Smart Grid: Umělá inteligence v oblasti obnovitelných energií

Výběr hlasu 📢

Publikováno dne: 10. září 2020 / Aktualizace od: 21. června 2023 - Autor: Konrad Wolfenstein

Umělá inteligence v oblasti obnovitelných energií – @shutterstock | monicaodo

Bylo to před 33 lety, když jsem přišel do kontaktu s „umělou inteligencí“ (AI). Zabýval jsem se programovacím jazykům AI Lisp a Prolog. Také jsem přišel do kontaktu s internetem prostřednictvím University Network. Současně se trh pro satelitní televizi rozvíjel. Odtud jsem se pokračoval v rozvoji v oblasti intralogistiky, dokud jsem ještě nedorazil do fotovoltaiky.

FAW Ulm (Research Institute for Application-Oriented Knowledge Processing), první nezávislý institut pro umělou inteligenci, byl založen v roce 1987. Zapojeny byly společnosti jako DaimlerChrysler AG, Jenoptik AG, Hewlett-Packard GmbH, Robert Bosch GmbH a několik dalších. Byl jsem tam jako výzkumný asistent v letech 1988 až 1990.

Mezitím si AI našla cestu do mnoha oblastí, ať už jde o medicínu, právo, marketing nebo počítačové hry. Nejznámější jsou strojové překlady, například s Google Translate nebo Deepl. Při analýze a předpovídání vývoje cen akcií nebo zvládání záplavy informací ve vyhledávačích.

Umělá inteligence je obor informatiky, který se zabývá automatizací vzorců chování, z nichž lze odvozovat pomůcky pro rozhodování a v lepším případě pokračovat v nezávislých, autonomních procesech. Většinou se používá, když je potřeba spravovat a koordinovat příliš velké nebo neuspořádané, ale nezvládnutelné množství dat.

Ne vždy je to úspěšné. Například Amazon musel vypnout svou AI pro hodnocení žadatelů, protože automatický systém hodnocení znevýhodňoval ženy .

A i u strojových překladů jsou v nich často hrubé bloky, které při bližším pohledu způsobí zamračení nebo úsměv.

S umělou inteligencí to tedy není tak jednoduché. Problém vlastně není v množství dat, ale spíše ve správné alokaci. Protože Amazon dříve najímal převážně muže, AI došla k závěru, že mezi ženami existuje výkonnostní deficit. Ve skutečnosti byla věnována menší pozornost skutečnosti, že nízký podíl žen v profesích s převahou mužů má sociologické důvody.

Zásadní problém umělé inteligence: Naprogramování algoritmů a výchozí data jsou jen tak kvalitní, jak kvalitní je subjektivní práce samotných vývojářů, kteří je vyvíjejí a zpřístupňují. Deficity v objektivitě kvůli individuálním emocím a záměrům, stejně jako chyby v interpretaci a vnímání ze strany vývojářů, přebírá AI, učí se s nimi a rozšiřuje je. Pokud se pak k tomu přidá nedostatek znalostí o souvislostech mezi věcmi a procesy (klíčové kvalifikace), kruh se uzavírá.

Více o tomto: Umělá inteligence je jednoduchá

Umělá inteligence proto potřebuje hodně času na vývoj a odvahu přijmout překážky, než se z ní může vyvinout účinný systém.

Titulky, jako je „Umělá inteligence (AI) jako řidiče energetického přechodu“ nebo „Jak logistika těží z umělé inteligence“, jsou střední uličky, která nemusí být na začátku reprodukována, která musí být provozována pro rozvoj a úsilí a že náklady jsou zpočátku viditelné před finanční ziskovostí.

Umělá inteligence se dosud v energetice využívala především pro sledování nebo předpovídání úkolů.

Smart Grid – Inteligentní elektřina

S rostoucím podílem elektřiny z obnovitelných zdrojů je však jasné, že AI bude v budoucnu ve velkém měřítku řídit i procesy energetického systému.

Umělá inteligence (AI) / Umělá inteligence (AI) – Smart Grid – Inteligentní napájecí síť – @shuterstock | monicaodo

Umělá inteligence (AI) / Umělá inteligence (AI) – Smart Grid – Inteligentní napájecí síť – @shutterstock | monicaodo

Zatímco dosud dominovaly energetické sítě s centrální výrobou elektřiny, trend směřuje k decentralizovaným výrobním systémům. Týká se to výroby z obnovitelných zdrojů, jako jsou fotovoltaické systémy, solární tepelné elektrárny, větrné turbíny a bioplynové stanice. To vede k mnohem složitější struktuře především v oblasti řízení zátěže, udržování napětí v distribuční síti a udržování stability sítě. Na rozdíl od středně velkých až větších elektráren jsou menší decentralizované výrobní systémy také napájeny přímo do nižších napěťových úrovní, jako je síť nízkého napětí nebo síť vysokého napětí.

Budování chytré elektrické sítě

Inteligentní rozvodná síť integruje všechny aktéry do celkového systému prostřednictvím interakce výroby, skladování, správy sítě a spotřeby. Elektrárny (včetně akumulačních) jsou již řízeny tak, aby se vždy vyrobilo stejné množství elektrické energie, jaké se spotřebuje. Inteligentní energetické sítě do tohoto řízení zahrnují spotřebitele i decentralizované malé dodavatele energie a akumulační zařízení, takže na jedné straně je spotřeba časově a prostorově vyvážená (smart power/inteligentní spotřeba energie) a na druhé straně není - jednorázové výrobní systémy (např. větrná energie a fotovoltaické systémy) a spotřebitelé (např. osvětlení) mohou být lépe integrovány.

Vzhledem k většímu podílu obnovitelných energií je stále důležitější sladit výkyvy ve výrobě energie s výkyvy ve spotřebě energie. Kromě možnosti akumulace elektrické energie pomocí energetických zásobníků nebo akumulačních elektráren, je poptávková výroba elektřiny kupř. B. prostřednictvím vodních elektráren nebo bioenergie, rozšiřování energetických sítí pro rychlou distribuci na velké ploše, existuje také možnost přizpůsobení spotřeby energie napájení.

„Výroba energie ze solárních a větrných turbín způsobuje, že zásobovací systém je mnohem malý a závislý na počasí než provoz konvenčních elektráren. Kromě toho musí být spotřeba s větší pravděpodobností založena na rozsahu. Nelze dosud zvládnout nezbytnou flexibilitu s předchozí infrastrukturou. Decentralizovaný systém může fungovat pouze prostřednictvím digitálních procesů v reálném čase a automatizovaným rozhodnutím, “vysvětluje Prof. Dr. Clemens Hoffmann, vedoucí Fraunhofer IEE. Hoffmann vidí základ pro další kroky v energetickém přechodu v digitalizaci: „Koordinační a rozhodovací procesy decentralizované dodávky obnovitelné energie jsou velmi složité. Pouze prostřednictvím umělé inteligence je možné kombinovat různé systémy, jako je dodávka elektřiny a tepla a mobilita prostřednictvím automatizovaných rozhodnutí ve velkém měřítku. Založením ekosystému pro kognitivní energetické systémy rozvíjíme aplikace AI v energetickém sektoru.

Decentralizovaný energetický systém potřebuje AI

V různých oblastech energetického průmyslu již existuje konkrétní potřeba AI. Automatické obchodování s energií je o systémech, které nezávisle identifikují obchodní strategie a spouštějí nákupy nebo prodeje. Fotovoltaické a větrné turbíny, stejně jako nabíjecí stanice a elektrolyzéry mohou využívat AI k optimalizaci jejich provozu, a tím se vyhnout údržbě a zvýšit jejich životnost. V síťovém sektoru se tato technologie používá k vyhodnocování různých informací, k rozpoznání kritických situací a podpoře jejich řešení.

Fraunhofer IEE se již 15 let zabývá umělou inteligencí pro předpovídání výroby elektřiny ze slunce, větru a bioenergie závislé na počasí. V Kasselu se také vyvíjí automatický obchodní systém pro burzu s elektřinou EPEX Spot.

Výzkum pro AI v energetickém průmyslu

„Umělá inteligence je klíčovou technologií pro další rozvoj energetického přechodu: odklon od centrálně organizovaných a založených na fosilních palivech do energetického systému do energetického systému založený na obnovitelných zdrojích je velmi složitý proces, který lze zvládnout pouze inteligentní kontrolou,“ říká Hessen ministryně vědy Angela Dorn. „Kompetentní středisko pro kognitivní energetické systémy dává vědcům prostor pro nové nápady a výzkumné přístupy k inovacím v energetickém průmyslu. Jsem rád, že podporujeme strukturu. Nyní záleží na kombinaci odbornosti vědců se silnými partnery z ekonomiky. “

V Kasselu se proto buduje nové kompetenční centrum pro kognitivní energetické systémy. Výzkumný projekt umělé inteligence v energetickém systému hledá partnery z oblasti vědy a obchodu a vidí dobré podmínky pro Německo jako obchodní a výzkumné místo k dosažení globálního inovačního prvenství v tomto tématu. Proto stát Hesensko podporuje rozvoj nového kompetenčního centra podporovaného Fraunhoferovým institutem pro energetickou ekonomiku a technologii energetických systémů IEE.

Nové centrum kompetence kognitivních energetických systémů v Kasselu zkoumá tyto oblasti aplikace AI, jehož vývoj financuje hesenská státní vláda v letech 2020 až 2022 celkovou částkou 5,8 milionu eur.

K-ES

Centrum kompetence kognitivního energetického systému (K-ES) zřídila Fraunhofer IEE od poloviny roku 2020 za účelem výzkumu témat kognitivní energetické ekonomiky, kognitivních energetických sítí a technologie kognitivních energetických systémů. Vývojový proces trvá deset let. K-ES se má stát národním a mezinárodním centrem pro umělou inteligenci ve výzkumu a výuce.

Centrum kompetencí pro kognitivní energetické systémy (K-ES) se zabývá úkoly v energetickém systému z pohledu AI a dále je rozvíjí ve třech oblastech průmyslu kognitivní energie, kognitivní energetické sítě a technologii kognitivního energetického systému. „Kognitivní energetický systém nezávisle určuje jeho stav na základě dostupných informací a učí se dosáhnout určených cílů. Umělá inteligence se neliší v lidské inteligenci, ale s ní v neustálé výměně a podporuje ji. S dalším vývojem technologie se obě strany změní, “vysvětluje projektový manažer IEE André Baier.

Energetika může stavět i na poznatcích z jiných odvětví. Umělá inteligence již udržitelně mění automobilový průmysl, maloobchod, pojišťovnictví a finanční sektory. Pro energetickou transformaci s obnovitelnými energiemi a propojením sektorů jsou nejdůležitějšími oblastmi digitalizace inteligentní výrobci a spotřebitelé, virtuální elektrárny, technologie inteligentních sítí a energetická ekonomika v reálném čase.

Koncepty a aplikace pro podnikání

Koncept struktury K-ES byl vyvinut Fraunhofer IEE. Iniciativa je založena na dohodě v koaliční smlouvě hesenské zemské vlády. Nyní začala fáze výstavby. Primárním cílem je vytvořit ekosystém pro inovace a vytvořit komunitu odborníků. Nové kompetenční centrum bude součástí kampusu Fraunhofer IEE v Kasselu, který je v současné době ve výstavbě, a doplní výzkumné spektrum pro transformaci energetických systémů.

V prvním kroku jsou nastaveny prostory a IT infrastruktura s cloudovým systémem. Poté je vytvořena digitální platforma, díky níž si mohou partneři z podnikání a výzkumu vyměňovat nápady. Počáteční fáze se zaměřuje na nábor vědců a navázání dovedností. "Naším zájmem je kombinovat vědce, kteří mají na mysli společný cíl, bez ohledu na to, kde je svět doma," řekl Baier.

Až do plánovaného oficiálního nadace kompetenčního centra je důraz i na pořízení partnerů a aplikačních projektů z ekonomiky. Protože úzké spojení s energetickým průmyslem je součástí konceptu: Služby energetických společností K-E-for Energy zahrnují poradenské a koncepční studie, prototypy a systémy na klíč. „Těšíme se na aplikace vědců i společností, protože takový ekosystém žije ze sítě mezi teorií a praxí,“ zdůrazňuje Hoffmann.

Cíl: Společenství s mezinárodní reputací v Německu

Během příštích deseti let se plánuje, že kolem 100 odborníků v K-ES bude pracovat v disciplínách datové vědy, pokroku ve strojovém učení, doporučovacích systémech a řízení digitálních inovací. V současné době ve Fraunhofer IEE pracuje v těchto oblastech 15 zaměstnanců. Cílem nového zařízení je stát se jednou z předních komunit pro umělou inteligenci v energetickém průmyslu v Německu.

Aby bylo možné zohlednit vysokou internacionalitu výzkumu AI, nabízí kompetentní centrum také hostujícím vědcům z celého světa příležitost k účasti. „Vzhledem ke speciální infrastruktuře školení, odpovídající hardwarové a software, jakož i komplexní model a databázi, můžeme efektivně a efektivně a napříč místem provozovat výzkum EIC pro energetický systém,“ vysvětluje vědecký ředitel K-ES Christoph Scholz, stávající možnosti.

Rozvoj AI intenzivně pracuje po celém světě. Doposud Německo vydalo pro odpovídající výzkum výrazně méně než konkurenti USA a Čínu. V průběhu budoucího balíčku federální vlády budou do roku 2025 investovat do AI 5 miliard EUR. „V AI v energetickém systému má Německo jako místo pro podnikání a výzkum dobré podmínky k dosažení vedení globálních inovací. Pro všechny zúčastněné strany je důležité, aby se téma společně posílily, “řekl Hoffmann.

Kognitivní systémy

Kognitivní systém je digitální systém s rozhraními mezi digitálním světem a prostředím, který dokáže věci vnímat a chápat, stejně jako vyvozovat závěry a učit se z nich. Kognitivní systémy jsou schopny samostatně vyvíjet řešení lidských úkolů. Dokážou interagovat a spolupracovat s jinými digitálními systémy, interpretovat kontexty a jsou adaptabilní.

Kognitivní systémy se používají ve stále větším počtu oblastí a představují například základní technologii pro samořídící vozidla, inteligentní osobní asistenty, Průmysl 4.0 a internet věcí. Typickou vlastností takových systémů je, že dokážou zpracovat velké množství dat v krátkém čase a ve vnořených v systému vyšší úrovně (systému systémů). Do roku 2020 byly do této technologie celosvětově investovány desítky miliard eur.

© Fraunhofer IEE - Aplikace - Kognitivní systémy

Kognitivní systém může nezávisle určovat svůj vlastní stav a stav svých aktiv na základě dostupných informací a prostřednictvím schopnosti adaptace se naučit samostatně dosahovat stanovených cílů. Kognitivní energetické systémy jsou klíčovou technologií pro energetický přechod. Aplikace v elektroenergetice nalezneme v oblasti správy sítí a řízení výroby a spotřeby.

V rámci ekosystému pro kognitivní energetické systémy je přístup k AI pro různé role na trhu snazší. Úkoly operátorů systémů a měřicích míst, manažerů bilančních skupin a přímých marketérů jsou automatizovány do té míry, že běží samostatně. Model „Energy Avatar“ (viz výše) ilustruje, jak snadno se může „domácí stavitel“ účastnit trhu s energií se svým solárním systémem, pokud jsou všechny procesy automatizovány. Energetický avatar je v současné době vyvíjen ve spolupráci mezi Fraunhofer Institutes IEE a IOSB-AST.

© Fraunhofer IEE - Ekosystém - Kognitivní systémy

Součástí konceptu je úzké propojení s energetikou: služby K-ES pro energetické společnosti zahrnují poradenství a koncepční studie přes prototypy až po systémy na klíč. Ekosystému se daří díky propojení teorie a praxe.

Automatizace a autonomizace. Přečtěte si o tom více zde: „ Neutralita CO2 – učte se od Amazonu “

► Kontaktujte mě nebo se mnou diskutujte na LinkedIn

Pro budoucnost bude klíčové, jak zabezpečíme infrastrukturu našich klíčových odvětví!

Zvláště důležité jsou zde tři oblasti:

Digitální inteligence (digitální transformace, přístup k internetu, Průmysl 4.0 a internet věcí)
Autonomní napájení (neutralita CO2, bezpečnost plánování, bezpečnost pro životní prostředí)
Intralogistika/logistika (plná automatizace, mobilita zboží a osob)

Xpert.Digital vás sem přináší z řady Smart AUDA