إنشاء “مدينة طاقة خالية من الكربون” باستخدام الذكاء الاصطناعي

قام فريق بحثي مشترك بتطوير تقنيات رئيسية لتحقيق “الكهرباء الحضرية” باستخدام الذكاء الاصطناعي.

وقد نُشرت نتائجهم في مجلة Sustainable Cities and Society ، ويضم الفريق باحثين من مختبر نظام الطاقة المتجددة وقسم أبحاث تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في معهد كوريا لأبحاث الطاقة (KIER).

تهدف عملية كهربة المناطق الحضرية إلى الحد من استخدام الوقود الأحفوري وإدخال مصادر الطاقة المتجددة ، مثل تكنولوجيا الطاقة الشمسية المدمجة في المباني، لتحويل أنظمة الطاقة الحضرية، وفي حين أن هذا المفهوم غير مألوف نسبيًا في جمهورية كوريا،

إلا أنه يتم الترويج له باعتباره استراتيجية رئيسية في الولايات المتحدة وأوروبا لتحقيق الحياد الكربوني وخلق بيئات حضرية مستدامة.

في النماذج الحضرية التقليدية، يمكن تعديل إمدادات الطاقة بسهولة باستخدام الوقود الأحفوري لتلبية الطلب على الكهرباء . ومع ذلك، في المدن الكهربائية،

يؤدي الاعتماد الكبير على الطاقة المتجددة إلى تباين أكبر في إمدادات الطاقة بسبب التغيرات المناخية، وهذا يتسبب في عدم التوافق في الطلب على الكهرباء عبر المباني ويجعل التشغيل المستقر لشبكة الطاقة أكثر تحديًا.

إدارة الطاقة تعتمد على تحليل الذكاء الاصطناعي

وعلى وجه الخصوص، يمكن للأحداث ذات الاحتمالية المنخفضة والتأثير العالي (LPHI)، مثل موجات البرد المفاجئة أو موجات الحر الشديدة، أن تتسبب في زيادة حادة في الطلب على الطاقة مع الحد من إنتاج الطاقة.

وتشكل هذه الأحداث تهديدًا كبيرًا لاستقرار شبكة الطاقة الحضرية، مما قد يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع.

قام فريق البحث بتطوير خوارزمية لإدارة الطاقة تعتمد على تحليل الذكاء الاصطناعي لمعالجة مشاكل استقرار شبكة الطاقة، وتم تنفيذها في نظام. وأظهر العرض التوضيحي للنظام المتطور انخفاضًا بنسبة 18% في تكاليف الكهرباء مقارنة بالطرق التقليدية.

استخدم فريق البحث الذكاء الاصطناعي في البداية لتحليل أنماط استهلاك الطاقة حسب نوع المبنى وأنماط إنتاج الطاقة المتجددة.

تأثير حاسم على الاستقرار العام لشبكة الطاقة

كما كشفوا عن كيفية تأثير المتغيرات المعقدة، مثل الطقس وأنماط السلوك البشري وحجم وحالة تشغيل مرافق الطاقة المتجددة، على شبكة الطاقة.

والجدير بالذكر أنهم اكتشفوا أن الأحداث ذات الاحتمالية المنخفضة والتأثير العالي، والتي تحدث في المتوسط ​​1.7 يومًا فقط في السنة (حوالي 0.5% من الوقت)، لها تأثير حاسم على الاستقرار العام لشبكة الطاقة وتكاليف تشغيلها.

يتم تطوير المحتوى الذي تم تحليله إلى خوارزمية ونظام. تعمل الخوارزمية المطورة على تحسين تقاسم الطاقة بين المباني وإدارة ذروة الطلب وذروة إنتاج الطاقة بشكل فعال.

بالإضافة إلى الحفاظ على توازن الطاقة اليومي، تم تصميم النظام للاستجابة للأحداث ذات الاحتمالية المنخفضة والتأثير العالي، مما يضمن استقرار شبكة الطاقة حتى في المواقف القصوى.

معدل اكتفاء ذاتي في الطاقة 38%ومعدل استهلاك ذاتي 58%

وعندما تم تطبيق النظام المتطور على بيئة واقعية على مستوى المجتمع تحاكي كهربة المناطق الحضرية، حقق معدل اكتفاء ذاتي في الطاقة بنسبة 38% ومعدل استهلاك ذاتي بنسبة 58%.

وهذا تحسن كبير مقارنة بمعدل الاكتفاء الذاتي بنسبة 20% ومعدل الاستهلاك الذاتي بنسبة 30% للمباني التي لا تحتوي على النظام.

كما أدى هذا التطبيق إلى خفض تكاليف الكهرباء بنسبة 18% وتحسين استقرار شبكة الكهرباء بشكل كبير.

وعلى وجه الخصوص، بلغ استهلاك الطاقة السنوي المطبق في التجربة 107 ميجاواط/ساعة، وهو ما يزيد سبع مرات عن الدراسات القائمة على المحاكاة التي أجرتها مؤسسات دولية رائدة. وهذا يعزز بشكل كبير من إمكانية تطبيق النظام في البيئات الحضرية الحقيقية.

الذكاء الاصطناعي يمكن أن يعزز كفاءة كهربة المناطق الحضرية

صرح الدكتور جوانجوو هان، المؤلف الرئيسي للدراسة والباحث في قسم أبحاث تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في مجال الطاقة، قائلاً: “تُظهر نتائج هذه الدراسة أن الذكاء الاصطناعي يمكن أن يعزز كفاءة كهربة المناطق الحضرية ومعالجة قضايا استقرار شبكة الطاقة، مع تسليط الضوء أيضًا على أهمية إدارة الأحداث منخفضة الاحتمال وعالية التأثير”.

وتوقع كذلك أنه “من خلال تطبيق هذا النظام على مختلف البيئات الحضرية في المستقبل، يمكننا تحسين كفاءة الطاقة وتعزيز استقرار الشبكة، مما يساهم في نهاية المطاف بشكل كبير في تحقيق الحياد الكربوني”.