科技|為什么人工智能可能成為未來電網(wǎng)的關(guān)鍵？

2017-08-28 15:25:12 36大數(shù)據(jù) 　點(diǎn)擊量：評論 (0)

2016年英國電力結(jié)構(gòu)為60年來最清潔的一年，其中可再生能源發(fā)電（主要來自風(fēng)能和太陽能）的裝機(jī)容量達(dá)到了歷史新高。但是，可再生能源這種大規(guī)模擴(kuò)張的一個問題在于，它們的存在是斷斷續(xù)續(xù)的。這意味著，我們獲得

2016年英國電力結(jié)構(gòu)為60年來最清潔的一年，其中可再生能源發(fā)電（主要來自風(fēng)能和太陽能）的裝機(jī)容量達(dá)到了歷史新高。但是，可再生能源這種大規(guī)模擴(kuò)張的一個問題在于，它們的存在是斷斷續(xù)續(xù)的。這意味著，我們獲得這些能源要看天氣條件，比如起風(fēng)或出太陽。這也意味著，它們不一定能夠像傳統(tǒng)電力那樣滿足需求的激增。因此，近年來很多新聞報(bào)道都提到了“燈熄”問題。

作為英國電網(wǎng)的運(yùn)營商，英國國家電力供應(yīng)公司（NationalGrid）有數(shù)種辦法確保供應(yīng)始終能夠滿足需求。對于時間持續(xù)較短的發(fā)電缺口，該公司要求電力供應(yīng)商不要開足傳統(tǒng)發(fā)電站的潛在最大發(fā)電量，并在有需要時提高發(fā)電量。

對于持續(xù)時間較長的發(fā)電缺口，該公司會確保發(fā)電站（尤其是天然氣發(fā)電站）一直保持待命狀態(tài)。在一年時間中，有些發(fā)電站可能只會被要求開機(jī)發(fā)電數(shù)十到數(shù)百小時。除了增加碳排放之外，運(yùn)行發(fā)電站進(jìn)行這種短期干預(yù)的成本也是十分高昂的。

如何應(yīng)對這個問題呢？我們可以縮減可再生能源發(fā)電的裝機(jī)容量，反過來讓傳統(tǒng)電力變得“更環(huán)保”，辦法就是消除排放物中的二氧化碳，并將之埋入地下。至于這些碳捕獲技術(shù)何時能夠具有大規(guī)模應(yīng)用的商業(yè)可行性，人們莫衷一是。在英國，兩個由政府發(fā)起的項(xiàng)目由于成本方面的擔(dān)憂和部門之間的分歧而不幸陷入了困境。

另一種方法是安裝非常大的（“電網(wǎng)規(guī)模”）電池，它們能夠存儲由可再生能源產(chǎn)生的電力，并在有需要時釋放出來。近來，這種方法引起了很多關(guān)注。但考慮到當(dāng)前電池技術(shù)的成本，這種電網(wǎng)規(guī)模的儲電設(shè)施需要不菲的前期投資。

按需解決方案

當(dāng)研究人員對這些問題展開研究時，英國也在開發(fā)一種被稱為“需求側(cè)響應(yīng)”（demand-sideresponse）的替代方案。該方案的一個方面涉及，對那些能夠在短時間內(nèi)減少電力使用的消費(fèi)者給予獎勵——這里的消費(fèi)者可以是大型的工業(yè)級客戶，也可以是使用電力取暖、制冷、照明乃至冷藏的普通人。

需求側(cè)響應(yīng)的另一個方面則涉及，請求那些擁有蓄電設(shè)備的客戶來幫助平抑電力需求的激增。舉例來說，如果你的房屋配備了太陽能電池板和相應(yīng)的電池儲能單元，通過把電池接入電網(wǎng)，你就有可能在償還設(shè)備費(fèi)用時獲得優(yōu)惠。該類別的其他設(shè)備還包括電動車輛以及醫(yī)院/大學(xué)所使用的不間斷電源（UPS）系統(tǒng)。

這兩種類型的需求側(cè)響應(yīng)已經(jīng)在進(jìn)行當(dāng)中。一些工業(yè)級的電力客戶以及某些其他公司（比如酒店運(yùn)營商）簽署了減少電力使用的合同；與此同時，國家電力供應(yīng)公司一直在為蓄電計(jì)劃吸引廣泛參與者的興趣，并且已經(jīng)在英國的部分地區(qū)開始施行。這些蓄電計(jì)劃是部署電網(wǎng)規(guī)模電池的替代方案，如果我們能夠在足夠大的規(guī)模上施行，那么它們的經(jīng)濟(jì)效益就有望得到大幅提升。

燈泡點(diǎn)亮的時刻？

問題是，一旦客戶池超出了一定的規(guī)模，這些計(jì)劃就會變得更加復(fù)雜。舉例來說，要想知道哪些客戶會參與進(jìn)來以及應(yīng)該開出什么樣的價(jià)目，這就要求理解客戶設(shè)備的可用性能夠達(dá)到何種程度以及需要為此付出怎樣的代價(jià)。

在一個客戶池建立起來之后，其中某些設(shè)備可能并不總能用來蓄電或者在有需要時平抑需求。這需要被考慮到計(jì)算之中，既是為了最大限度地減少電網(wǎng)中斷，也是為了激勵客戶在這些時候參與進(jìn)來。

此外，這些計(jì)劃也可能產(chǎn)生不良反應(yīng)，比如電力消費(fèi)大規(guī)模同時反彈。舉例來說，當(dāng)一段需求側(cè)響應(yīng)期結(jié)束后，很多冰箱將消耗額外的電力，來讓內(nèi)部溫度降到所需水平之下。

最后，這里還存在著一個潛在的重要安全問題：用一個中央系統(tǒng)來從眾多設(shè)備收集關(guān)于能源使用的數(shù)據(jù)，這容易引發(fā)惡意攻擊和信息篡改，從而可能破壞電網(wǎng)平衡，以及讓計(jì)費(fèi)系統(tǒng)出現(xiàn)混亂。

人工智能如何起到幫助作用

面對這些挑戰(zhàn)，新興的人工智能技術(shù)似乎提供了答案。舉例來說，在挑選最佳參與者的時候，電網(wǎng)運(yùn)營商將能通過審查來自智能電表和傳感器的數(shù)據(jù)，使用尖端機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對個體設(shè)備和電池儲能單元的行為建模。

一旦電池組或儲能單元加入蓄電計(jì)劃，電網(wǎng)運(yùn)營商就應(yīng)該能夠通過對其充電/放電數(shù)據(jù)使用預(yù)測算法，估測出它們的有效壽命。然后，運(yùn)營商將向電池主人給出適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，還有一個額外的激勵因素是電池主人可以了解其電池的使用壽命。

未來將會發(fā)生什么

在涉及到管理池中的設(shè)備時，人們曾認(rèn)為可以使用個體智能電表或控制設(shè)備，把它們的數(shù)據(jù)饋入一個位于云端的中央服務(wù)器。不過，智能電表價(jià)格昂貴，而且短時間的需求側(cè)響應(yīng)需要云端服務(wù)器在幾毫秒之內(nèi)完成數(shù)據(jù)分析——一旦池中的設(shè)備成千上萬，那看起來就不具備可行性了。

另一種方法是安裝計(jì)量裝置，讓它們對電網(wǎng)的需求水平進(jìn)行檢測，然后相應(yīng)地降低功率。這些裝置能夠減輕中央服務(wù)器的壓力，而且它們只需要進(jìn)行站點(diǎn)層級的計(jì)量，不需要監(jiān)測每臺電氣設(shè)備。不過，要協(xié)調(diào)所有這些計(jì)量裝置的個體決定，這里仍然存在一個復(fù)雜的控制問題。在赫瑞瓦特大學(xué)（Heriot-WattUniversity），我們正研究利用基于人工智能的算法加以解決。

另一條路線的人工智能研究借鑒了算法博弈論，試圖開發(fā)一種獎勵/懲罰機(jī)制，以確保池中有足夠多的客戶愿意參與進(jìn)來，并在有需要時真地做出響應(yīng)。此外，研究人員還看好區(qū)塊鏈協(xié)議，認(rèn)為比特幣所使用的這種技術(shù)能夠?yàn)橐环N分散式的總帳系統(tǒng)提供支持，從而避免使用中央系統(tǒng)存儲用戶數(shù)據(jù)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

在英國和其他地方，很多人工智能研究團(tuán)隊(duì)正在應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，而一些初創(chuàng)公司已經(jīng)開始研發(fā)這樣的系統(tǒng)用于實(shí)踐——例如，相對簡單的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)開始被投入使用。未來幾年，在全世界實(shí)現(xiàn)更智能需求側(cè)響應(yīng)的努力中，英國有很大的可能走在前列。

責(zé)任編輯：lixin

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