Warum künstliche Intelligenz der Schlüssel zur Zukunftssicherung des Netzes sein könnte

In einem kürzlich erschienenen Gesprächsbeitrag wurde darauf hingewiesen, dass der britische Strommix 2016 der sauberste seit 60 Jahren war. mit Rekordleistung aus erneuerbaren Energien, hauptsächlich aus Wind- und Sonnenenergie. Ein Problem bei diesem starken Ausbau der erneuerbaren Energien ist jedoch, dass sie nur sporadisch Das heißt, sie hängen von Wetterbedingungen wie Wind oder Sonne ab. Im Gegensatz zu konventioneller Stromversorgung das bedeutet, dass sie den Nachfrageanstiegen nicht unbedingt gerecht werden können. Daher viele Schlagzeilen in der Presse in den letzten Jahren über das „Licht aus“.

Nationales Netzwerk, der britische Netzbetreiber, hat mehrere Möglichkeiten, um sicherzustellen, dass das Angebot immer die Nachfrage decken kann. Für kürzere Generationslücken Sie fordert die Stromversorger auf, ihre konventionellen Kraftwerke unterhalb des maximalen Leistungspotenzials zu betreiben und bei Bedarf hochzufahren.

Bei längeren Lücken es sorgt für Kraftwerke, insbesondere auf Gasbasis, werden in Bereitschaft gehalten. Einige Stationen dürfen nur aufgefordert werden, Strom zwischen mehreren Dutzend und einigen hundert Stunden pro Jahr zu erzeugen. Neben dem Beitrag zum CO2-Ausstoß, Der Betrieb von Kraftwerken für solche kurzen Eingriffe ist teuer.

Die Frage ist, was mit diesem Problem zu tun ist. Wir könnten weniger erneuerbaren Strom bauen und stattdessen konventionellen Strom „grüner“ machen, indem wir das CO₂ entfernen und unter der Erde vergraben. Die Meinungen darüber, wann diese Technologien zur Kohlenstoffabscheidung im großen Maßstab kommerziell nutzbar gemacht werden können, gehen auseinander. Im Vereinigten Königreich, Leider sind zwei Kickstarter-Projekte der Regierung aufgrund von Kostenbedenken und Meinungsverschiedenheiten zwischen den Abteilungen ins Stocken geraten.

Eine Alternative besteht darin, sehr große Batterien („grid scale“) zu installieren, die erneuerbaren Strom speichern und bei Bedarf freigeben können. Dies hat in letzter Zeit großes Interesse geweckt. Aber angesichts der Kosten der aktuellen Batterietechnologie, Speicher im Grid-Maßstab erfordert teure Vorabinvestitionen.

Lösungen auf Anfrage

Während Forscher diese Probleme untersuchen, Großbritannien entwickelt eine Alternative, die als Demand-Side-Response bekannt ist. Ein Aspekt besteht darin, bestimmte Stromverbraucher dafür zu belohnen, dass sie ihren Verbrauch kurzfristig reduzieren. Dies kann von großen Industriekunden bis hin zu kleineren Verbrauchern reichen, die Strom zum Heizen von Räumen nutzen, Kühlung, Beleuchtung oder sogar Kühlung.

Der andere Aspekt der Demand Response besteht darin, Kunden zu fragen, die über Geräte verfügen, die Strom speichern können, um Nachfragespitzen auszugleichen. Zum Beispiel, Die Eigentümer eines Hauses, das mit Sonnenkollektoren und entsprechenden Batteriespeichern ausgestattet ist, könnten die Rückzahlungskosten der Geräte reduzieren, indem sie die Batterieeinheiten dem Netz zur Verfügung stellen. Andere Geräte in dieser Kategorie umfassen Elektrofahrzeuge und unterbrechungsfreie Stromversorgungseinheiten (USV) von Krankenhäusern/Universitäten.

Beide Arten von Demand Response finden bereits statt. Einige industrielle Stromkunden und bestimmte andere Unternehmen wie Hotelbetreiber haben Verträge zur Reduzierung des Stroms, während National Grid ein großes Bieterinteresse für Stromspeichersysteme geweckt hat und in Teilen des Landes einige im Gange hat. Dieser Speicher ist eine Alternative zum Einsatz von Großbatterien, und verspricht, viel wirtschaftlicher zu sein, wenn wir es in ausreichendem Umfang zum Laufen bringen können.

Das Problem ist, dass diese Systeme komplizierter werden, sobald der Kundenkreis eine bestimmte Größe überschreitet. Um zu wissen, welche Kunden Sie anmelden und welche Tarife Sie anbieten müssen, müssen Sie wissen, in welchem ​​Umfang und zu welchen Kosten Geräte verfügbar sein werden. zum Beispiel.

Sobald ein Kundenpool eingerichtet ist, Einige Geräte sind möglicherweise nicht immer für die Speicherung oder die Reduzierung des Bedarfs verfügbar, wenn dies erforderlich ist. Dies muss in den Berechnungen berücksichtigt werden, um sowohl Netzstörungen zu minimieren als auch Anreize für die Kunden zu schaffen, in diesen Zeiten teilzunehmen.

Es können auch unerwünschte Effekte auftreten, wie große gleichzeitige Konsumerholungen. Zum Beispiel verbrauchen viele Kühlschränke zusätzlichen Strom, um ihre Innentemperatur unter das erforderliche Niveau zu bringen, wenn eine Demand-Response-Periode endet.

Schließlich gibt es noch ein potenzielles großes Sicherheitsproblem:Ein zentrales System, das Daten über den Energieverbrauch vieler Geräte sammelt, kann anfällig für böswillige Angriffe und Datenmanipulation sein. Dies könnte sowohl den Netzausgleich untergraben als auch den Überblick über die Kundenschulden behalten.

Wie KI helfen kann

Neue Technologien der künstlichen Intelligenz scheinen Antworten auf diese Herausforderungen zu bieten. Um die besten Teilnehmer auszuwählen, zum Beispiel, Netzbetreiber werden in der Lage sein, das Verhalten einzelner Geräte und Batteriespeicher mit ausgeklügelten maschinellen Lerntechniken zu modellieren, indem sie Daten von intelligenten Zählern und Sensoren überprüfen.

Sobald Sie sich für den Netzspeicher angemeldet haben, Es sollte möglich sein, die Nutzungsdauer eines Akkupacks oder einer Batterieeinheit abzuschätzen, indem prognostische Algorithmen auf seine Lade-/Entladedaten angewendet werden. Die Eigentümer erhalten dann eine angemessene Entschädigung, plus den zusätzlichen Anreiz zu wissen, wie lange ihre Batterie hält.

Wenn es um die Verwaltung von Geräten im Pool geht, Früher dachte man, wir könnten über einzelne Smart Meter oder Steuergeräte einen zentralen Server in der Cloud speisen. Aber Zähler sind teuer und die kurzen Reaktionszeiten erfordern, dass der Cloud-Server Daten in Millisekunden analysiert, was unmöglich aussieht, wenn sich viele tausend Einheiten in einem Pool befinden.

Eine Alternative sind Messeinrichtungen, die selbst den Bedarf im Netz erkennen und die Leistung entsprechend reduzieren. Diese entlasten den zentralen Server und müssen nur auf Standortebene gemessen werden. nicht für jedes elektrische Gerät. Aber es hinterlässt immer noch ein komplexes Kontrollproblem bei der Koordination all dieser Einzelentscheidungen. Wir bei Heriot-Watt arbeiten an einer Lösung dafür mit KI-basierten Algorithmen.

Eine andere Linie der KI-Forschung stützt sich auf Erkenntnisse aus der algorithmischen Spieltheorie, um Belohnungs-/Strafmechanismen zu entwickeln, die sicherstellen, dass genügend Kunden im Pool bereit sind, teilzunehmen. und tatsächlich reagieren, wenn es notwendig ist. Die Forscher sind auch optimistisch, dass Blockchain-Protokolle, mit der gleichen Technologie wie Bitcoin, könnte ein dezentrales Ledger-System untermauern, das das Sicherheitsrisiko eines einzigen Speicherpunkts für Benutzerdaten umgehen würde.

Zahlreiche KI-Forschungsgruppen, sowohl in Großbritannien als auch anderswo, haben sich diesen Herausforderungen gestellt, während eine Reihe von Start-ups damit begonnen haben, solche Systeme in der Praxis zu entwickeln – beginnen jetzt relativ einfache Versionen des maschinellen Lernens zum Einsatz zu kommen, zum Beispiel. Großbritannien hat gute Chancen, in den nächsten Jahren an der Spitze der internationalen Bemühungen zu stehen, eine intelligentere Nachfragesteuerung zu verwirklichen.