Искусственный разум и новые экологичные источники энергии

Valentin Flauraud/Keystone

Швейцария решила к 2050 году перейти исключительно на возобновляемые источники энергии, отказавшись от нефти. Решающую роль в достижении этой цели может сыграть опережающее развитие солнечной и ветровой энергетики, но не менее важным фактором способен стать и т.н. искусственный интеллект.

Перевод Нины Шуляковой, редактор: Надежда Капоне. 

Обычно, заряжая смартфон, отправляя в стиральную машину гору белья или «залипая» на одном из сериалов стриминга Netflix, мы не думаем о том, откуда у нас берётся электричество для всего этого. Или хватит ли его, чтобы обеспечить работу всех наших устройств. Энергосбытовые компании и ученые раньше тоже не особенно об этом тревожились. А если электричество возьмет и «кончится»? А такая перспектива сегодня уже не кажется фантастикой, особенно с учетом того, что масштабы использования медленно развивающихся возобновляемых источников могут вдруг, с учетом отказа от АЭС, стать недостаточными для подачи достаточного количества электроэнергии в нужное время и в нужном месте.

Что делать, чтобы не допустить возникновения критический большой лакуны в энергоснабжении? Ведь в Швейцарии, во-первых, солнце, к сожалению, светит далеко не всегда, и ветер тоже не дует постоянно. Во-вторых, меняется структура спроса на электроэнергию, с учетом того, что отказ от ископаемых видов топлива приведет к тому, что, например, автомобили будут работать от батарей (экологический баланс которых еще предстоит выяснить), а на смену системам отопления в зданиях, работающих на солярке, мазуте и газе придут тепловые. Иными словами, потребители электричества станут более мобильными, чем сейчас.

В-третьих, эволюционирует и структура энергетического производства, хотя уже сейчас в Швейцарии около 76% электроэнергии поступает в розетки благодаря возобновляемым и экологическим источникам, в основном ГЭС, при этом доля ядерной электроэнергетики составляет только 20%. После аварии на комплексе АЭС в Фукусиме Швейцария приняла решение постепенно отказаться от атомных электростанций, но смогут ли возобновляемые источники энергии полностью заменить их? Конечно, сегодня каждое домохозяйство потенциально само может вырабатывать электроэнергию, установив, например, солнечные батареи у себя на крыше.

Но для этого нужны предварительно довольно значительные инвестиции. И не каждое домохозяйство потянет их, не говоря уже о том, что вид старинных крыш, массово покрытых солнечными панелями, может понравиться далеко не всем. «Мы переходим от централизованной системы потребления и производства энергии к децентрализованной, что ставит работу электрических сетей перед новыми вызовами», — говорит эксперт в области энергетики Маттиас Айферт (Matthias Eifert).

Он основал Energy Data Hackdays, ежегодное мероприятие, в рамках которого хакеры, специалисты в сфере анализа больших объемов данных и инженеры в течение двух дней пытаются найти ответ на вопрос, как ускорить переход сетей и вообще всю энергетическую отрасль на новые источники энергии и при этом не заставить всю страну снова сидеть при свечах. По его словам, основная задача на ближайшее будущее будет заключаться в создании «для электростанций нового поколения возможностей эффективно и „экологически ответственно“ состыковаться с уже существующими электросетями».

Использование потенциала искусственного интеллекта (самообучающихся нейросетей на основе обработки не больших, но очень больших объемов данных) «может помочь оптимизировать и стабилизировать взаимодействие между разными секторами отрасли энергоснабжения, а также структур потребления и хранения энергии», — говорит он. Всемирный экономический форум ВЭФ в Давосе также усматривает реальную возможность начать применять «огромный потенциал искусственного интеллекта (AI или ИИ) с целью организации и ускорения глобальный энергетического перехода». В своем официальном документе, опубликованном в сентябре 2021 года, ВЭФ призвал правительства и компании активнее инвестировать в ИИ.

Но как нейросети способны реально и на практике помочь перейти на возобновляемые источники энергии и не обрушить при этом всю систему энергоснабжения? Первый шаг — изучить действующие модели потребительского поведения и понять, где может возникнуть потенциальный дисбаланс спроса и предложения. Таково мнение Бена Боулера (Ben Bowler) из Высшей школы прикладных наук Люцерна (Hochschule Luzern), старшего научного сотрудника кафедры цифровой энергетики, который много лет изучает проблемы аккумулирования энергии и специфику инфраструктуры электросетей.

Вы удивитесь, но коммунальные предприятия обычно очень мало знают о потреблении электроэнергии их клиентами. Им известно, сколько электричества тратит каждое домохозяйство за определённый период времени, но при этом нет данных о том, в какие дни и часы расход электроэнергии достигает пика, а в какие максимально снижается. Один из проектов Бена Боулера ориентирован как раз на анализ данных об энергопотреблении и паттернов потребительского спроса на основе определённого алгоритма.

В рамках этого проекта производится сбор данных с так называемых «умных счётчиков», которые сейчас устанавливают по всей Швейцарии взамен устаревших стандартных моделей. По данным Швейцарского федерального ведомства энергетики (Bundesamt für Energie), к 2027 году оснащены такими «умными» устройствами будут примерно 80% домохозяйств Швейцарии. Эти счётчики отслеживают расход электричества каждые 15 минут, и, таким образом, энергокомпании смогут узнавать, на какие часы приходится пиковое потребление.

«Мы анализируем уже имеющиеся данные по энергопотреблению и пытаемся предсказать, что люди будут делать в этом смысле завтра. Эти данные можно использовать, чтобы спрогнозировать, возникнут ли проблемы», — говорит Б. Боулер. Более глубокое и системное понимание особенностей потребительского поведения — это один из элементов этого уравнения. Другой — разработка методов, призванных обеспечить подачу достаточного количества энергии как раз именно в пиковые периоды.

И в этом может помочь ещё один проект Бена Боулера. Он изучает, в частности, разные варианты сглаживания спадов в производстве энергии и компенсации недостачи в период пикового потребления, например, используя в качестве резервных хранилищ энергии аккумуляторы электромобилей. По мере роста продаж электромобилей давление на электроэнергетику будет расти, что и понятно: одно дело — подключить к розетке чайник, а другое — целую «Теслу». Так вот, чтобы предотвратить перебои с подачей электроэнергии, можно было бы как раз и использовать технические особенности таких «средств передвижения».

При этом принцип тут уже известен: накапливать энергию в период низких тарифов и низкого спроса и подавать ток обратно в сеть через «умные» зарядные станции в период высоких тарифов и высокого спроса. Данный пилотный проект стал итогом сотрудничества Высшей школы прикладных наук Люцерна с энергетической компанией Tiko и стартапом Sun2Wheel. Жизнеспособность проекта будет протестирована пока на полусотне электромобилей швейцарской каршеринговой компании Mobility.

«Всё зависит от того, удастся ли нам получить более точные данные о том, как люди используют такие автомобили. Затем искусственный интеллект проанализируют эту информацию», — говорит Б. Боулер. Ученые Германии и Дании также работают сейчас над аналогичными пилотными проектами. Но пока эта технология, называемая Vehicle-to-Grid, или V2G («От транспортного средства в электросеть») находится на стадии испытаний. Станет ли она в конечном итоге жизнеспособным форматом и бизнес-направлением? Пока ответа на этот вопрос нет.

Дело также и в том, что электромобилей, оснащённых системой двунаправленной зарядки, в мире пока не так уж много. Их производит всего несколько компаний, включая Nissan, Volkswagen и Fiat. На данный момент в Швейцарии парк электромобилей каршеринговой компании Mobility насчитывает всего 150 единиц, но к 2030 году компания планирует электрифицировать весь свой парк — а это более трех тысяч автомобилей. При этом по всей стране надо будет установить «умные» зарядные станции, подобные тем, которые были разработаны швейцарским стартапом Sun2Wheel.

Анонимизированные личные данные

Еще одна проблема, с которой столкнулся Б. Боулер и его коллеги — как использовать данные о том, в какое время и как люди используют электричество (например, когда они стирают или заряжают свои электромобили) и при этом не нарушить законы, защищающие и гарантирующие неприкосновенность частной жизни? Стартап VIA Science (США) уверен, что у него есть решение. Эта компания, недавно открывшая офис в швейцарском кантоне Цуг, разработала компьютерную программу, которая будет опробована в рамках проекта по установке «умных» счётчиков на базе Высшей школы прикладных наук Люцерна.

Вместо того, чтобы извлекать и передавать куда-то данные, рискуя допустить утечку, эксперты смогут анализировать их прямо на счётчиках. Есть и другое решение проблемы с конфиденциальностью: побудить людей самих добровольно делиться такой информацией. Недавно вопрос того, как эти данные могли бы помочь создать стабильную энергетическую систему с нулевыми выбросами, обсуждался учёными, «хакерами», представителями сферы высшего образования и коммунальных служб обсуждался в рамках научно-практической конференции Energy Data Hackdays в швейцарском городе Бругг (Brugg), расположенном в кантоне Аргау между Цюрихом и Базелем.

Разработанный ими проект «Считай свой умный счётчик» (Read Your Own Smart Meter) позволит в теории домовладельцам получать данные со своих счётчиков в режиме удаленного доступа и составлять более полное представление о том, сколько электроэнергии и когда они потребляют, и где потенциально они могут сэкономить и её, и свои деньги. Затем потребители смогут анонимно поделиться этими данными с коммунальными предприятиями. Швейцария — один из лидеров в использовании и развитии искусственного интеллекта, и одна из стран с самыми строгими законами в сфере защиты неприкосновенности частной жизни. И если проблему обеспечения конфиденциальности данных удастся как-то решить, «то тогда люди смогут как помочь электросетям, так и поддержать процесс декарбонизации экономики», — резюмирует Б. Боулер.