Smart Grid: Kecerdasan buatan di bidang energi terbarukan

Itu terjadi 33 tahun yang lalu ketika saya mengenal disiplin “kecerdasan buatan” (AI) yang masih muda. Saya mengerjakan bahasa pemrograman AI LISP dan Prolog. Saya juga berhubungan dengan Internet melalui jaringan universitas. Pada saat yang sama, pasar televisi satelit sedang booming. Dari sini saya terus berkembang di bidang intralogistik hingga akhirnya saya terjun ke bidang fotovoltaik saat ini.

FAW Ulm (Lembaga Penelitian untuk Pemrosesan Pengetahuan Berorientasi Aplikasi), lembaga independen pertama untuk kecerdasan buatan, didirikan pada tahun 1987. Perusahaan seperti DaimlerChrysler AG, Jenoptik AG, Hewlett-Packard GmbH, Robert Bosch GmbH dan beberapa lainnya terlibat. Saya berada di sana sebagai asisten peneliti dari tahun 1988 hingga 1990.

Sementara itu, AI telah menyebar ke banyak bidang, baik di bidang kedokteran, hukum, pemasaran, atau permainan komputer. Yang paling terkenal adalah terjemahan mesin, misalnya dengan Google Translate atau Deepl. Saat menganalisis dan meramalkan perkembangan harga saham atau menangani membanjirnya informasi di mesin pencari.

Kecerdasan buatan adalah cabang ilmu komputer yang berhubungan dengan otomatisasi pola perilaku, yang darinya alat bantu pengambilan keputusan dapat diperoleh dan, dalam kasus terbaik, proses yang independen dan otonom dapat dilanjutkan. Hal ini sebagian besar digunakan ketika jumlah data yang terlalu besar atau tidak teratur namun tidak dapat dikelola perlu dikelola dan dikoordinasikan.

Hal ini tidak selalu berhasil. Misalnya, Amazon harus mematikan AI-nya untuk mengevaluasi pelamar karena sistem evaluasi otomatis merugikan perempuan .

Dan bahkan dengan terjemahan mesin, sering kali terdapat hambatan kasar di dalamnya yang menyebabkan kerutan atau senyuman saat Anda melihatnya lebih dekat.

Jadi tidak semudah itu dengan kecerdasan buatan. Masalahnya sebenarnya bukan pada jumlah datanya, melainkan pada alokasi yang benar. Karena Amazon sebelumnya mempekerjakan sebagian besar laki-laki, AI menyimpulkan bahwa ada defisit kinerja di kalangan perempuan. Faktanya, kurang perhatian diberikan pada fakta bahwa rendahnya proporsi perempuan dalam profesi yang didominasi laki-laki memiliki alasan sosiologis.

Masalah mendasar dari kecerdasan buatan: Pemrograman algoritma dan data awal hanya akan sebaik hasil kerja subjektif dari pengembang itu sendiri yang mengembangkan dan menyediakannya. Defisit dalam objektivitas karena emosi dan niat individu, serta kesalahan dalam interpretasi dan persepsi oleh pengembang, diambil alih oleh AI, ia belajar bersama mereka dan mengembangkannya. Jika Anda kemudian menambahkan kurangnya pengetahuan tentang hubungan antara berbagai hal dan proses (kualifikasi utama), lingkaran tersebut akan tertutup.

Lebih lanjut tentang ini: Kecerdasan buatan menjadi sederhana

Oleh karena itu, AI memerlukan banyak waktu pengembangan dan keberanian untuk mengambil kemunduran sebelum dapat berkembang menjadi sistem yang efisien.

Judul-judul seperti “Kecerdasan buatan (AI) sebagai pendorong transisi energi” atau “Bagaimana logistik mendapat manfaat dari kecerdasan buatan” adalah berita populer di media yang tidak mencerminkan jumlah pembangunan dan upaya yang perlu dilakukan dan, pertama-tama, yang terpenting, biaya sebelum profitabilitas finansial menjadi terlihat.

Kecerdasan buatan sejauh ini telah digunakan dalam industri energi terutama untuk tugas-tugas pemantauan atau peramalan.

 

Smart Grid – Listrik cerdas

Namun, seiring dengan meningkatnya pangsa listrik dari energi terbarukan, menjadi jelas bahwa AI juga akan mengendalikan proses sistem energi dalam skala besar di masa depan.

Meskipun jaringan listrik dengan pembangkit listrik terpusat sejauh ini mendominasi, trennya mengarah pada sistem pembangkitan yang terdesentralisasi. Hal ini berlaku untuk produksi dari sumber terbarukan seperti sistem fotovoltaik, pembangkit listrik tenaga panas matahari, turbin angin, dan pembangkit listrik tenaga biogas. Hal ini mengarah pada struktur yang jauh lebih kompleks, terutama di bidang pengendalian beban, pemeliharaan tegangan pada jaringan distribusi dan pemeliharaan stabilitas jaringan. Berbeda dengan pembangkit listrik berukuran sedang hingga besar, sistem pembangkitan yang lebih kecil dan terdesentralisasi juga menyalurkan langsung ke tingkat tegangan yang lebih rendah seperti jaringan tegangan rendah atau jaringan tegangan menengah.

 

Membangun jaringan listrik cerdas

Jaringan listrik cerdas mengintegrasikan semua aktor ke dalam sistem keseluruhan melalui interaksi pembangkitan, penyimpanan, manajemen jaringan, dan konsumsi. Pembangkit listrik (termasuk penyimpanan) sudah dikontrol sedemikian rupa sehingga jumlah energi listrik yang dihasilkan selalu sama dengan yang dikonsumsi. Jaringan listrik cerdas mencakup konsumen serta pemasok energi kecil dan perangkat penyimpanan yang terdesentralisasi dalam kendali ini, sehingga, di satu sisi, konsumsinya seimbang dalam ruang dan waktu (konsumsi daya cerdas/konsumsi daya cerdas) dan, di sisi lain, tidak -sistem pembangkit listrik sekali pakai (misalnya energi angin dan Sistem PV) dan konsumen (misalnya penerangan) dapat diintegrasikan dengan lebih baik.

Karena semakin besarnya pangsa energi terbarukan, maka menjadi semakin penting untuk menyelaraskan fluktuasi produksi energi dengan fluktuasi konsumsi energi. Selain kemungkinan penyimpanan energi listrik menggunakan pembangkit listrik penyimpan atau penyimpan energi, pembangkit listrik berbasis permintaan, misalnya. B. melalui pembangkit listrik tenaga air atau bioenergi, perluasan jaringan listrik untuk distribusi cepat di wilayah yang luas, terdapat juga kemungkinan untuk menyesuaikan konsumsi listrik dengan pasokan listrik.

“Pembangkitan listrik dari turbin tenaga surya dan angin membuat sistem pasokan jauh lebih terfragmentasi dan bergantung pada cuaca dibandingkan pengoperasian pembangkit listrik konvensional. Selain itu, konsumsi harus lebih didasarkan pada pasokan listrik. Fleksibilitas yang diperlukan untuk hal ini belum dapat dicapai dengan infrastruktur yang ada saat ini. Sistem yang terdesentralisasi hanya dapat berfungsi melalui proses digital secara real-time dan pengambilan keputusan secara otomatis,” jelas Prof.Dr. Clemens Hoffmann, kepala Fraunhofer IEE. Hoffmann melihat digitalisasi sebagai dasar untuk langkah selanjutnya dalam transisi energi: “Proses koordinasi dan pengambilan keputusan dalam desentralisasi pasokan energi terbarukan sangatlah kompleks. Hanya melalui kecerdasan buatan barulah dimungkinkan untuk menghubungkan berbagai sistem seperti pasokan listrik dan panas serta mobilitas melalui keputusan otomatis dalam skala besar. Dengan membangun ekosistem sistem energi kognitif, kami memajukan penerapan AI di sektor energi.”

 

Sistem energi yang terdesentralisasi membutuhkan AI

Sudah ada kebutuhan nyata akan AI di berbagai bidang industri energi. Perdagangan energi otomatis adalah tentang sistem yang secara mandiri mengidentifikasi strategi perdagangan dan memicu pembelian atau penjualan. Turbin fotovoltaik dan angin serta stasiun pengisian daya dan elektroliser dapat menggunakan AI untuk mengoptimalkan operasinya sehingga menghindari pemeliharaan dan meningkatkan masa pakainya. Di sektor jaringan, teknologi ini digunakan untuk mengevaluasi berbagai informasi, mengenali situasi kritis dan mendukung solusinya.

Fraunhofer IEE telah mengerjakan kecerdasan buatan untuk memprediksi pembangkitan listrik yang bergantung pada cuaca dari tenaga surya, angin, dan bioenergi selama 15 tahun. Sistem perdagangan otomatis untuk pertukaran listrik EPEX Spot juga sedang dikembangkan di Kassel.

 

Penelitian AI di industri energi

“Kecerdasan buatan adalah teknologi kunci untuk pengembangan transisi energi lebih lanjut: peralihan dari perekonomian pembangkit listrik berbasis bahan bakar fosil yang terorganisir secara terpusat ke sistem energi berbasis sumber terbarukan adalah proses yang sangat kompleks yang hanya dapat dikuasai melalui teknologi cerdas. kontrol”, kata Menteri Sains Hesse Angela Dorn. “Pusat Kompetensi untuk Sistem Energi Kognitif memberikan ruang bagi para ilmuwan untuk mendapatkan ide-ide baru dan pendekatan penelitian untuk inovasi dalam industri energi. Saya senang kami mendukung pembangunan ini. Saat ini penting untuk menggabungkan keahlian para peneliti dengan mitra industri yang kuat.”

Oleh karena itu, pusat kompetensi baru untuk sistem energi kognitif sedang dibangun di Kassel. Proyek penelitian tentang kecerdasan buatan dalam sistem energi sedang mencari mitra dari bidang sains dan bisnis dan melihat kondisi yang baik bagi Jerman sebagai lokasi bisnis dan penelitian untuk mencapai kepemimpinan inovasi global dalam topik ini. Itulah sebabnya negara bagian Hesse mendukung pengembangan pusat kompetensi baru yang didukung oleh Institut Fraunhofer untuk Ekonomi Energi dan Teknologi Sistem Energi (IEE).

Pusat Kompetensi Sistem Energi Kognitif yang baru di Kassel sedang meneliti bidang penerapan AI ini, yang pengembangannya didanai oleh pemerintah negara bagian Hessian dengan total 5,8 juta euro antara tahun 2020 dan 2022.

 

K-ES

Pusat Kompetensi Sistem Energi Kognitif (K-ES) telah didirikan oleh Fraunhofer IEE sejak pertengahan tahun 2020 untuk meneliti topik ekonomi energi kognitif, jaringan energi kognitif, dan teknologi sistem energi kognitif. Proses pembangunan berlangsung selama sepuluh tahun. K-ES dimaksudkan untuk menjadi pusat kecerdasan buatan nasional dan internasional dalam penelitian dan pengajaran.

Pusat Kompetensi Sistem Energi Kognitif (K-ES) melihat tugas-tugas dalam sistem energi dari perspektif AI dan mengembangkannya lebih lanjut dalam tiga bidang manajemen energi kognitif, jaringan energi kognitif, dan teknologi sistem energi kognitif. “Sistem energi kognitif secara mandiri menentukan keadaannya berdasarkan informasi yang tersedia dan belajar untuk mencapai tujuan tertentu. Kecerdasan buatan tidak bertentangan dengan kecerdasan manusia, melainkan terus-menerus berkomunikasi dan mendukungnya. Seiring dengan berkembangnya teknologi, kedua belah pihak akan berubah,” jelas manajer proyek IEE André Baier.

Industri energi juga dapat memanfaatkan temuan-temuan dari sektor lain. AI telah mengubah sektor industri otomotif, ritel, asuransi, dan keuangan secara berkelanjutan. Untuk transisi energi dengan energi terbarukan dan penggabungan sektor, bidang digitalisasi yang paling penting adalah produsen dan konsumen cerdas, pembangkit listrik virtual, teknologi jaringan pintar, dan ekonomi energi real-time.

 

Konsep dan aplikasi untuk bisnis

Konsep struktur K-ES dikembangkan oleh Fraunhofer IEE. Inisiatif ini didasarkan pada kesepakatan dalam perjanjian koalisi pemerintah negara bagian Hessian. Kini tahap konstruksi sudah dimulai. Tujuan utamanya adalah menciptakan ekosistem inovasi dan membentuk komunitas ahli. Pusat kompetensi baru ini akan menjadi bagian dari kampus Fraunhofer IEE di Kassel, yang saat ini sedang dibangun, dan akan melengkapi spektrum penelitian untuk transformasi sistem energi.

Pada langkah pertama, lokasi dan infrastruktur TI disiapkan dengan sistem cloud. Sebuah platform digital kemudian akan diciptakan di mana mitra bisnis dan penelitian dapat bertukar ide. Fokus tahap awal adalah merekrut ilmuwan dan membangun keterampilan. “Tujuan kami adalah untuk menghubungkan para ilmuwan yang memiliki tujuan yang sama, di mana pun para ahli tersebut berada,” kata Baier.

Hingga rencana pendirian pusat kompetensi secara resmi, fokusnya juga akan pada perolehan mitra dan proyek aplikasi dari industri. Karena hubungan erat dengan industri energi adalah bagian dari konsep tersebut: layanan K-ES untuk perusahaan energi mencakup konsultasi dan studi konsepsi melalui prototipe hingga sistem turnkey. “Kami menyambut baik lamaran dari para peneliti dan perusahaan, karena ekosistem seperti itu tumbuh subur dalam jaringan antara teori dan praktik,” tegas Hoffmann.

 

Tujuannya: Komunitas bereputasi internasional di Jerman

Selama sepuluh tahun ke depan, direncanakan sekitar 100 ahli di K-ES akan bekerja pada disiplin ilmu data, kemajuan pembelajaran mesin, sistem rekomendasi, dan manajemen inovasi digital. Saat ini terdapat 15 karyawan di Fraunhofer IEE yang bekerja di bidang studi ini. Tujuan dari fasilitas baru ini adalah untuk menjadi salah satu komunitas AI terkemuka di industri energi di Jerman.

Untuk mempertimbangkan tingginya internasionalitas penelitian AI, pusat kompetensi juga menawarkan kesempatan kepada ilmuwan tamu dari seluruh dunia untuk berpartisipasi. “Berkat infrastruktur pelatihan khusus, perangkat keras dan perangkat lunak yang sesuai serta model dan basis data yang komprehensif, kami dapat melakukan penelitian AI untuk sistem energi secara efisien dan di seluruh lokasi,” jelas direktur ilmiah K-ES, Christoph Scholz, the kemungkinan-kemungkinan yang ada.

Pekerjaan intensif sedang dilakukan di seluruh dunia untuk pengembangan AI. Jerman sejauh ini mengeluarkan dana yang jauh lebih sedikit untuk penelitian terkait dibandingkan pesaingnya Amerika Serikat dan Tiongkok. Sebagai bagian dari paket masa depan Corona yang dicanangkan pemerintah federal, 5 miliar euro kini akan diinvestasikan pada AI pada tahun 2025. “Dalam hal AI dalam sistem energi, Jerman sebagai lokasi bisnis dan penelitian berada pada posisi yang tepat untuk mencapai kepemimpinan inovasi global. “Penting bagi semua pemangku kepentingan untuk bersama-sama memajukan isu ini,” kata Hoffmann.

 

Sistem kognitif

Sistem kognitif adalah sistem digital dengan antarmuka antara dunia digital dan lingkungan yang dapat mempersepsi dan memahami sesuatu, serta menarik kesimpulan dan belajar darinya. Sistem kognitif mampu secara mandiri mengembangkan solusi untuk tugas-tugas manusia. Mereka dapat berinteraksi dan bekerja sama dengan sistem digital lainnya, menafsirkan konteks, dan mudah beradaptasi.

Sistem kognitif kini semakin banyak digunakan di berbagai bidang dan mewakili, misalnya, teknologi dasar untuk kendaraan tanpa pengemudi, asisten pribadi yang cerdas, Industri 4.0, dan Internet of Things. Karakteristik umum dari sistem tersebut adalah dapat memproses data dalam jumlah besar sejumlah data dalam waktu singkat dan tertanam dalam sistem tingkat yang lebih tinggi (sistem dari sistem). Puluhan miliar euro diinvestasikan dalam teknologi ini di seluruh dunia pada tahun 2020.

Sebuah sistem kognitif dapat secara mandiri menentukan keadaannya sendiri dan keadaan asetnya berdasarkan informasi yang tersedia dan, melalui kemampuan beradaptasi, belajar mencapai tujuan tertentu secara mandiri. Sistem energi kognitif adalah teknologi kunci untuk transisi energi. Penerapannya dalam industri ketenagalistrikan dapat ditemukan di bidang manajemen jaringan dan manajemen pembangkitan dan konsumsi.

Dalam ekosistem sistem energi kognitif, akses terhadap AI menjadi lebih mudah untuk berbagai peran pasar. Tugas operator sistem dan titik pengukuran, manajer kelompok penyeimbang, dan pemasar langsung diotomatisasi sedemikian rupa sehingga berjalan secara independen. Model “Avatar Energi” (lihat di atas) menggambarkan betapa mudahnya seorang “pembangun rumah” dapat berpartisipasi dalam pasar energi dengan tata surya jika semua prosesnya dilakukan secara otomatis. Avatar energi saat ini sedang dikembangkan melalui kolaborasi antara Institut Fraunhofer IEE dan IOSB-AST.

Hubungan erat dengan industri energi adalah bagian dari konsep ini: Layanan K-ES untuk perusahaan energi mencakup konsultasi dan studi konsep melalui prototipe hingga sistem siap pakai. Ekosistem tumbuh subur dalam jaringan antara teori dan praktik.

Otomatisasi dan otonomi. Baca lebih lanjut tentang ini di sini: “ Netralitas CO2 – Belajar dari Amazon ”