Дигитални тенденции в енергетиката

Дигитализацията в енергетиката играе ключова роля за трансформацията на сектора чрез внедряване на нови технологии и интелигентни системи, които оптимизират производството, управлението и сигурността на енергийните системи. Дигиталните двойници и AI решенията позволяват енергийните компании да симулират и прогнозират поведението на енергийните мрежи в реално време, което подобрява ефективността и намалява разходите за поддръжка. Съвременните технологии като смарт измервателни уреди и автономни системи за наблюдение допълнително повишават надеждността и устойчивостта на електроразпределителната инфраструктура, улеснявайки прехода към разпределени източници на чиста енергия.

Текст: списание Енергия

Енергетиката непрекъснато се развива, за да отговаря на нарастващите нужди на обществото и да намалява въздействието върху околната среда. В последните години дигитализацията все повече се превръща в ключов фактор зa трансформация на сектора. Внедряването на нови технологии и интелигентни системи позволява оптимизация на производството на енергия, управлението и балансирането на енергийните системи и повишаване на сигурността.

Днес секторът е изправен пред значителни предизвикателства, свързани с прехода от класическите централизирани системи за генериране на енергия към инфраструктура с разпределени източници на чиста енергия, като вятърни паркове, слънчеви панели, домашни батерии и електрически превозни средства и т.н. За да се управлява сложността на съвременните мрежи са необходими изчислителни и софтуерни ресурси.

Използвайки изкуствен интелект, периферни изчисления и високопроизводителни центровете за данни, електроразпределителните компании могат да симулират потока на електроенергия в реално време, да идентифицират потенциални прекъсвания и да управляват динамично разпределените енергийни ресурси. В тази статия ще направим обзор на възможностите за използване на изкуствен интелект и високотехнологични системи в енергетиката, обхващащи генерирането, преноса и разпределението на електроенергия.

Дигитални двойници

Във време, когато надеждното генериране на електроенергия е от съществено значение за икономиката и обществото, дигиталните близнаци се превръщат в ключов инструмент за енергийните компании. Чрез тях енергийните компании имат възможност да създават цифрови модели на реално работещи обекти, да прогнозират тяхното поведение, да предотвратяват нежелани събития и превантивно да реагират на необходимостта от поддръжка.

Много водещи компании насочват усилия в тази посока. Така например Siemens Energy създаде виртуално копие на своя топлинен генератор за пара HRSG чрез платформа за симулация, базирана на машинно обучение и 3D дизайн. С помощта на дигиталния двойник може точно и ефективно да предсказва корозия, с което да се спестят сериозни суми чрез намаляване на инспекциите и съкращаване на времето за престой. Siemens Gamesa пък използва платформа за дигитални двойници за моделиране на работата на вятърните паркове.

Това позволява да се оптимизира разположението на вятърните генератори, като се увеличи общото производство и се намалят оперативните разходи.Друга водеща инженерингова компания Worley, използва AI-платформа за разработва не на оптимални проекти за производство на зелен водород. Симулирайки процесите на електролиза, тя успява да установи устойчиви модели за производство и дистрибуция на водорода, което е предпоставка за успешното развитие на тази индустрия.

Автономност

Производството на електроенергия изисква значителни дейности, свързани с мониторинг както за ефективност, така и за безопасност. Недостигът на работна ръка, особено в географски области с намаляващо население поставя значителни предизвикателства пред сектора. Затова все повече се разчита на автоматизирано и дистанционно наблюдение в реално време, което да заменя ръчните инспекции намясто. Автономните операции разчитат на няколко основни компонента.

Това са киберсигурност, анализ на данни на място, визуализация, изкуствен интелект, камери и сензори. Камерите и сензорите, разположени в критични точки на съоръженията, непрекъснато събират данни и предават в реално време информация за състоянието на оборудването.Чрез анализ на данните на място, AI системите могат да откриват аномалии и потенциални проблеми преди да се превърнат в сериозни аварии. Това не самоподобрява безопасността на работниците, но и намалява разходите за поддръжка и непланирани престои.

Автономните системи също така осигуряват по-висока ефективностна операциите. Възможността за непрекъснато наблюдение и анализ позволява оптимизация на процесите и подобряване на производителността.Освен това, интегрирането на киберсигурност в тези системи е от критично значение, тъй като предотвратява потенциални кибератаки и защитава инфраструктурата от злонамерени заплахи. Като цяло тези системи осигуряват по-висока ефективност, безопасност и на деждност на електроцентралите.

Симулиране на мрежа

Анализът на непредвидени ситуации и координацията на графиците за прекъсвания на подстанции, генератори, трансформатори и други активи са от критично значение за нормалното функциониране на мрежата. Съществуващите инструменти за моделиране на електроенергийните системи обаче използват класически системи, които имат ограничени изчислителни възможности.

Използвайки изкуствен интелект и високопроизводителни изчисления, разпределителните дружества могат да моделират мрежа като математически модели на свързан граф. Тези модели могат да се използват за симулиране на конкретни прекъсвания и за справяне с възникващите предизвикателства, свързани с променливата възобновяема енергия, разпределените енергийни ресурси и променящите се модели на енергийните потоци.

С помощта на тези инструменти, енергийният сектор може да прогнозира и управлява по-ефективно риска от прекъсвания. Например, чрез симулиране на различни сценарии на прекъсвания, могат да идентифицират слабите места в мрежата и да разработят стратегии за тяхното минимизиране. Това включва не само планиране на поддръжката, но и подобряване на реакцията при аварийни ситуации, като се вземат предвид всички възможни променливи и рискови фактори.

Интеграцията на променливите възобновяеми енергийни източници като вятърни и соларни паркове също изисква съвременни модели на симулация. С използването на AI и HPC могат да се симулират ефектите от тези източници върху електроенергийната мрежа, като оценяват въздействието на променливия енергиен поток и разработват стратегии за неговото оптимално управление. Това включва балансиране на товара, управление на разпределените ресурси и интеграция на съхранението на енергия.

Симулациите също така позволяват и по-добро планиране на развитието на инфраструктурата. Чрез анализ на различни сценарии и идентифициране на критичните точки на натоварване, инвестициите могат да се насочат там, където ще имат най-голямо въздействие върху ефективността и стабилността на мрежата. Това е особено важно в контекста на нарастващото търсене на електроенергия и необходимостта от интеграция на ВЕИ.

Автоматизирана инспекция

Преносните и разпределителни компании поддържат сложна система от полеви съоръжения, които са отговорни за надеждното доставяне на енергия. За тяхното наблюдение и анализа на тяхното състояние могат също да се използват системи с изкуствен интелект. Те могат да анализират въздушни изображения, данни от лидари, сателитни изображения и метеорологични данни, за да идентифицират потенциални заплахи преди да се стигне до повреди.

Въздушните и сателитните изображения, съчетани с метеорологичните данни, предоставят на AI системите богата информация, която може да бъде анализирана бързо и точно, позволявайки навременни и информирани решения. Такава система е например Noteworthy AI, която е обучена да идентифицира и анализира висококачествени изображения на електроразпределителни стълбове и оборудване, като открива места с опасност от потенциални повреди, които изискват ремонти.

AI системите могат също да идентифицират износване на оборудване, корозия, механични повреди и други дефекти, които могат да доведат до прекъсвания на електрозахранването. Управлението на растителността също е от критично значение за предотвратяване на прекъсвания и пожари.Чрез анализ на данни от различни източници, AI системите могат да предсказват растежа на растителността и да идентифицират райони с висок риск. Това позволява на комуналните услуги да предприемат превантивни мерки, като подрязване на дървета и премахване на растителност, преди да се стигне до инциденти.

Безопасност и сигурност на подстанциите

Безопасността и сигурността на електрическите подстанции са откритично значение за надеждната работа на електроразпределителната инфраструктура. С помощта на изкуствения интелект може значително да се опрости инспекцията на електроподстанциите, чрез обработката на големи обеми технологична и видео информация. Редица стартъпи и утвърдени европейски компании работят в тази посока, като предлагат различни решения за интелигентно наблюдение и управление на подстанциите, включващи AI технологии за анализ на данни в реално време.

Тези системи използват множество сензори и камери, за да осигурят пълен контрол върху съоръженията и да гарантират, че всички операции се извършват безопасно и ефективно. Освен това, европейската инициатива за Smart Grids насърчава внедряването на нови технологии за подобряване на сигурността и надеждността на електроразпределителната инфраструктура. В рамките на тази инициатива се разработват и внедряват иновативни решения за мониторинг и упра вление на подстанциите, които включват AI и IoT технологии.

Оптимизация на автопарка

По време на прекъсвания на електрозахранването и екстремни метеорологични събития, от поддържащите дружества се очаква бързо и ефективно да реагират със своите сервизни автомобили и да възстановят захранването. Когато това се случва на голяма територия, а се разполага с ограничен брой машини, изборът на време и място за разполагане е важна, но сложна за решаване задача. Планирането например на маршрути само за 10 дестинации има повече от 3 милиона комбинации, а при 15 дестинации това надхвърля милярди.

Затова използването на AI за оптимизиране и планиране на маршрути на сервизните автомобили в реално време, може да бъде безценен помощник и значително да намали времето за реакция. В Европа, компании като Enel и EDF използват подобни AI технологии за оптимиза ция на техните автопаркове. Италианската мултинационална компания Enel внедрява AI базирани системи за оптимизиране на марш рутите на своите сервизни машини.

Чрез използването на усъвършенствани алгоритми и машинно обучение, тя успява да намали времето за пътуване и разходите за гориво, като същевременно подобрява времето за реакция при спешни случаи. Френската EDF също инвестира в технологии за интелигентно управление на автопарковете. Те използват алгоритми, които анализират исторически данни за прекъсвания и метеорологични ус ловия, за да предскажат най-вероятните места за бъдещи инциденти и да планират оптималните маршрути за своите камиони.

Смарт измервателни уреди

Периферните изчисления, заложени в съвременните смарт измервателни устройства могат да оптимизират потока на електроенергия в реално време. Комбинирани с периферно работещи AI алгоритми те могат да подобрят устойчивостта на мрежата и устойчиво да интегрират разпределени енергийни ресурси, включително соларни панели на покривите, домашни батерии и електрически превозни средства. Тези технологии ще позволят на разпределителните дружества да разработват множество допълнителни приложения, като например такива за откриване на аномалии, локализиране на повреди и много други.

Тези смарт измервателни уреди не само предоставят по-точни данни за потреблението на електроенергия, но също така играят ключова роля в управлението на енергийните ресурси и подобряване на ефективността на мрежата. Италианската енергийна компания Enel например използва тези устройства за снабдяване с детайлна информация за консумацията на енергия, което й позволява да управлява по-ефективно енергийните потоци и да реагира бързо на промени в натоварването на мрежата.

Британската British Gas внедрява смарт измервателни уреди, които използват AI за анализ на потреблението на енергия в реално време и предлагат препоръки за оп тимизация на използването.Използването на смартизмервателни уреди също така улеснява прехода към електрически превозни средства. Чрез интеграция на смарт технологии и периферен AI, мрежата може по-ефективно да управлява зареждането на електромобили, като осигурява баланс между натоварването на мрежата и нуждите на потребителите.

Смарт сгради

Собственици и строители, които търсят начини да намалят месечните сметки за комунални услуги и въглеродния отпечатък, все повече строят сгради, които функционират като интелигентни енергийни хъбове. В тази връзка, на пазара се появяват редица стартъпи, които изграждат електрически инсталации, обединяващи прекъсвачи, измервателни уреди, управляващи контролери и контролни екрани.По същество всяка една такава инсталация представлява малка енергийната платформа, спомагаща за подобряване на енергийната ефективност в дома, която в същото време е отворена към комуникации със системи за оптимизиране и баланс на микромрежите в региона.

Смарт домове с интегрирани AI системи могат да оптимизират работата на микромрежите, които включват соларни панели, батерии за съхранение на енергия и други възобновяеми източници.Тези системи могат да управляват енергийния поток в дома, като се адаптират към промените в климатичните условия и енергийните нужди на домакинствата. Освен това, те могат да предсказват и предотвратяват прекъсвания на електрозахранването чрез предсказуеми модели за натоварване и разтоварване на мрежата. Очаква се с развитието на технологиите, все повече домове да функционират като автономни енергийни хъбове, допринасяйки за по-устойчива и ефективна енергийна система.

Виртуални асистенти в центровете за обслужване

Обслужването на клиенти е важен показател за комуналните услуги, като осигуряването на 24/7 наличност е от съществено значение. Непредвидени прекъсвания на електрозахранването могат да доведат до увеличаване на обажданията от засегнатите клиенти, което натоварва центровете за обслужване.
Наличието на виртуални AI асистенти може да осигури отговори на често задаваните въпроси, изпращане на известия за прекъсвания, а при необходимост AI асистентите могат да препредават запитванията към съответните компетентни лица.