• Dzięki nowym technologiom „zielona energia” może być wydajniejsza
  • Niektóre kraje już wypełniły zobowiązania emisji gazów cieplarnianych
  • Do przyszłego roku Europa chce zwiększyć wykorzystanie zielonej energii do 20 procent

Wiatr, słońce, woda, ciepło Ziemi i powietrza – poskramiając żywioły człowiek wytwarza zieloną energię, zmniejszając emisję gazów cieplarnianych. Zmniejsza dzięki temu zależność od paliw nieodnawialnych – węgla czy ropy. Nadal niski udział energii wiatrowej, słonecznej i geotermalnej w produkcji energii może być ulepszony przez sztuczną inteligencję.

W 2020 roku, kraje członkowskie Organizacji Narodów Zjednoczonych zdadzą relację z poczynionych postępów w wypełnianiu porozumienia paryskiego z 2015 roku, dotyczącego obniżania emisji gazów cieplarnianych.

Indie już wypełniły zobowiązania. Stany Zjednoczone w obniżkę emisji gazów cieplarnianych zaangażowały sektor prywatny. Chiny też są już po „zielonej stronie”. I stosują SI do optymalizacji pracy elektrowni produkujących energię ze źródeł odnawialnych, nie tylko chroniąc klimat, ale i walcząc w ten sposób ze smogiem.

Starając się dogonić liderów, naukowcy w wielu miejscach Europy szukają coraz to bardziej wydajnych rozwiązań. Oczywiście z pomocą sztucznej inteligencji.

Świeży powiew

Nie potrafimy i pewnie nigdy nie będziemy umieć kontrolować wiatru. Ale z ogromną dokładnością, używając połączenia tradycyjnych i inteligentnych metod prognozowania można przewidzieć, kiedy, z jaką siłą i w jakim kierunku będzie dmuchał.

Londyński DeepMind, firma związana z Google zajmująca się SI, stosuje uczenie maszynowe, dzięki któremu można przewidzieć dokładną cyrkulację wiatru z niespotykanym dotąd wyprzedzeniem. Google prowadzi testy systemu na własnych turbinach wiatrowych.

Został on oparty o dane ze stacji pogodowych oraz informacje dotyczące konkretnych turbin. Platforma jest w stanie przewidzieć ruchy wiatru na 36 godzin wcześniej. Co to daje? Można rozplanować spodziewany dopływ energii na dzień przed jej kumulacją. Daje to oszczędności w jej produkcji, poprawiając efektywność turbin o 20 procent. W przyszłości Google chce skomercjalizować swoje algorytmy, a poprawa wydajności większej liczby wiatrowych elektrowni oznacza nieocenione korzyści dla klimatu.

W stronę słońca

Brytyjczycy patrzą też prosto w słońce. W maju pobili rekord ciągłości produkcji energii bez udziału węgla – nie potrzebowali go przez 14 dni. Udział węgla w produkcji energii elektrycznej na Wyspach wynosi obecnie około 10 proc. A rząd w Londynie planuje zamknąć ostatnie elektrownie węglowe do 2025 roku.

Narodowy operator systemu elektroenergetycznego ESO, wspólnie z inżynierami z Instytutu Alana Turinga, opracował program wykorzystujący sztuczną inteligencję do poprawy prognozowania energii słonecznej. System został zbudowany przy użyciu uczenia maszynowego i analizy danych, a sfinansował go Ofgem’s Network Innovation Allowance (Fundusz Innowacji Sieciowych). Ofgem to niezależny od rządu Urząd Regulacji Rynku Paliwowego i Energetycznego.

Z dwóch do 80 zmiennych

Początkowo w prognozie słonecznej ESO uwzględniało dwie zmienne – pojemność słoneczną paneli fotowoltaicznych i natężenie promieniowania słonecznego. Na podstawie tych danych program opracowywał prognozę zasilania.

Nowy system analizuje poprzednie dane i uwzględnia około 80 zmiennych wejściowych. Niektóre z nich obejmują temperaturę i bardziej szczegółowe wskaźniki dotyczące promieniowania słonecznego. Algorytm jest trenowany na bazie historycznych danych. ESO udało się poprawić dokładność prognozowania energii słonecznej o 33 procent.

Pół miliona symulacji

Z kolei w szwajcarskim instytucie badawczym EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) w Lozannie działa Laboratorium Zaawansowanego Projektowania Maszyn. Zespół naukowców pod kierunkiem Jürga Schiffmanna opracował metodę, która ułatwia i przyspiesza instalowanie mikrosprężarek w pompach ciepła.

Korzystając z uczenia maszynowego, naukowcy opracowali równania do szybkiego obliczenia optymalnych wymiarów turbokompresora dla danej pompy ciepła. Dzięki tym badaniom zdobyli nagrodę Best Paper Award podczas konferencji Turbo Expo 2019 organizowanej przez Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Mechaników. Doktoranci wprowadzili wyniki 500 tysięcy symulacji do algorytmów uczenia maszynowego i wygenerowali równania, które są niezawodne nawet przy małych rozmiarach turbosprężarek. Ponadto są bardziej szczegółowe i 1500 razy szybsze, niż tradycyjne metody obliczeń, opierające się na wykresach.

Wpompować dane

Dzisiejsze pompy ciepła wciąż wymagają ulepszeń, są wysoce awaryjne, co podraża koszt ich eksploatacji. Jak je usprawnić? Na przykład, stosując mikroturbokompresory zamiast systemów tłokowych czy śrubowych sprężarek, inżynierowie mogą zmniejszyć zapotrzebowanie mocy tych urządzeń nawet o 25 procent, a efektywność samych pomp (współczynniki przenikania ciepła) poprawić nawet o 30 procent.

Mikroturbosprężarki mogą działać bez oleju; obracają się na łożyskach gazowych, więc prawie nie występuje tarcie. Komplikacje z ich instalacją wynikają z ich niewielkich średnic (mniejszych niż 20 mm) i dużych prędkości obrotowych (ponad 200 tysięcy obrotów/min).

Polska jest jedynym krajem w Europie, gdzie przez kilka lat z rzędu obserwowany jest wzrost sprzedaży pomp ciepła. Pompy te są wyposażone w turbosprężarki ale bez sztucznej inteligencji.

Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła w 2020 roku szacuje, udział tych urządzeń w nowobudowanych budynkach jednorodzinnych na 20-25 procent. Dla porównania w 2017 r. był to 12-procentowy udział.

Najchętniej z ciepła agregowanego przez takie pompy korzystają w Europie Szwajcarzy i Norwegowie. W szwajcarskich kantonach od 50 do 60 procent nowych domów jest wyposażonych w pompy ciepła.

Zadaniem tych urządzeń jest „wyciągnięcie” ciepła z jednego miejsca, a następnie oddanie go w wyższej temperaturze w innym miejscu. Systemy te pobierają energię cieplną z otaczającego środowiska. Na przykład z ziemi, powietrza lub pobliskiego jeziora bądź rzeki – i przekształcają ją w ciepło, sprężając gaz z odparowania czynnika chłodniczego. Urządzenia do działania potrzebują określonej ilości prądu. Więc nie jest to rozwiązanie całkowicie ekologiczne. Ale Szwajcarzy pokazali, że da się skutecznie obniżyć zapotrzebowanie na prąd dla pomp.

Ile mamy zielonej energii?

Produkcja energii ze źródeł odnawialnych w Unii Europejskiej wynosi tyle, ile pozyskano by jej, spalając 211 mln ton ropy (dane z 2016 roku). Ilość energii ze źródeł odnawialnych wytworzonej w latach 2006-2016 zwiększyła się ogółem o 66,6 procent.

Najważniejszym zielonym paliwem w UE było drewno i pozostałe biopaliwa stałe – dały połowę wytworzonej zielonej energii. Na drugim miejscu znalazła się energia wodna (14,3 proc. całkowitej wielkości), a kolejnym była energia wiatrowa (12,4 procent). Ze słońca Europejczycy pozyskali 6,3 proc., natomiast energia geotermalna stanowiła 3,2 proc. W 2016 r. udział odnawialnych źródeł energii w końcowym zużyciu energii brutto państw członkowskich wynosił 17 procent w porównaniu z 8,5 procent w 2004 r. UE chce osiągnąć 20 procent udziału OZE w unijnym końcowym zużyciu energii brutto do 2020 r.

Skip to content