Rețea inteligentă: Inteligența artificială în domeniul energiilor regenerabile

Au trecut 33 de ani de când am întâlnit pentru prima dată domeniul, pe atunci aflat la început de drum, al Inteligenței Artificiale (IA). Am lucrat cu limbajele de programare LISP și Prolog. Prin intermediul rețelei universitare, am intrat în contact și cu internetul. În același timp, piața televiziunii prin satelit era în plină expansiune. De acolo, mi-am dezvoltat abilitățile în domeniul intralogisticii, ajungând în cele din urmă la poziția mea actuală în domeniul fotovoltaic.

FAW Ulm (Institutul de Cercetare pentru Prelucrarea Cunoștințelor Orientate spre Aplicații) a fost fondat în 1987 ca primul institut independent pentru inteligența artificială. Au fost implicate companii precum DaimlerChrysler AG, Jenoptik AG, Hewlett-Packard GmbH, Robert Bosch GmbH și multe altele. Eu însumi am lucrat acolo ca asistent de cercetare între 1988 și 1990.

Între timp, inteligența artificială (IA) și-a găsit drumul în multe domenii, fie că este vorba de medicină, drept, marketing sau jocuri pe calculator. Traducerile automate, de exemplu cu Google Translate sau DeepL, se numără printre cele mai cunoscute aplicații. IA este utilizată și în analiza și prognozarea mișcărilor prețurilor acțiunilor și în gestionarea avalanșei de informații din motoarele de căutare.

Inteligența artificială este un subdomeniu al informaticii care se ocupă cu automatizarea modelelor comportamentale, din care se poate obține suport decizional și, în mod ideal, poate duce la procese independente și autonome. Este cel mai adesea utilizată atunci când trebuie gestionată și coordonată o cantitate excesiv de mare sau nestructurată, dar imposibil de gestionat, de date.

Nu are întotdeauna succes. De exemplu, Amazon a trebuit să dezactiveze inteligența artificială pentru evaluarea candidaților, deoarece sistemul automat de evaluare dezavantaja femeile .

Și chiar și în traducerile automate, există încă destul de des erori grosolane care, la o inspecție mai atentă, provoacă încruntări sau zâmbete.

Așadar, inteligența artificială nu este chiar atât de simplă. Problema nu este de fapt cantitatea de date, ci mai degrabă interpretarea lor corectă. Deoarece Amazon angajase predominant bărbați, inteligența artificială a ajuns la concluzia că femeile aveau un deficit de performanță. Cu toate acestea, a omis să ia în considerare faptul că procentul scăzut de femei în profesiile dominate de bărbați are cauze sociologice.

Problema fundamentală a inteligenței artificiale este că programarea algoritmilor și a datelor sursă sunt la fel de bune ca munca subiectivă a dezvoltatorilor care le creează și le furnizează. Deficiențele de obiectivitate datorate emoțiilor și intențiilor individuale, precum și erorile de interpretare și percepție din partea dezvoltatorilor, sunt preluate de IA; aceasta învață din ele și își dezvoltă în continuare capacitățile. Dacă la aceasta se adaugă lipsa de cunoștințe despre interrelațiile dintre lucruri și procese (competențe cheie), ciclul este complet.

Mai multe despre asta: Inteligența artificială simplificată

Prin urmare, IA are nevoie de mult timp de dezvoltare și de curajul de a înfrunta eșecurile înainte de a putea apărea un sistem eficient.

Titluri precum „Inteligența artificială (IA) ca motor al tranziției energetice” sau „Cum beneficiază logistica de inteligența artificială” sunt senzații mediatice care nici măcar nu încep să reflecte dezvoltarea și efortul necesar și că principala preocupare este costurile înainte ca profitabilitatea financiară să devină evidentă.

Inteligența artificială a fost utilizată până acum în industria energetică în principal pentru sarcini de monitorizare sau prognoză.

 

Rețea inteligentă – Energie inteligentă

Cu toate acestea, odată cu creșterea ponderii energiei electrice din energii regenerabile, devine clar că inteligența artificială va controla, de asemenea, procesele sistemului energetic la scară largă în viitor.

Deși până în prezent, generarea centralizată de energie electrică a dominat rețelele electrice, tendința se îndreaptă către instalații de generare descentralizate. Acest lucru este valabil în special pentru sursele de energie regenerabilă, cum ar fi sistemele fotovoltaice, centralele solare termice, turbinele eoliene și instalațiile de biogaz. Aceasta duce la o structură semnificativ mai complexă, în principal în domeniile controlului sarcinii, reglării tensiunii în rețeaua de distribuție și menținerii stabilității rețelei. Instalațiile de generare descentralizate mai mici, spre deosebire de centralele electrice medii și mari, alimentează direct și rețele de joasă tensiune sau medie tensiune.

 

Dezvoltarea unei rețele inteligente

O rețea electrică inteligentă integrează toate părțile interesate într-un sistem cuprinzător prin interacțiunea dintre generare, stocare, managementul rețelei și consum. Centralele electrice (inclusiv instalațiile de stocare) sunt deja controlate pentru a se asigura că cantitatea de energie electrică produsă corespunde întotdeauna cu cantitatea consumată. Rețelele electrice inteligente încorporează consumatorii, precum și furnizorii descentralizați de energie la scară mică și instalațiile de stocare, în acest proces de control. Acest lucru are ca rezultat un model de consum echilibrat în timp și locație (consum inteligent de energie/energie electrică) și permite o mai bună integrare a instalațiilor de generare nedispecerizabile (de exemplu, turbine eoliene și sisteme fotovoltaice) și a consumatorilor (de exemplu, iluminat).

Odată cu creșterea ponderii energiilor regenerabile, devine din ce în ce mai importantă alinierea fluctuațiilor producției de energie cu fluctuațiile consumului de energie. Pe lângă posibilitatea stocării energiei electrice utilizând sisteme de stocare a energiei sau centrale electrice cu pompare, generarea de energie electrică în funcție de cerere (de exemplu, prin centrale hidroelectrice sau bioenergie) și extinderea rețelelor electrice pentru distribuția rapidă pe suprafețe mari, există și opțiunea de ajustare a consumului de energie electrică la furnizarea de energie electrică.

„Generarea de energie electrică din centrale solare și eoliene face ca sistemul de aprovizionare să fie semnificativ mai fragmentat și mai dependent de condițiile meteorologice decât funcționarea centralelor electrice convenționale. În plus, consumul trebuie să fie mai strâns aliniat cu furnizarea de energie electrică. Flexibilitatea necesară nu poate fi încă gestionată cu infrastructura existentă. Un sistem descentralizat poate funcționa doar prin procese digitale în timp real și decizii automatizate”, explică prof. dr. Clemens Hoffmann, directorul Fraunhofer IEE. Hoffmann consideră digitalizarea ca fiind fundamentul pentru următorii pași în tranziția energetică: „Procesele de coordonare și luare a deciziilor pentru o furnizare descentralizată de energie regenerabilă sunt extrem de complexe. Doar inteligența artificială va face posibilă conectarea diferitelor sisteme, cum ar fi furnizarea de energie electrică și termică, precum și mobilitatea, la scară largă prin decizii automatizate. Prin construirea unui ecosistem pentru sisteme energetice cognitive, avansăm aplicațiile IA în sectorul energetic.”

 

Un sistem energetic descentralizat are nevoie de inteligență artificială

Există deja o nevoie concretă de inteligență artificială (IA) în diverse domenii ale sectorului energetic. De exemplu, în tranzacționarea automatizată a energiei, accentul se pune pe sistemele care identifică independent strategiile de tranzacționare și declanșează ordine de cumpărare sau vânzare. Centralele fotovoltaice și eoliene, precum și stațiile de încărcare și electrolizoarele, pot utiliza IA pentru a-și optimiza funcționarea, reducând astfel întreținerea și prelungindu-le durata de viață. În sectorul rețelelor electrice, tehnologia este utilizată pentru a analiza o gamă largă de informații, a identifica situațiile critice și a sprijini rezolvarea acestora.

Fraunhofer IEE lucrează de 15 ani la inteligența artificială pentru prezicerea generării de energie electrică dependentă de vreme din energie solară, eoliană și bioenergie. De asemenea, la Kassel este în curs de dezvoltare un sistem automat de tranzacționare pentru bursa de energie EPEX Spot.

 

Cercetare pentru IA în sectorul energetic

„Inteligența artificială este o tehnologie cheie pentru dezvoltarea ulterioară a tranziției energetice: Trecerea de la o industrie a centralelor electrice organizată central, bazată pe combustibili fosili, la un sistem energetic bazat pe surse regenerabile este un proces extrem de complex care poate fi gestionat doar prin control inteligent”, a declarat ministrul științei din Hesse, Angela Dorn. „Centrul de competențe pentru sisteme energetice cognitive oferă oamenilor de știință spațiu pentru idei noi și abordări de cercetare a inovațiilor în sectorul energetic. Sunt încântată că sprijinim înființarea sa. Acum este crucial să combinăm expertiza cercetătorilor cu parteneri puternici din industrie.”

Prin urmare, la Kassel se înființează un nou centru de competență pentru sisteme energetice cognitive. Proiectul de cercetare privind inteligența artificială în sistemul energetic caută parteneri din mediul academic și industrial și vede oportunități excelente pentru Germania, ca loc de afaceri și cercetare, de a atinge poziția de lider global în inovare în acest domeniu. Din acest motiv, landul Hessa sprijină înființarea noului centru de competență, care este administrat de Institutul Fraunhofer pentru Economie Energetică și Tehnologia Sistemelor Energetice (IEE).

Aceste domenii de aplicare ale inteligenței artificiale sunt cercetate de noul Centru de Competențe pentru Sisteme Energetice Cognitive din Kassel, a cărui înființare este finanțată de guvernul statului Hessa cu un total de 5,8 milioane de euro între 2020 și 2022.

 

K-ES

Centrul de Competențe pentru Sisteme Energetice Cognitive (K-ES) este în curs de dezvoltare de către Fraunhofer IEE de la mijlocul anului 2020 pentru a cerceta economia energiei cognitive, rețelele de energie cognitivă și tehnologia sistemelor energetice cognitive. Procesul de dezvoltare este planificat să dureze zece ani. K-ES își propune să devină un centru național și internațional pentru inteligența artificială în cercetare și predare.

Centrul de Competențe pentru Sisteme Energetice Cognitive (K-ES) examinează sarcinile sistemului energetic dintr-o perspectivă a inteligenței artificiale și le dezvoltă în continuare în trei domenii: Economia Energiei Cognitive, Rețelele Energetice Cognitive și Tehnologia Sistemelor Energetice Cognitive. „Un sistem energetic cognitiv își determină independent starea pe baza informațiilor disponibile și învață să atingă obiective predefinite. Inteligența artificială nu se opune inteligenței umane, ci mai degrabă se angajează într-un schimb constant cu aceasta și o susține. Odată cu dezvoltarea ulterioară a tehnologiei, ambele părți se vor schimba”, explică managerul de proiect IEE, André Baier.

Sectorul energetic se poate baza, de asemenea, pe cunoștințele acumulate în alte industrii. Inteligența artificială schimbă deja fundamental industria auto, comerțul cu amănuntul, precum și sectoarele asigurărilor și financiar. Pentru tranziția energetică cu energii regenerabile și cuplarea sectoarelor, cele mai importante domenii ale digitalizării sunt producătorii și consumatorii inteligenți, centralele electrice virtuale, tehnologiile rețelelor inteligente și managementul energiei în timp real.

 

Concepte și aplicații pentru economie

Conceptul pentru înființarea K-ES (Centrul de Competențe pentru Sisteme Energetice) a fost dezvoltat de Fraunhofer IEE. Inițiativa provine dintr-un acord din cadrul acordului de coaliție al guvernului landului Hessa. Faza de dezvoltare a început acum. Scopul principal este de a crea un ecosistem pentru inovare și de a construi o comunitate de experți. Noul centru de competențe va face parte din campusul Fraunhofer IEE, aflat în prezent în construcție la Kassel, și va completa portofoliul de cercetare pentru transformarea sistemelor energetice.

Primul pas implică amenajarea spațiilor și a infrastructurii IT cu un sistem cloud. Ulterior, va fi creată o platformă digitală pentru a facilita schimbul între parteneri din industrie și cercetare. Faza inițială se va concentra pe recrutarea oamenilor de știință și dezvoltarea expertizei. „Scopul nostru este de a conecta oamenii de știință care au un obiectiv comun, indiferent de locul în lume în care se află”, spune Baier.

Până la înființarea oficială planificată a centrului de competență, accentul se va pune pe atragerea de parteneri și asigurarea proiectelor de aplicații din industrie. O legătură strânsă cu sectorul energetic este o parte cheie a conceptului: serviciile K-ES pentru companiile energetice variază de la consultanță și studii de concept până la prototipuri și sisteme la cheie. „Salutăm candidaturile atât din partea cercetătorilor, cât și a companiilor, deoarece un astfel de ecosistem prosperă pe baza conectării în rețea dintre teorie și practică”, subliniază Hoffmann.

 

Scopul: O comunitate de renume internațional în Germania

În următorii zece ani, se așteaptă ca K-ES să aibă aproximativ 100 de experți care să lucreze în domeniile științei datelor, progreselor în învățarea automată, sistemelor de recomandare și managementului inovației digitale. În prezent, 15 angajați de la Fraunhofer IEE lucrează în aceste domenii. Noua instituție își propune să devină una dintre comunitățile de inteligență artificială de top din sectorul energetic din Germania.

Pentru a reflecta gradul ridicat de internaționalitate în cercetarea în domeniul inteligenței artificiale, centrul de competență oferă, de asemenea, oamenilor de știință din întreaga lume oportunitatea de a participa. „Datorită infrastructurii de formare specializate, hardware-ului și software-ului adecvate și unui depozit cuprinzător de modele și date, putem desfășura cercetări eficiente și inter-site în domeniul inteligenței artificiale pentru sistemul energetic”, explică Christoph Scholz, director științific al K-ES, cu privire la posibilitățile disponibile.

La nivel global, se desfășoară o activitate intensă pentru dezvoltarea inteligenței artificiale. Până în prezent, Germania a cheltuit semnificativ mai puțin pentru această cercetare decât concurenții săi, SUA și China. Ca parte a pachetului de stimulare economică al guvernului german legat de pandemia de coronavirus, urmează să fie investite 5 miliarde de euro în inteligență artificială până în 2025. „În ceea ce privește inteligența artificială în sistemul energetic, Germania, ca loc de afaceri și cercetare, este bine poziționată pentru a atinge o poziție de lider global în inovare. În acest scop, este esențial ca toate părțile interesate să colaboreze pentru a avansa acest subiect”, a declarat Hoffmann.

 

Sisteme cognitive

Un sistem cognitiv este un sistem digital cu interfețe între lumea digitală și mediu, capabil să perceapă și să înțeleagă lucruri, să tragă concluzii și să învețe. Sistemele cognitive sunt capabile să dezvolte independent soluții la problemele umane. Ele pot interacționa și coopera cu alte sisteme digitale, pot interpreta contexte și sunt adaptabile.

Sistemele cognitive sunt utilizate într-un număr tot mai mare de domenii și, de exemplu, reprezintă tehnologia fundamentală pentru vehiculele autonome, asistenții personali inteligenți, Industria 4.0 și Internetul Lucrurilor. O caracteristică tipică a acestor sisteme este capacitatea lor de a procesa cantități mari de date într-un timp scurt și integrarea lor într-un sistem de nivel superior (sistem de sisteme). Până în 2020, zeci de miliarde de euro fuseseră investiți la nivel mondial în această tehnologie.

Un sistem cognitiv își poate determina independent starea și starea activelor sale pe baza informațiilor disponibile și, prin capacitatea sa de adaptare, poate învăța să atingă obiective predefinite în mod autonom. Sistemele energetice cognitive reprezintă o tehnologie cheie pentru tranziția energetică. Aplicațiile în sectorul energiei electrice pot fi găsite în managementul rețelei și în managementul generării și consumului.

În cadrul ecosistemului pentru sisteme energetice cognitive, accesul la inteligența artificială este facilitat pentru diverse roluri de piață. Sarcinile operatorilor de centrale, operatorilor punctelor de măsurare, managerilor grupurilor de echilibrare și agenților de marketing direct sunt automatizate într-o asemenea măsură încât pot fi îndeplinite autonom. Modelul „Avatarul Energetic” (vezi mai sus) ilustrează cât de ușor poate un proprietar de casă cu un sistem de energie solară să participe la piața energiei atunci când toate procesele sunt automatizate. Avatarul Energetic este dezvoltat în prezent în colaborare între Institutele Fraunhofer IEE și IOSB-AST.

O legătură strânsă cu sectorul energetic face parte din concept: serviciile K-ES pentru companiile energetice variază de la consultanță și studii de concept până la prototipuri și sisteme la cheie. Ecosistemul prosperă datorită conectării în rețea dintre teorie și practică.

Automatizare și autonomizare. Citește mai multe despre asta aici: „ Neutralitate CO2 – Învățând de la Amazon ”