяемите енергийни източници

Публикувано на: 10 септември 2020 г. / Актуализирано на: 21 юни 2023 г. – Автор: Konrad Wolfenstein

Изкуствен интелект в областта на възобновяемите енергийни източници – @shutterstock | monicaodo

Изминаха 33 години, откакто за първи път се сблъсках с тогавашната зараждаща се област на изкуствения интелект (ИИ). Работих с езиците за програмиране на ИИ LISP и Prolog. Чрез университетската мрежа се запознах и с интернет. По същото време пазарът на сателитна телевизия процъфтяваше. Оттам развих уменията си в областта на интралогистиката, като в крайна сметка стигнах до сегашната си позиция във фотоволтаиката.

FAW Ulm (Изследователски институт за приложно-ориентирана обработка на знания) е основан през 1987 г. като първият независим институт за изкуствен интелект. В него участваха компании като DaimlerChrysler AG, Jenoptik AG, Hewlett-Packard GmbH, Robert Bosch GmbH и няколко други. Аз самият работих там като научен сътрудник от 1988 до 1990 г.

Междувременно, изкуственият интелект е намерил своето място в много области, било то медицина, право, маркетинг или компютърни игри. Машинните преводи, например с Google Translate или DeepL, са сред най-известните приложения. Изкуственият интелект се използва и при анализа и прогнозирането на движенията на цените на акциите, както и при управлението на потока от информация в търсачките.

Изкуственият интелект е подобласт на компютърните науки, която се занимава с автоматизирането на поведенчески модели, от които може да се извлече подкрепа за вземане на решения и в идеалния случай водеща до независими, автономни процеси. Най-често се използва, когато е необходимо да се управлява и координира прекомерно голямо или неструктурирано, но неуправляемо количество данни.

Това не винаги е успешно. Например, Amazon трябваше да деактивира своя изкуствен интелект за оценка на кандидатите, защото автоматизираната система за оценяване поставяше жените в неравностойно положение.

И дори в машинните преводи все още доста често има някои груби грешки, които при по-внимателно разглеждане предизвикват намръщване или усмивка.

Така че, изкуственият интелект всъщност не е толкова прост. Проблемът не е в количеството данни, а по-скоро в правилната им интерпретация. Тъй като Amazon е наемала предимно мъже, изкуственият интелект е заключил, че жените имат дефицит в представянето. Той обаче не е взел предвид факта, че ниският процент на жените в професиите, доминирани от мъже, има социологически причини.

Фундаменталният проблем с изкуствения интелект е, че програмирането на алгоритмите и изходните данни са толкова добри, колкото е добра субективната работа на разработчиците, които ги създават и предоставят. Недостатъците в обективността, дължащи се на индивидуални емоции и намерения, както и грешките в интерпретацията и възприятието от страна на разработчиците, се възприемат от ИИ; той се учи от тях и допълнително развива своите възможности. Ако към това се добави и липсата на знания за взаимовръзките между нещата и процесите (ключови умения), цикълът е затворен.

Повече по темата: Изкуственият интелект е направен опростен

Следователно, изкуственият интелект се нуждае от много време за разработка и смелост да се справи с неуспехите, преди да може да се появи ефективна система.

Заглавия като „Изкуственият интелект (ИИ) като двигател на енергийния преход“ или „Как логистиката се възползва от изкуствения интелект“ са медийни сензации, които дори не започват да отразяват необходимото развитие и усилия, и че разходите са основният проблем, преди финансовата рентабилност да стане очевидна.

Досега изкуственият интелект се използваше в енергийната индустрия предимно за задачи за мониторинг или прогнозиране.

Интелигентна мрежа – Интелигентна енергия

Въпреки това, с нарастващия дял на електроенергията от възобновяеми енергийни източници, става ясно, че изкуственият интелект ще контролира и процесите в енергийната система в голям мащаб в бъдеще.

Изкуствен интелект (ИИ) – Интелигентна мрежа – Интелигентна енергийна мрежа – @shutterstock | monicaodo

Въпреки че централизираното производство на електроенергия доминираше в електрическите мрежи до момента, тенденцията се измества към децентрализирани производствени мощности. Това е особено вярно за възобновяемите енергийни източници като фотоволтаични системи, слънчеви термоелектрически централи, вятърни турбини и биогазови инсталации. Това води до значително по-сложна структура, предимно в областите на контрола на натоварването, регулирането на напрежението в разпределителната мрежа и поддържането на стабилността на мрежата. По-малките, децентрализирани производствени мощности, за разлика от средните и големите електроцентрали, също захранват директно с по-ниски нива на напрежение, като например мрежите с ниско или средно напрежение.

Разработване на интелигентна мрежа

Интелигентната енергийна мрежа интегрира всички заинтересовани страни в цялостна система чрез взаимодействието на производство, съхранение, управление на мрежата и потребление. Електроцентралите (включително съоръженията за съхранение) вече са контролирани, за да се гарантира, че количеството произведена електрическа енергия винаги съответства на консумираното количество. Интелигентните енергийни мрежи включват потребителите, както и децентрализираните малки доставчици на енергия и съоръжения за съхранение, в този процес на управление. Това води до балансиран модел на потребление във времето и местоположението (интелигентна енергия/интелигентно потребление на електроенергия) и позволява по-добра интеграция на недиспечируеми производствени съоръжения (напр. вятърни турбини и фотоволтаични системи) и потребители (напр. осветление).

С нарастващия дял на възобновяемите енергийни източници става все по-важно да се съгласуват колебанията в производството на енергия с колебанията в потреблението на енергия. Освен възможността за съхранение на електрическа енергия чрез системи за съхранение на енергия или помпено-акумулиращи електроцентрали, производство на електроенергия според търсенето (напр. чрез водноелектрически централи или биоенергия) и разширяване на електрическите мрежи за бързо разпределение върху големи площи, съществува и възможност за адаптиране на потреблението на електроенергия към електроснабдяването.

„Производството на електроенергия от слънчеви и вятърни електроцентрали прави системата за снабдяване значително по-фрагментирана и зависима от метеорологичните условия, отколкото работата на конвенционалните електроцентрали. Освен това потреблението трябва да бъде по-тясно съгласувано с електроснабдяването. Необходимата гъвкавост все още не може да се управлява със съществуващата инфраструктура. Децентрализираната система може да функционира само чрез цифрови процеси в реално време и автоматизирани решения“, обяснява проф. д-р Клеменс Хофман, директор на Fraunhofer IEE. Хофман вижда дигитализацията като основа за следващите стъпки в енергийния преход: „Процесите на координация и вземане на решения на децентрализираното снабдяване с възобновяема енергия са изключително сложни. Само изкуственият интелект ще направи възможно свързването на различни системи, като например електроснабдяване и топлоснабдяване, както и мобилност, в голям мащаб чрез автоматизирани решения. Чрез изграждането на екосистема за когнитивни енергийни системи ние развиваме приложенията на изкуствения интелект в енергийния сектор.“

Децентрализираната енергийна система се нуждае от изкуствен интелект

Вече има конкретна нужда от изкуствен интелект в различни области на енергийния сектор. Например, в автоматизираната търговия с енергия фокусът е върху системи, които независимо идентифицират търговски стратегии и задействат поръчки за покупка или продажба. Фотоволтаичните и вятърните електроцентрали, както и зарядните станции и електролизери, могат да използват изкуствен интелект, за да оптимизират работата си, като по този начин намалят поддръжката и удължат живота си. В мрежовия сектор технологията се използва за анализ на широк спектър от информация, идентифициране на критични ситуации и подпомагане на тяхното разрешаване.

Fraunhofer IEE работи от 15 години върху изкуствен интелект за прогнозиране на зависимо от времето производство на електроенергия от слънчева, вятърна и биоенергия. В Касел се разработва и автоматизирана система за търговия за енергийната борса EPEX Spot.

Изследвания за изкуствен интелект в енергийния сектор

„Изкуственият интелект е ключова технология за по-нататъшното развитие на енергийния преход: Преходът от централно организирана електроцентрала, базирана на изкопаеми горива, към енергийна система, базирана на възобновяеми източници, е изключително сложен процес, който може да се управлява само чрез интелигентен контрол“, каза министърът на науката на Хесен, Ангела Дорн. „Центърът за компетентност в когнитивните енергийни системи предоставя на учените пространство за нови идеи и изследователски подходи към иновациите в енергийния сектор. Радвам се, че подкрепяме създаването му. Сега е изключително важно да се комбинира експертният опит на изследователите със силни партньори от индустрията.“

Поради това в Касел се създава нов център за компетенции за когнитивни енергийни системи. Изследователският проект върху изкуствения интелект в енергийната система търси партньори от академичните среди и индустрията и вижда отлични възможности за Германия като бизнес и изследователска площадка за постигане на глобално лидерство в иновациите в тази област. Поради тази причина провинция Хесен подкрепя създаването на новия център за компетенции, който се управлява от Института Фраунхофер за енергийна икономика и енергийни системни технологии IEE.

Тези области на приложение на изкуствения интелект се изследват от новия Център за компетентност в областта на когнитивните енергийни системи в Касел, чието създаване се финансира от правителството на провинция Хесен с общо 5,8 милиона евро между 2020 и 2022 г.

K-ES

Центърът за компетентност за когнитивни енергийни системи (K-ES) се разработва от Fraunhofer IEE от средата на 2020 г. с цел изследване на икономиката на когнитивната енергия, мрежите от когнитивна енергия и технологията на когнитивните енергийни системи. Планирано е процесът на разработка да продължи десет години. K-ES има за цел да се превърне в национален и международен център за изкуствен интелект в научните изследвания и преподаването.

Центърът за компетенции за когнитивни енергийни системи (K-ES) изследва задачите на енергийните системи от гледна точка на изкуствения интелект и ги развива в три области: Икономика на когнитивната енергия, Мрежи от когнитивна енергия и Технология на когнитивните енергийни системи. „Системата за когнитивна енергия самостоятелно определя състоянието си въз основа на наличната информация и се учи да постига предварително определени цели. Изкуственият интелект не се противопоставя на човешкия интелект, а по-скоро участва в постоянен обмен с него и го подкрепя. С по-нататъшното развитие на технологията и двете страни ще се променят“, обяснява ръководителят на проекта в IEE Андре Байер.

Енергийният сектор може да надгражда и върху прозрения от други индустрии. Изкуственият интелект вече променя фундаментално автомобилната индустрия, търговията на дребно, застрахователния и финансовия сектор. За енергийния преход с възобновяеми енергийни източници и свързването на секторите, най-важните области на дигитализацията са интелигентните производители и потребители, виртуалните електроцентрали, технологиите за интелигентни мрежи и управлението на енергията в реално време.

Концепции и приложения за икономиката

Концепцията за създаване на K-ES (Център за компетентност в енергийните системи) е разработена от Fraunhofer IEE. Инициативата произтича от споразумение в коалиционното споразумение на правителството на провинция Хесен. Фазата на разработване вече е започнала. Основната цел е да се създаде екосистема за иновации и да се изгради общност от експерти. Новият център за компетентност ще бъде част от кампуса на Fraunhofer IEE, който в момента се строи в Касел, и ще допълни изследователското портфолио за трансформация на енергийните системи.

Първата стъпка включва създаване на помещения и ИТ инфраструктура с облачна система. След това ще бъде създадена дигитална платформа, която да улеснява обмена между партньори от индустрията и научните изследвания. Първоначалната фаза ще се фокусира върху набирането на учени и развиването на експертен опит. „Нашата цел е да свържем учени, които споделят обща цел, независимо къде по света се намират“, казва Байер.

До планираното официално създаване на компетентния център, фокусът ще бъде върху привличането на партньори и осигуряването на приложни проекти от индустрията. Тясната връзка с енергийния сектор е ключова част от концепцията: услугите на K-ES за енергийните компании варират от консултации и концептуални проучвания до прототипи и готови системи. „Приветстваме заявления както от изследователи, така и от компании, защото подобна екосистема процъфтява благодарение на връзката между теорията и практиката“, подчертава Хофман.

Целта: Общност с международна известност в Германия

През следващите десет години се очаква K-ES да разполага с около 100 експерти, работещи в областта на науката за данните, напредъка в машинното обучение, препоръчителните системи и управлението на дигиталните иновации. В момента 15 служители във Fraunhofer IEE работят в тези области. Новата институция има за цел да се превърне в една от водещите общности на ИИ в енергийния сектор в Германия.

За да отрази високата степен на интернационалност в изследванията на изкуствения интелект, центърът за компетенции предлага възможност за участие и на гостуващи учени от цял ​​свят. „Благодарение на специализираната инфраструктура за обучение, подходящия хардуер и софтуер, както и на цялостното хранилище за модели и данни, можем да провеждаме ефективни и междуфирмени изследвания на изкуствения интелект за енергийната система“, обяснява Кристоф Шолц, научен директор на K-ES, относно наличните възможности.

В световен мащаб се работи интензивно по разработването на изкуствен интелект. Досега Германия е похарчила значително по-малко за тези изследвания от конкурентите си САЩ и Китай. Като част от пакета за икономически стимули на германското правителство, свързан с коронавируса, до 2025 г. ще бъдат инвестирани 5 милиарда евро в изкуствен интелект. „Що се отнася до изкуствения интелект в енергийната система, Германия, като бизнес и изследователска площадка, е в добра позиция да постигне глобално лидерство в иновациите. За тази цел е изключително важно всички заинтересовани страни да работят заедно за развитието на тази тема“, каза Хофман.

Когнитивни системи

Когнитивната система е дигитална система с интерфейси между дигиталния свят и околната среда, способна да възприема и разбира нещата, да прави заключения и да се учи. Когнитивните системи са способни самостоятелно да разработват решения на човешки проблеми. Те могат да взаимодействат и да си сътрудничат с други дигитални системи, да интерпретират контексти и са адаптивни.

Когнитивните системи се използват във все по-голям брой области и например представляват фундаменталната технология за автономни превозни средства, интелигентни лични асистенти, Индустрия 4.0 и Интернет на нещата. Типична характеристика на такива системи е способността им да обработват големи количества данни за кратко време и интегрирането им в система от по-високо ниво (система от системи). До 2020 г. в тази технология по целия свят са инвестирани десетки милиарди евро.

© Fraunhofer IEE – Приложение – Когнитивни системи

Когнитивната система може самостоятелно да определя собственото си състояние и това на своите активи въз основа на наличната информация и, чрез способността си да се адаптира, да се научи да постига предварително определени цели автономно. Когнитивните енергийни системи са ключова технология за енергийния преход. Приложения в електроенергийния сектор могат да бъдат намерени в управлението на мрежата и управлението на производството и потреблението.

© Fraunhofer IEE – Енергиен аватар – Когнитивни системи

В рамките на екосистемата за когнитивни енергийни системи достъпът до изкуствен интелект се улеснява за различните пазарни роли. Задачите на операторите на инсталации, операторите на измервателни точки, мениджърите на балансиращи групи и директните търговци се автоматизират до такава степен, че могат да се изпълняват автономно. Моделът „Енергиен аватар“ (вижте по-горе) илюстрира колко лесно собственик на жилище със слънчева енергийна система може да участва на енергийния пазар, когато всички процеси са автоматизирани. „Енергиен аватар“ в момента се разработва в сътрудничество между институтите Fraunhofer IEE и IOSB-AST.

© Fraunhofer IEE – Екосистема – Когнитивни системи

Тясната връзка с енергийния сектор е част от концепцията: услугите на K-ES за енергийните компании варират от консултации и концептуални проучвания до прототипи и готови системи. Екосистемата процъфтява благодарение на връзката между теория и практика.

Автоматизация и автоматизация. Прочетете повече за това тук: „CO2 неутралност – Учим се от Amazon“

► Свържете се с мен или се присъединете към дискусията в LinkedIn

Как ще осигурим инфраструктурата на ключовите ни индустрии ще бъде от решаващо значение за бъдещето!

Три области са от особено значение тук:

• Дигитална интелигентност (цифрова трансформация, достъп до интернет, Индустрия 4.0 и интернет на нещата)
• Автономно електрозахранване (CO2 неутралност, сигурност на планирането, екологична безопасност)
• Интралогистика/Логистика (Пълна автоматизация, мобилност на стоки и хора)

Xpert.Digital ви доставя продукти от серията Smart AUDA.

• Автономизация на енергоснабдяването
• урбанизация
• Дигитална трансформация
• Автоматизация на процесите

Нова информация се добавя постоянно и се актуализира редовно.