مقابله با بحران انرژی درعصر هوش مصنوعی و شبکه‌های میکرو توزیع برق

خبرگزاری آنا- گروه علم و فناوری؛ در عصر حاضربحران‌های انرژی بار‌ها و بار‌ها زندگی روزمره انسان‌ها را تحت تاثیر قرار داده است. هرچند که کنترل این رویداد‌ها با پیشرفت فناوری‌ها در حال حاضر راحت‌تر شده است. 

در این میان در زمستان سال‌های اخیر به خصوص سال جاری، ایران نیز با بحران کمبود انرژی قطعی برق در بخش‌های عمومی و صنعتی و خانگی روبرو شده است. البته ایران در این زمینه تنها نیست. در سپتامبر ۲۰۲۲ میلادی با تشدید تغییرات آب وهوایی و همچنین جنگ روسیه و اوکراین، غرب نیز با بحران انرژی روبرو شد. با عمیق‌تر شدن بحران انرژی اپراتورشبکه توزیع برق در کالیفرنیا با ارسال پیامکی از شهروندان خواست مصرف انرژی شان را کاهش دهند و درباره بازگشت قطعی برق نیز هشدار داد.

 در همین راستا شهروندان به عدم استفاده از دستگاه‌های بزرگ و خاموش کردن وسایل برقی بدون استفاده تشویق شدند. با این وجود تعداد زیادی از شهروندان این ایالت با خاموشی روبرو شدند.

 در اکتبر همان سال قطعی وسیع برق در بنگلادش ۱۴۰ میلیون فردر را به مدت ۶ ساعت در خاموشی فرو برد. در این میان برخی از بزرگترین بانک‌های اروپا مشغول آماده سازی ژنراتور‌ها بودند تا‌ ای تی ام‌ها و بخش بانکداری آنلاین با قطعی روبرو نشود. دویچه بانک با بیش از ۱۴۰۰ ساختمان در آلمان آب گرم را در روشوی‌های این سازه‌ها قطع، دمای محل کار را تنظیم و روشنایی شبانه را خاموش کرد.

بحران انرژی پدیده‌ای جهانی است که اتکای بیش از حد به سوخت‌های فسیلی و نیاز به تحول در شبکه‌های توزیع برق را نشان می‌دهد تا بهتر از فرایند انتقال به استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر پشتیبانی شود. خانه‌ها و کسب وکار‌ها نیز باید تغییراتی در این زمینه انجام دهند. در همین راستا برخی از روش‌های نوین و جدید برای برقرار ماندن ارتباط و فناوری‌های دیجیتالی پیشرفته‌تر را معرفی می‌کنیم:

 برداشت انرژی خورشیدی از فضا

 محققان اخیرا طرح‌هایی برای ساخت ماهواره‌هایی که بتوانند انرژی خورشیدی را برداشت کنند و به زمین بتابانند، ارائه کرده اند. هرچند این کانسپت یعنی انتقال انرژی خورشیدی فضایی در فرضیه ممکن است وبه حل کمبود سوخت در بلند مدت کمک می‌کند، اما پروژه ساده‌ای نخواهد بود.

برای این منظور دستاورد‌های فناورانه متعددی از جمله قابلیت‌های تولید و سرهم بندی رباتیک در فضا، پنل‌های فتوولتائیک با بهره وری بالا، تجهیزات الکترونیک قدرتمند و تشکیل اشعه‌های فرکانس رادیویی مورد نیاز است. در این میان تحقیقات روی تاثیرات اشعه‌های مایکرویو کم قدرت روی سلامت انسان و حیوانات و همچنین سازگاری با هواپیما‌ها و ماهواره‌ها نیز در حال انجام است.

 بهینه سازی بنادر

 بنادر سراسر جهان با استفاده از برق شیوه تامین انرژی کشتی‌ها و تجهیزات وانتقال کالا‌ها را دگرگون کرده اند. اکنون سیستم‌های برق ساحلی به کشتی‌ها اجازه می‌دهد موتور‌های دیزلی اضافی را خاموش کنند و به سیستم‌های برقی زمینی متصل شوند. استفاده از زیرساخت‌های هوشمند بندر از کشتی‌های متصل به اینترنت گرفته تا پیش بینی شرایط آب وهوایی موفقیت چنین طرح‌هایی را بیش از پیش تضمین می‌کند.

در این میان تحقیقی که توسط «کنسرسیوم جاده برقی» انجام شد، نشان داد یک «سیستم جاده برقی» (ERS) احتمالا سریع‌ترین و کارآمدترین راه برای عدم تولید دی اکسید کربن در بخش حمل ونقل انگلیس است. این سیستم شامل سیستم‌های برق بالاسری ومجموعه‌ای از واحد‌های شارژ استاتیک در سراسر این کشور است. 

در حال حاضر حمل و نقل حدود ۱۷ درصد گاز‌های گلخانه‌ای جهان رامنتشر می‌کند. هر اقدامی برای عدم استفاده از سوخت‌های فسیلی و گذر به منابع ماندگارتر و کارآمدتر انرژی به بهبود بحران انرژی کمک می‌کند.

 زندگی دوگانه باتری خودرو‌های برقی

 دولت‌های سراسر جهان از فناوری خودرو‌های برقی پشتیبانی می‌کنند. اتحادیه اروپا، انگلیس، ایسلند و نروژ امیدوارند تا ۲۰۳۰ یا ۲۰۳۵ میلادی فروش گازولین و خودرو‌های بنزینی را متوقف کنند. در آمرکیا نیز ایالت‌های کالیفرنیا، کلورادو، ماساچوست، نیوجرسی و واشنگتن نیز از ۲۰۳۵ میلادی خودرو‌های بنزینی را ممنوع می‌کنند. هندوستان نیز تصمیم دارد تا ۲۰۳۰ میلادی ۴۰ درصد ناوگان حمل ونقل خود را برقی کند.

 هرچند خودرو‌های برقی یکی از پایدارترین روش‌های حمل ونقل قلمداد می‌شوند، اما فرایند تولید باتری هنوز نگران کننده است. محققان دانشگاه «ام آی تی» برای مقابله با این روند مدعی شده اند باتری‌های کارکرده خودرو‌ها را می‌تواند حداقل به مدت یک دهه برای پشتیبانی ذخیره انرژی خورشیدی به کار برد.

از سوی دیگر تحقیقات حاکی از آن است که باتری خودرو‌های برقی می‌توانند از شبکه توزیع برق پشتیبانی کنند، هزینه‌ها طی دوره‌های اوج مصرف را کاهش دهند و برای اماکنی مانند بیمارستان‌ها برق پشتیبان فراهم کنند و درنهایت مکمل منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید و باد باشند. طبق تحقیق موسسه «مک کینسی» تا ۲۰۳۰ میلادی باتری‌های خودرو‌های برقی که دیگر مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، می‌توانند سالانه در سراسر جهان تا ۲۰۰ گیگاوات ساعت انرژی را ذخیره کنند.

هوش مصنوعی به کمک ساختمان‌های قدیمی می‌آید

یک سوم مصرف انرژی جهانی به سازه‌ها اختصاص دارد. هرچند استفاده از خودرو‌های برقی در حال افزایش است، اما فقط ۲۰ درصد ساختمان تا ۲۰۵۰ میلادی تجدید می‌شوند؛ بنابراین بهینه سازی سیستم‌های انرژی در ساختمان‌های فعلی اولویت دارد.

مجهز کردن ساختمان‌های قدیمی به ابزار‌های مبتنی بر هوش مصنوعی و اینترنت اشیا سبب می‌شود بهره وری آنها بیشتر شود. دسترسی به داده‌های بهتر، روش‌های ساخت و ساز مدرن‌تر و ذهنیت دیجیتال مانند استفاده از روش‌های تحقیق دیجیتال جدید از جمله فتوگرامتری با پهپاد برای ترسیع ساخت مدل‌های ۳ بعدی سازه‌های موجود، انقلابی در مقاوم سازی ایجاد می‌کند.

 مهمترین نمونه این روند نیز ساختمان امپایراستیت است که با فناوری‌های پیشرفته مانند حسگر‌های بی سیم برای کنترل خنک سازی، برق، دمای اتاق، کیفیت هوای داخل ساختمان مقاوم سازی شده است. 

بسیاری از ساختمان‌های فعلی ناکارآمد هستند و انرژی زیادی مصرف می‌کنند. هوش مصنوعی و اینترنت اشیا می‌توانند عملیات‌های داخل ساختمان را با یک مدل متمرکز و مبتنی بر ابر رایانشی جایگزین کنند که قابلیت بررسی جامع و کاملی از تمام سیستم‌ها فراهم می‌کند و این بدان معناست که افراد و سازمان‌ها می‌توانند در مدیریت انرژی پیشرو باشند.

شبکه‌های توزیع برق کوچک برای جوامع کوچک

 صرفه جویی برق خانه‌ها به اندازه کسب وکار‌ها اهمیت دارد. کاهش هزینه‌ها و دستیابی به بهره وری سوخت هدف نهایی است. برای دستیابی به این روند شبکه‌های توزیع میکرو جدیدترین ترندی هستند که موارد استفاده زیادی برای انرژی‌های تجدیدپذیر دارند.

 در شهر سن دیه گو آمریکا شبکه‌های کوچک وزیع برق در بندر، باغ وحش و ۲ واحد نظامی تعبیه شده، اما این میزان کافی نیست.

 شبکه‌های میکرو توزیع برق در کاهش هزینه‌های خانه ها، جوامع و کسب وکار‌های کوچک در زمان بحران نقش مهمی دارند. به عنوان مثال در زمان وقوع تندباد سندی در نیوجرسی در سال ۲۰۱۲ میلادی دانشگاه پرینستون نشان داد درحالیکه ارتباط شبکه میکرو توزیع برق آن به طور کامل قطع شده بود و تمام برق را برای پردیس خود تولید می‌کرد، چگونه می‌توان برق را برای ساکنان، کارکنان اورژانس و تاسیسات حفظ کرد. با این حال، مانند هر ابتکار فناوری، تدارکات همیشه پیچیده است.

 دستیابی به تمام اهداف با قل‌های دیجیتال

دوقلو‌های دیجیتالی با کمک به ارزیابی‌های چندگانه درباره اینکه یک سازمان چگونه انرژی را مصرف می‌کند و چه بخش‌هایی را می‌توان بهبود داد، می‌توانند تصمیم گیری را بهبود بخشند.

 محققان دانشگاه فناوری نانیانگ نیز هنگام خلق سبزترین پردیس دانشگاهی جهان اهداف زیادی را در زمینه بهره وری انرژی، مدیریت پسماند و مصرف آب در نظر داشتند. یک قل دیجیتال با تحلیل سناریو‌های جایگزین براساس عملکرد ساختمان به بهبود بهره وری سیستم خنک سازی پردیس کمک کرد. نتایج این تحلیل نشان داد یک سیستم متمرکز می‌تواند بخشی از راه حل برطرف کردن بحران انرژی و کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را در چرخه عملیاتی فراهم کند.

قل‌های دیجیتال می‌توانند به توسعه و نگهداری شبکه‌های توزیع برق هوشمند کمک کنند ودر نتیجه فرایند معکوس سازی قطعی برق را سریع‌تر انجام دهند. این نمونه‌های مبتنی بر داده از سیستم‌های فیزیکی همچنین می‌توانند از حسگر‌های اینترنت اشیا و تحلیل‌ها برای مدیریت دارای‌ها و منابع برای بهبود عملکرد بهره گیرند.