Filter by دسته‌ها
آموزش هوش مصنوعی و انواع آن
آموزش‌های پایه‌ای هوش مصنوعی
اصول هوش مصنوعی
پایتون و ابزارهای یادگیری عمیق
کتابخانه‌ های یادگیری عمیق
یادگیری با نظارت
یادگیری بدون نظارت
یادگیری تقویتی
یادگیری عمیق
یادگیری نیمه نظارتی
آموزش‌های پیشرفته هوش مصنوعی
بینایی ماشین
پردازش زبان طبیعی
پردازش گفتار
چالش‌های عملیاتی
داده کاوی و بیگ دیتا
رایانش ابری و HPC
سیستم‌‌های امبدد
علوم شناختی
دیتاست
اخبار
رسانه‌ها
آموزش پردازش زبان طبیعی
آموزش علوم داده
اینفوگرافیک
پادکست
ویدیو
رویدادها
کاربردهای هوش مصنوعی
کسب‌و‌کار
تحلیل بازارهای هوش مصنوعی
کارآفرینی
هوش مصنوعی در ایران
هوش مصنوعی در جهان
 از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

انرژی­‌های تأمین‌کننده سوخت به دودسته اصلی، تجدید پذیر شامل انرژی خورشید، باد، برق‌آبی، زمین‌گرمایی، زیست‌توده، جزر و مد، امواج و پیل­ه‌ای سوختی و تجدید ناپذیر شامل نفت، گاز، زغال‌سنگ و انرژی هسته­‌ای تقسیم می­شوند. سوختن انرژی­‌های تجدید ناپذیر، عموماً میزان زیادی دی‌اکسید کربن وارد هوا می‌کند که منجر به تغییرات آب­ و­ هوایی در کره زمین می‌گردد. به همین دلیل، در سال­‌های اخیر، کشورهای زیادی در تلاش برای استفاده از انرژی­‌های تجدید پذیر هستند.

استفاده از هر دو نوع انرژی و بهره‌برداری از منابع آن‌ها همواره چالش‌­های فراوانی را به همراه داشته؛ لذا در سال­های اخیر، دانشمندان در حال کمک گرفتن از فناوری هوش مصنوعی در فرآیندهای مختلف حوزه انرژی، از استخراج تا مصرف، هستند. هوش مصنوعی، قابلیت­‌هایی چون پیش‌بینی مسائل، پردازش اطلاعات با حجم بالا، تجزیه‌وتحلیل داده­‌ها به‌ویژه تصاویر و همچنین انجام کارها به‌صورت خودکار را دارد که این توانمندی­‌ها می­توانند فرآیندهایی چون استخراج منابع، نگهداری و تعمیرات تجهیزات، مدیریت و نظارت بر شرایط را بهبود بخشند. سیستم‌های هوشمند در حوزه انرژی، سبب بهبود در استفاده از منابع انرژی، کاهش هزینه‌­ها، همچنین بالا رفتن ایمنی در محیط کاری برای بهره‌برداری از منابع شده‌اند. در این مقاله قصد داریم تا کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی را موردبررسی قرار دهیم، پس با ما همراه باشید…

دسته‌بندی کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی

جهت تأمین انرژی، منابع مختلفی وجود دارد که برخی از آن‌ها منبع طبیعی و برخی دیگر منبع فسیلی هستند. انرژی­‌ها بر اساس سرعت جایگزینی مجدد آن‌ها به دودسته تجدید پذیر و تجدید ناپذیر تقسیم می­‌شوند. تشکیل مجدد انرژی­‌هایی مانند نفت، گاز و زغال‌سنگ که منبع فسیلی دارند، نیازمند میلیون­‌ها سال زمان است. درحالی‌که منابع انرژی طبیعی مانند خورشید، باد و یا امواج، همواره در دسترس بوده و هیچ‌گاه پایان نمی­پذیرند. در این راستا، انرژی به دودسته زیر تقسیم می­شود:

  1. انرژی‌­های تجدید پذیر
  2. انرژی­‌های تجدید ناپذیر

در ادامه، کارکردهای هوش مصنوعی در هر یک از دسته‌های انرژی موردبررسی قرار می‌گیرد.

1. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی در دسته انرژی­‌های تجدید پذیر

افزایش حجم قابل‌توجه دی‌اکسید کربن در هوا، منجر به بروز مشکلاتی در سطح کره زمین شده است. به همین دلیل کشورهای توسعه‌یافته به سمت استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر روی آورده‌اند. استفاده از انرژی‌های مختلف تجدید پذیر به عوامل گوناگونی ازجمله نوع منطقه بستگی دارد. به‌عنوان‌مثال، هند یک منطقه گرمسیر است که در آن بین 250 تا 300 روز سال، هوا آفتابی است و سلول‌های خورشیدی برای این کشور می‌تواند بهترین جایگزین نفت و گاز باشد.

انرژی تجدید پذیر به‌عنوان یک عامل حیاتی در پیشرفت جوامع ثروتمند و پیشرفته در نظر گرفته‌شده که توسعه و بهبود آن بسیار ضروری است. قابلیت‌های هوش مصنوعی جهت استخراج و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها در این زمینه بسیار مورداستفاده قرارگرفته و فرآیندهای تصمیم‌گیری مانند میزان ذخیره انرژی در باتری‌ها، تعداد بهینه توربین‌های بادی در یک منطقه، تعداد سلول‌های خورشیدی موردنیاز و یا زمان لازم رسیدن به غلظت خاصی در زیست‌توده‌ها را بهینه کرده است. تاکنون هوش مصنوعی در بخش‌های کمی از تولید و مدیریت انرژی‌های تجدید پذیر مورداستفاده قرارگرفته؛ اما همین مقدار نیز در پیش‌بینی‌ و مدیریت عملکرد سیستم‌­ها بسیار تأثیر داشته و موجب گردیده تا کشورها، بیشتر از گذشته، به سمت استفاده از این انرژی‌ها رو آورند. جهت بررسی کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی‌­های تجدید پذیر، موارد زیر موردمطالعه قرارگرفته است:

کاربردهای کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

1.1. انرژی خورشیدی

1.2. انرژی باد

1.3. برق‌آبی

1.4. انرژی زمین‌گرمایی

1.5. زیست‌توده‌ها

1.6. انرژی جزر و مد

1.7. انرژی امواج

1.8. پیل‌های سوختی

در ادامه به تشریح کارکردهای هوش مصنوعی در دسته انرژی‌های تجدید پذیر از کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی پرداخته می‌شود.

1.1. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی، بخش انرژی خورشیدی:

یكی از منابع انرژی تجدید پذیر، خورشید است. در هر ثانیه، هر مترمربع زمین حدود ۱۳۶۷ ژول، انرژی از خورشید دریافت می‌کند که مقدار قابل‌توجهی می‌باشد. بخشی از انرژی خورشید، صرف گرم كردن زمین و اجسام‌ روی آن و مقداری از آن برای فتوسنتز در گیاهان استفاده می‌شود. بیشترین بخش از انرژی خورشید به هدر می­رود. به همین سبب سال­هاست دانشمندان در تلاش‌اند تا به کمک سلول‌­های خورشیدی، انرژی خورشید را به انرژی الکتریکی و گرمایی تبدیل کنند و از آن برای مصارف خود استفاده نمایند.

هوش مصنوعی به کمک فناوری‌هایی چون داده‌کاوی می‌تواند در بهینه‌سازی چیدمان صفحات سلول‌های خورشیدی یا آینه‌های متمرکز، تجزیه‌وتحلیل داده‌ها و همچنین پیش‌بینی مواردی چون الگوی مصرف برق یک منطقه و یا میزان توان تولیدی یک مزرعه خورشیدی یا نیروگاه متمرکز مفید واقع شود تا بتوان با صرف هزینه‌ کمتر، توان تولیدی مزرعه‌های خورشیدی و نیروگاه‌های متمرکز را افزایش داد.

پیش‌بینی‌ میزان تولید انرژی برق

در زمینه تولید انرژی برق به کمک سلول‌های خورشیدی و آینه‌های متمرکز، نیاز است عوامل بسیار زیادی مانند الگوی مصرف برق در مناطق مختلف، میزان تابش خورشید، آب‌وهوا، میزان انرژی کسب‌شده در هر بازه زمانی و سایر موارد ازاین‌دست را پیش‌بینی کرد. سپس به کمک این پیش‌بینی‌ها می‌توان مدیریت درستی در زمینه تولید و ذخیره انرژی برق داشت. در این راستا، هوش مصنوعی از طریق دنبال کردن الگوهای مصرف پیشین و پردازش داده­‌هایی که در هرلحظه از منابع مختلف مانند گزارش‌­­های هواشناسی و یا میزان گردوخاک نشسته بر روی صفحات خورشیدی به دست می­آید، میزان برق تولیدشده را پیش‌بینی می‌نماید.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

بهینه‌سازی چیدمان صفحات خورشیدی و آینه‌های نیروگاه‌­های متمرکز

زاویه، تعداد و نوع چیدمان سلول‌های خورشیدی و آینه‌­ها در نیروگاه­‌های متمرکز، تأثیر بسیار زیادی در میزان انرژی به‌دست‌آمده دارد. بیشترین میزان انرژی از خورشید، زمانی دریافت می­شود که تابش نور بر سطح آینه­‌ها در نیروگاه‌­های متمرکز و یا تابش به صفحه­‌های پنل­های خورشیدی به‌صورت عمود صورت بگیرد.

امروزه شرکت‌های بسیاری فعالیت خود را درزمینه کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی  شروع کرده‌اند و در تلاش هستند تا با بهره‌گیری از الگوریتم‌های یادگیری ماشین در طراحی چیدمان بهینه سلول‌ها و آینه‌ها می‌توان به بیشترین مقدار انرژی ممکن از سلول‌های خورشیدی دست یابند. این سیستم‌­ها، آینه­‌ها و پنل­‌های خورشیدی را در ساعت‌های مختلف شبانه‌روز با تغییر زاویه خورشید به‌گونه‌ای می­‌چرخانند که تابش بر سطحشان عمود باشد تا بیشترین میزان انرژی را دریافت کنند.

بهینه‌سازی مدیریت مصرف و ذخیره انرژی  در باتری‌ها

شارژ کردن باتری‌­ها باانرژی تولیدشده به ولتاژ، جریان و توان بستگی دارد. یک پلتفرم هوش مصنوعی، تمام اطلاعات موردنیاز خود را از منابع مختلف دریافت کرده و تجزیه‌وتحلیل می‌نماید. سپس بر اساس این اطلاعات، زمان بهینه برای ذخیره انرژی، میزان ذخیره‌شده و بهترین زمان مصرف آن را تعیین می‌کند.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

1.2. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی،  بخش انرژی باد

انرژی باد، یک منبع سوخت پاک محسوب می‌شود و می‌توان برای تولید الكتریسیته از آن استفاده كرد. هر نیروگاه بادی جهت تولید الكتریسیته به‌طورمعمول حدود ۴۰ تا ۱۰۰ توربین بادی دارد. برآوردهای کارشناسان حاکی از آن است که می‌توان ۵۰ درصد انرژی موردنیاز جهان را از باد تأمین نمود.

دانشمندان در تلاش‌اند تا به کمک فناوری هوش مصنوعی، تولید انرژی الکتریسیته از انرژی باد را بهینه کنند. به کمک فناوری‌های کاربردی هوش مصنوعی، توان خروجی توربین‌های بادی افزایش و هزینه‌­های تولید انرژی از این منبع تجدید پذیر تا حد زیادی کاهش می‌یابد که این مهم از طریق موارد ذیل قابل پیاده‌سازی است.

طراحی چیدمان مزارع بادی

طراحی چیدمان مزارع بادی یکی از کلیدی­‌ترین نکات در تعیین میزان توان خروجی توربین­‌های بادی است. هنگام طراحی مزارع بادی لازم است به جایابی توربین‌ها و عدم قرارگیری آن‌ها در مسیر یکدیگر در هنگام وزش باد توجه شود. هوش مصنوعی می­تواند نحوه چیدمان توربین‌­های بادی را طوری طراحی کند تا کمترین توربینی در سایه‌­ی باد دیگری قرار بگیرد.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

بهینه‌سازی توان خروجی توربین­‌ها

پره­ه‌ای توربین­‌های بادی باید در ساعت‌های مختلف شبانه‌روز با توجه به جهت و سرعت وزش باد بچرخند تا بتوان از آن‌ها بیشترین میزان خروجی انرژی الکتریسیته را دریافت کرد. به همین دلیل می‌توان از فناوری­های هوش مصنوعی کمک گرفت تا این چرخش‌­ها به‌صورت کارآمدتری صورت بگیرد و انرژی الکتریسیته بیشتری توسط توربین‌ها تولید شود.

پیش‌بینی خرابی توربین‌­ها

اگر توربین­‌ها در جهت درست و مناسب نسبت به وزش باد قرار نگیرند، طول عمر پایه‌­های توربین کاهش می­یابد. همچنین آخرین تاریخ نگهداری و تعمیرات، شرایط آب‌وهوایی مانند میزان بارندگی­ها و گردوخاک، همگی عواملی هستند که در خرابی یک توربین بادی تأثیرگذارند. پلتفرم‌­های هوش مصنوعی می­توانند خرابی توربین­‌ها را با توجه به شرایط موجود آن‌ها پیش‌بینی کنند. این سبب می­شود تا بتوان قبل از خرابی و قطع کار توربین آن را تعمیر کرد؛ لذا هزینه‌­های نگهداری، تعمیرات و خواب توربین‌ها تا حد زیادی کاهش پیدا می­کند.

کشف محل و نوع خرابی

همان‌طور که مشخص است صنعت انرژی یک صنعت بسیار گسترده است و به دنباله آن کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی نیز دامنه بسیاری دارند. از مهم‌ترین مزایای هوش مصنوعی در این صنعت، کشف محل و نوع خرابی سیستم‌های تولیدکننده انرژی است. به‌عنوان‌مثال پره توربین‌های بادی نیازمند بررسی مکرر هستند تا شدت و نوع خرابی را در زودترین زمان، تشخیص داد. هزینه نگهداری و تعمیر پره‌های توربین‌های بادی بسیار بالاست؛ لذا می‌توان به‌جای این‌که در فاصله‌های زمانی مشخص، اقدام به باز کردن پره‌ها و انجام عملیات تعمیر و نگهداری کرد، با استفاده از فناوری بینایی ماشین، تصاویر گرفته‌شده توسط پهپادها را بررسی نمود و محل، شدت و نوع عیب پره‌ها را تشخیص داد. سپس بر اساس آن برای عملیات نگهداری و تعمیرات، تصمیمات لازم گرفته شود که درنتیجه آن، تنها در  هنگام ضرورت اقدام به باز کردن پره‌ها و انجام عملیات تعمیر و نگهداری می‌شود.

1.3. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی، بخش برق‌آبی

با بستن سد بر روی مسیرهای آبی و نگهداری آب در پشت سدها، می‌توان توربین­‌ها را به‌منظور تولید انرژی الکتریسیته به حرکت درآورد. کشورها سال‌هاست از این منبع انرژی به‌عنوان یک منبع پاک برای تولید انرژی برق استفاده می‌کنند که در حال حاضر متخصصین به دنبال ‌توسعه و بهبود آن توسط فناوری­ هوش مصنوعی هستند. هوش مصنوعی می­‌تواند در زمینه­‌هایی چون نگهداری از سدها بسیار کارآمد عمل کند و این امر سبب افزایش قابلیت اطمینان و کاهش هزینه‌­های تولید انرژی برق از این روش شده که در ادامه به تشریح راهکارهای هوش مصنوعی در این زمینه پرداخته می‌شود.

پیش‌بینی تراز آب پشت سدها

حجم آب پشت سدها با توجه به شرایط محیطی دائماً در حال تغییر است. ازجمله موارد اثرگذار در حجم آب می‌توان به میزان بارندگی­­، تابش انرژی خورشید، دمای هوا، حجم آب ورودی از رودها اشاره کرد. آب پشت سدها نباید از مقدار مشخصی بیشتر شود چراکه به دیواره سد، فشار آورده و می­تواند سبب تخریب آن گردد. از همین رو متخصصین از مدل­‌های هوش مصنوعی کمک می­گیرند تا حجم آب پشت سدها را پیش­بینی و در صورت لزوم، فرمان هشدار را صادر کنند.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

کشف خرابی در سدها

حجم قابل‌توجهی از آب در پشت سدها ذخیره‌شده که در صورت رها شدن آن‌ها، تمام مناطق اطراف به زیرآب خواهد رفت. درنتیجه، لازم است سدها به‌طور دائم و مرتب مورد ارزیابی قرار گیرند تا اگر بخشی از سد نیاز به تعمیر دارد، محل موردنظر، کشف و اقدامات لازم انجام شود. به کمک پهپادها و با استفاده از فناوری بینایی ماشین، می‌توان از بخش‌­های مختلف سدها عکس‌برداری و پس از تجزیه‌وتحلیل آن‌ها، محل و نوع خرابی را مشخص کرد.

1.4. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی  در بخش انرژی زمین‌گرمایی

انرژی زمین‌گرمایی، حاصل از گرمای لایه­‌های پایین­تر زمین است که از آن به‌عنوان یک منبع پاک استفاده می­‌شود. از این گرما می‌توان به روش‌­های مختلف برای تولید انرژی برق استفاده کرد. به‌عنوان‌مثال، آب را به کمک این گرما، بخار می‌کنند و توسط بخارآب، توربین­‌ها را به حرکت درمی‌آورند تا از آن برق تولید شود.

یکی از چالش‌­های استفاده از انرژی زمین به‌عنوان یک منبع تجدید پذیر، کشف محل مناسب حفر چاه است که محققین توانسته‌­اند به کمک فناوری هوش مصنوعی و با به‌کارگیری تکنیک‌های جدید یادگیری ماشین برای تجزیه‌وتحلیل تصاویر سنجش‌ازدور، محل مناسب برای حفر چاه و احداث نیروگاه زمین‌گرمایی را مشخص کنند. در این فرآیند، معیارهایی چون ویژگی‌­های سطح زمین، تصاویر هوایی از چشمه­‌های آب گرم و کوه‌­های آتش‌فشان برای سیستم هوش مصنوعی تعریف می­‌شود و سیستم می‌­تواند بهترین محل را بر اساس معیارها مشخص کند.

1.5. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی، بخش زیست‌توده‌ها Biomass

زیست‌توده‌­ها، پایدارترین و فراوان­ترین منبع انرژی تجدید پذیر هستند که می‌­توانند به‌عنوان جایگزینی برای محصولات با پایه‌­ی نفت خام استفاده شوند. زیست‌توده به مواد طبیعی که از بقایا و پسماندهای گیاهان و حیوانات به دست می‌آیند، گفته می­شود. زیست‌توده‌­ها یکی از منابع انرژی تجدید پذیر شناخته می­‌شوند که طیف وسیعی را در برمی‌گیرند. به‌طور عمده زیست‌توده در شش گروه زیر تقسیم‌بندی می‌­شود:

  1. جنگل‌ها و ضایعات جنگلی
  2. محصولات و ضایعات کشاورزی، باغداری و صنایع غذایی
  3. فضولات دامی
  4. فاضلاب‌های شهری
  5. فاضلاب‌ها، پسماندها و زائدات آلی صنعتی
  6. ضایعات جامد

تلفیق فناوری­‌های هوش مصنوعی و فرآیندهای تولید زیست‌توده­ می­‌تواند روند تولید آن‌ها را تسهیل و کیفیت آن‌ها را بالا ببرد. کارکردهای هوش مصنوعی در این حوزه عبارت است از: اندازه‌گیری میزان غلظت زیست‌توده‌ها و تشخیص کیفیت ذرات مواد اولیه به کمک فناوری بینایی ماشین که در ادامه به تشریح آن‌ها پرداخته‌شده است.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

اندازه‌گیری میزان غلظت زیست‌توده

یکی از مهم­ترین فرآیندهای عملیات تخمیر، تعیین میزان غلظت زیست‌توده در یک کشت سلولی است. برای اندازه‌­گیری غلظت زیست‌توده‌­ها روش‌­های مختلفی چون اندازه­گیری وزن خشک، شمارش کلنی، شمارش مستقیم میکروسکوپی، روش­های فیزیکی و شیمیایی وجود دارد؛ اما امروزه توسط فناوری بینایی ماشین و به کمک پردازش تصاویر گرفته‌شده از زیست‌توده‌­ها می‌توان میزان غلظت آن‌ها را اندازه­گیری کرد. خودکارسازی فرآیند اندازه‌­گیری غلظت زیست‌توده‌ها به کمک هوش مصنوعی، ضمن آزاد کردن زمان و انرژی منابع انسانی می‌تواند به‌صورت دائمی و در هرلحظه انجام شود.

تشخیص کیفیت ذرات مواد اولیه زیست‌توده

کیفیت نهایی زیست‌توده‌­ها و میزان انرژی تولیدی آن‌ها به کیفیت  مواد اولیه‌ای که زیست‌توده با آن‌ها تولید می­‌شود و نوع قارچ و باکتری اضافه‌شده به مواد بستگی دارد. ازاین‌جهت می‌توان با کمک گرفتن از فناوری بینایی ماشین و پردازش تصاویر گرفته‌شده از مواد اولیه، کیفیت آن‌ها را مشخص و درنهایت کیفیت زیست‌توده تولیدشده را پیش‌بینی کرد.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

1.6. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی در بخش انرژی جزر و مد

جزر و مد، حاصل از گرانش ماه و خورشید است و درصورتی‌که تفاوت سطح آب در جزر و مد به‌اندازه‌ی کافی زیاد باشد، می‌توان از این اختلاف ارتفاع، در به حرکت درآوردن توربین‌ها و درنتیجه تولید انرژی برق استفاده کرد. سطح بالا آمدن و درنتیجه انرژی تولیدشده در این روش به عواملی چون تراز خورشید و ماه، شکل خط ساحلی و عمق آب بستگی دارد.

برای بهره گرفتن از انرژی جزر و مد، فناوری‌های مختلفی استفاده می‌شود که ازجمله آن‌ها می‌توان به هواگردهای زیرآبی اشاره کرد. با توجه به این‌که هدف هواگردهای زیرآبی، تولید بیشترین میزان برق است و نه لزوماً رسیدن به بیشترین سرعت (چراکه در سرعت‌بالا پره‌های هواگرد آسیب می‌بینند)، محققین در تلاش‌اند تا به کمک هوش مصنوعی، مسیر، سرعت و مدل بهینه چرخش هواگرد را تعیین کنند. با حرکت دادن هواگردها به سمتی که جزر و مد بیشتری وجود دارد، می‌توان علاوه برافزایش تولید برق، کمترین میزان خرابی در پره‌ها را منجر شد. همچنین به کمک هوش مصنوعی، میزان برق تولیدی توسط انرژی جزر و مد قابل پیش‌بینی است.

1.7. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی در بخش انرژی امواج

انرژی امواج، حاصل انتقال انرژی باد به دریاست. قدرت و سرعت امواج بستگی به‌سرعت باد و مسافت آن دارد. میزان انرژی موجود در امواج دریا بسیار زیاد است به‌طوری‌که می‌توان از آن برای تولید برق، آب‌شیرین‌کن و پمپاژ آب در مخازن استفاده نمود.

از انرژی امواج توسط دو روش خارج از ساحل و سیستم‌های ساحلی بهره گرفته می‌شود. سیستم‌های ساحلی در امتداد خط موج ساخته‌شده و انرژی امواج را در برخورد با خود جذب می‌کنند. در سیستم‌های خارج از ساحل، شناورها در مناطق پرعمق دریا قرارداده می‌شوند و با حرکت امواج، این شناورها انرژی تولید می‌کنند.

محققین در تلاش‌اند تا با کمک گرفتن از فناوری‌های کاربردی هوش مصنوعی، بتوانند ارتفاع موج تولیدشده در هر شناور، دامنه شار انرژی تولیدشده در آن و همچنین انرژی تولیدشده در سیستم‌های ساحلی را طبقه‌بندی، مقایسه، ارزیابی و پیش‌بینی کنند که داده­‌های حاصل از این بررسی­‌ها منجر به مدیریت بهتر تولید و ذخیره انرژی امواج می‌گردد.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

1.8. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی در بخش پیل‌های سوختی

پیل سوختی وسیله‌ای است که در طی فرآیند الکتروشیمیایی، انرژی ذخیره‌شده شیمیایی در سوخت را به‌طور مستقیم، بدون نیاز به توربین و بدون احتراق و ایجاد آلودگی، به برق DC  تبدیل می‌کند. اجزای اصلی تشکیل‌دهنده یک پیل سوختی از مخزن سوخت، الکترولیت و الکترودهای نازک و متخلخل آند و کاتد تشکیل‌شده است.

برای بالا بردن ظرفیت و توان استفاده از پیل­‌های سوختی، دانشمندان از الگوریتم­های یادگیری ماشینی کمک می­‌گیرند. این الگوریتم‌­ها در بخش‌­های مختلفی از تولید انرژی توسط پیل­ه‌ای سوختی مانند ارزیابی، مدل‌سازی، بهبود عملکرد پیل­‌های سوختی و همچنین پیش‌بینی تخریب آن‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند.

مدل‌سازی عملکرد پیل‌­های سوختی

پروژه‌­های زیادی در دنیا در حال تلاش برای بالا بردن توان و میزان انرژی دریافتی از پیل­‌های سوختی هستند. شبکه‌­های عصبی مصنوعی، توانایی شناسایی، کشف ارتباط بین الگوها و مدل‌سازی عملکرد سلول­‌های سوختی را دارند که به افزایش عملکرد پیل‌­های سوختی می‌انجامد.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

ارزیابی عملکرد پیل­‌های سوختی

لازم است عملکرد پیل‌های سوختی در دوره­‌های مختلف، مورد ارزیابی قرار گیرد. امروزه دانشمندان در تلاش‌اند تا به کمک هوش مصنوعی، این ارزیابی­ها را بهتر و مؤثرتر انجام دهند. در بررسی عملکرد پیل‌­های سوختی با استفاده از روش­ها و الگوریتم‌­های هوش مصنوعی، دما و غلظت سولفات آهن‌بر روی ولتاژ خروجی در شرایط قبل و بعد از راه‌اندازی پیل سوختی بررسی‌شده‌ و سپس بر اساس نتایج حاصل‌شده، عملکرد آن مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.

2. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی در دسته انرژی­‌های تجدید ناپذیر

در دو قرن اخیر، اصلی­ترین منابع تأمین انرژی انسان­‌ها، منابع تجدید ناپذیر بوده است که می‌توان به نفت، گاز، زغال‌سنگ و انرژی هسته‌ای در این زمینه اشاره کرد. این منابع برای به حرکت درآوردن توربین­ها و درنتیجه تولید برق مورداستفاده قرار می‌گیرند. ماشین‌­ها و کارخانه‌ها نیز به‌طورمعمول برای تأمین انرژی خود از این سه منبع استفاده می‌­کنند. همین امر سبب شده تا دانشمندان به فکر تسهیل استفاده از این منابع باشند.

استخراج منابع نفت، گاز و زغال‌سنگ از لایه­‌های پایین­تر سطح زمین، کار آسانی نیست و شرایط کاری افراد در این بخش‌­ها بسیار سخت و طاقت­‌فرساست که می‌توان با کمک گرفتن از فناوری‌های هوش مصنوعی مانند بینایی ماشین و داده‌کاوی، آن‌ها را تسهیل کرده و کارایی‌شان را افزایش داد. از طرف دیگر، جهت بهره‌برداری انرژی هسته­‌ای، نیاز به روش‌هایی برای پیش‌بینی دقیق میزان انرژی آزادشده‌ احساس می‌شود چراکه اگر محاسبات به‌درستی انجام نشوند، این انرژی در صورت آزادسازی بیش از میزان مجاز، می­تواند منطقه­‌ی وسیعی را از بین ببرد. به همین دلیل دانشمندان از مدل­های یادگیری عمیق برای محاسبه میزان انرژی آزادشده از منابع هسته­ای، استفاده کرده تا آن را قبل از آزادسازی، پیش‌بینی کنند. در ادامه به برخی از کاربردهای هوش مصنوعی در انواع انرژی تجدید ناپذیر پرداخته‌شده است.

2.1. کاربردهای هوش مصنوعی در نفت و گاز

نفت و گاز، یکی از مهم‌ترین منابع تأمین انرژی بشر امروزی هستند و ازجمله منابع حیاتی برای بسیاری از صنایع به شمار می‌روند؛ به‌طوری‌که نفت خام 37 درصد و گاز طبیعی 21 درصد انرژی دنیا را تأمین می‌کنند. صنعت نفت و گاز شامل بخش‌های اکتشاف، استخراج، پالایش و انتقال می‌باشد. وجود نفت و گاز برای بسیاری از صنایع، حیاتی است.

ازآنجاکه نفت و گاز، منابع انرژی تجدید ناپذیرند، امروزه کشورهای زیادی در حال تلاش جهت افزایش بهره‌وری این صنعت به کمک فناوری‌های جدید هستند. هوش مصنوعی، یکی از این فناوری‌های تأثیرگذار است که به کمک آن، فرآیندهای حفاری ایمن­تر، سریع‌تر و با هزینه­ی کمتر انجام می‌شود. در ادامه، برخی از کاربردهای هوش مصنوعی در زمینه نفت و گاز شرح داده خواهد شد.

شناسایی محل احداث چاه­‌ها

کارشناسان هوش مصنوعی به کمک تلفیق داده‌­هایی مانند تصاویر ماهواره­ای، اطلاعات زمین‌شناسی، ژئوفیزیک و علوم مهندسی، توانسته‌­اند مسیر کشف محل احداث چاه­‌های جدید نفت و گاز را بهبود بخشند. به کمک این پلتفرم‌­ها و نرم‌­افزارها (مانند نرم­افزار DI Transform) درصد موفقیت در کشف محل احداث چاه‌ها افزایش‌یافته است.

پیش‌بینی سرعت حفاری چاه‌­های نفت

پیش‌بینی سرعت حفاری در تخمین زمان و هزینه‌­ی موردنیاز حفاری می‌تواند بسیار تأثیرگذار باشد. شرایط زمین، پارامترهای مربوط به دستگاه حفاری و سیال حفاری ازجمله عواملی است که در نرخ نفوذ مته و درنتیجه سرعت حفاری، مؤثر می‌باشد. با استفاده از تحلیل داده­‌هایی چون نوع مته، سرعت چرخش، جریان گل ورودی به چاه، وزن گل، فشار پمپ و نرخ ورود مته در یک شبکه عصبی مصنوعی می‌توان سرعت حفاری را پیش‌بینی کرد.

نظارت بر شرایط سکوها و عملیات حفاری

به کمک فناوری هوش مصنوعی می‌توان شرایط سکوهای نفتی و گازی و مراحل حفاری چاه‌­ها را نظارت کرد. بینایی ماشین و اینترنت اشیاء ازجمله فناوری­‌های مؤثر در نظارت محل‌های مختلف، شرایط عمومی دستگاه­ها، سکوها و حتی افراد هستند. می‌توان به‌طور مرتب و دائم شرایط را بررسی و داده‌­های مربوطه را ثبت و در صورت بروز هرگونه خطا یا مشکل در سیستم پیغام هشدار را برای مسئول مربوطه ارسال کرد.

تجزیه‌وتحلیل داده­‌ها

در یک سکوی نفت و یا گاز، داده­های بسیاری از قبیل میزان و سرعت استخراج، داده­‌های مربوط به چاه‌­ها، شرایط لوله­‌های انتقال نفت و گاز، تصاویر ماهواره­ای، اطلاعات دستگاه­‌ها و حتی کارکنان وجود دارد. جمع­آوری و تجزیه‌وتحلیل این اطلاعات، کار بسیار زمان­بری است. به کمک الگوریتم‌های هوش مصنوعی می‌توان اطلاعات را از منابع مختلف جمع­آوری کرد و مورد تجزیه‌وتحلیل قرارداد. نتایج این تحلیل‌ها برای برنامه‌­ریزی و تصمیم­گیری شرایط پیش روی سکوها استفاده خواهد شد.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

2.2. کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی در بخش زغال‌سنگ

زغال‌سنگ، یکی دیگر از منابع انرژی تجدید ناپذیر است که از دیرباز انرژی حاصل از سوزاندن آن برای پخت­‌و­پز، گرم کردن و در دهه‌­های اخیر برای تولید انرژی برق استفاده می­‌شود. برای استخراج این منبع انرژی باید معادن عمیقی در مناطق خاصی از زمین حفر شود. کار در معادن برای انسان، بسیار سخت و خطرناک است. ربات­‌ها، پهپادها و ماشین‌­های خودران در کنار فناوری‌­های کاربردی هوش مصنوعی، در تلاش‌اند تا بتوانند فرآیندهای مختلف استخراج زغال‌سنگ را تسهیل کنند. در ادامه به تشریح برخی از این کاربردها پرداخته‌شده است.

افزایش موفقیت در کشف معادن

هوش مصنوعی می‌تواند معادن را با احتمال موفقیت بالاتری، شناسایی کند. شرکت IMAGO به کمک یک پلتفرم یادگیری عمیق، عکس­های ماهواره­ای و تصاویر زمین‌شناسی را تحلیل و بر اساس داده­ها و تحلیل­های استخراج‌شده از این تصاویر، اقدام به کشف و شناسایی معادن می‌کند.

شناسایی تغییرات و نظارت بر شرایط معدن

به کمک فناوری بینایی ماشین و دوربین­‌های حرارتی می‌توان بخش­ها و دیواره­‌های مختلف معدن را موردبررسی قرارداد. این سیستم­‌ها با اعلام هرگونه شکاف و تغییر در شرایط معدن، از وقوع حوادثی چون ریزش دیوارهای معدن جلوگیری می‌کنند.

همچنین سیستم‌­های هوش مصنوعی کمک می‌کنند تا از راه دور نیز شرایط عمومی محیط و افراد درون معدن را بررسی کنند و مسائل گوناگون را پیش‌بینی و در خصوص آن‌ها تصمیم‌گیری نمایند.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

پیش‌بینی میزان بهره‌برداری از معادن

هوش مصنوعی با پردازش تصاویر ماهواره‌ها، پهپادها و تصاویر زمین‌شناسی و با داده‌کاوی داده­‌های گذشته، میزان بهره­‌برداری از معادن زغال‌سنگ را پیش‌بینی می‌کند. این پیش‌بینی‌ها برای مدیریت و تصمیم‌گیری­ روند برداشت زغال‌سنگ، بسیار کاربرد دارد.

کامیون و تجهیزات خودران

شرکت بزرگ خودروسازی AB Volvo موفق به ساخت نوعی کامیون خودران متناسب با شرایط کاری در معادن شده است. این کامیون­ها با استفاده از فناوری‌های هوش مصنوعی طوری طراحی‌شده‌اند که می­توانند در شرایط سخت و تاریک معادن، اشیا، افراد و مسیرها را شناسایی کنند.

ربات­ها و پهپادها

کار در معدن ازجمله خطرناک­ترین کارهاست و هرسال تعداد زیادی از کارگران معادن، جان خود را از دست می­دهند. در سال­های اخیر، ربات‌­ها و پهپادها توانسته‌­اند تا در انجام فعالیت­های خطرناک، جایگزین انسان‌ها شوند. ربات­ها و پهپادهای هوشمند به نقاطی از معدن که حضور انسان‌ها ناممکن و یا خطرناک است، رفته و عملیات مربوطه را انجام می‌دهند.

2.3. کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی هسته‌­ای

بهره­‌گیری از فرآیندهای هسته­‌ای حرارت زا برای تولید گرما و الکتریسیته تحت عنوان انرژی هسته‌­ای شناخته می‌شود که به دو روش شکافت هسته‌­ای و هم‌جوشی هسته‌­ای انجام می‌گیرد. انرژی هسته­ای به دلیل تولید انرژی، بدون ایجاد ‌دی‌اکسیدکربن در هوا، بسیار موردتوجه قرارگرفته است؛ اما این زمینه همچنان دارای چالش‌­های فراوانی است و نیاز به توسعه در فرآیندهای آن بسیار مشاهده و انرژی پدید می­آید.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

امروزه به کمک الگوریتم­های هوش مصنوعی، محققین در تلاش‌اند تا سرعت مطالعات و تحقیقات خود را افزایش دهند. هوش مصنوعی به پیشرفت فرآیندهای انرژی هسته­ای کمک می­‌کند و دانشمندان امیدوارند با افزایش تولید این انرژی، بتوانند میزان برق بیشتری را از این طریق تولید کنند که این امر سبب کاهش تولید گاز دی‌اکسید کربن حاصل از سوزاندن نفت، گاز و زغال‌سنگ می­شود. برخی از کاربردهای این فناوری در زمینه انرژی­ هسته­ای به شرح زیر است:

بهینه‌سازی پیکربندی میله‌های سوختی به میله‌هایی مخصوص در راکتورهای هسته‌ای گفته می‌شود که جهت کنترل آهنگ تولید نوترون در فرآیند شکافت هسته‌ای از آن‌ها استفاده می‌شود.

اگر میله­‌های سوختی در حالت بهینه قرار بگیرند، می­توانند مصرف سوخت و هزینه­ی نگهداری و تعمیرات را تا حد قابل‌توجهی کاهش دهند. میله­‌های سوختی، گران‌قیمت‌ هستند و مهندسین در طی سال­ها آزمون‌وخطا توانسته‌­اند طراحی­‌هایی را برای افزایش عمر آن‌ها ارائه دهند. اکنون هوش مصنوعی به میدان آمده تا در مسیر طراحی چیدمان میله­‌های سوختی به مهندسین کمک کند. ازآنجاکه سیستم‌­های هوش مصنوعی، سرعت پردازش بالایی برای اطلاعات دارند، مجریان این حوزه در تلاش‌اند تا در یک محیط شبیه‌سازی‌شده، طراحی‌های بهینه‌­ای برای میله‌های سوختی ارائه دهند.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

پیشرفت در تحقیقات همجوشی

تحقیق در خصوص همجوشی هسته‌­ای نیاز به مطالعات و بررسی­‌های فراوان در زمینه فیزیک پلاسما و علم مواد دارد. توانمندی هوش مصنوعی در زمینه شبیه‌­سازی و تجزیه‌وتحلیل داده­ها به دانشمندان کمک می‌کند تا مسیر انجام فرآیندها را بهینه کنند. یکی از دانشمندان اصلی General Atomic بانام دیوید همفریس از توانایی هوش مصنوعی در کنترل سناریوهای مربوط به پلاسما نیز خبر داده است.

پیش­بینی توان تولیدشده در یک راکتور هسته‌ای

به کمک یک مدل یادگیری ماشین می‌توان توان تولیدشده در راکتورهای هسته‌­ای را پیش‌­بینی کرد. عواملی چون توان راکتور، دمای ورودی، فشار، سرعت جریان جرم، شاخص شکل محوری و موقعیت میله­‌های کنترل، ازجمله ورودی‌­های این مدل هستند.

از سیر تا پیاز کاربردهای هوش مصنوعی در انرژی

نمونه‌ای از محصولات کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی

ردیفنام محصول / خدمتنام شرکتنوع محصولنوع ارائهدستهکارکرد
1ForecastingDexterنرم‌افزارسرویس ابریتجدید پذیر
خورشیدی
پیش‌بینی میزان تولید انرژی برق
2AthenaStemنرم‌افزاراپلیکیشنتجدید پذیر
خورشیدی
پیش‌بینی میزان تولید انرژی برق/
بهینه‌سازی مدیریت مصرف و ذخیره انرژی  در باتری‌ها
3BluWave-ai Edge and Centerblue wave.aiنرم‌افزارسرویس ابریتجدید پذیر
خورشیدی
بهینه‌سازی چیدمان صفحات خورشیدی و آینه‌های متمرکز
4custom developmentNnergixنرم‌افزارویندوزیتجدید پذیر
باد
طراحی چیدمان مزارع بادی
5The repair processrope roboticsسخت‌افزاررباتتجدید پذیر
باد
کشف محل و نوع خرابی
6SCHT – Smart Climate Hydropower ToolGecoنرم‌افزارسامانه ابریتجدید پذیر
برق‌آبی
پیش‌بینی تراز آب پشت سدها
7Consistent damage detectioneasy inspectنرم‌افزارسامانه ابریتجدید پذیر
برق‌آبی
کشف خرابی در سدها
8CGG GeothermalCGGنرم‌افزارسرویس ابریتجدید پذیر
زمین‌گرمایی
کشف محل مناسب حفر چاه زمین‌گرمایی
9EchofilterThe DeepSense team
 at Dalhousie University
نرم‌افزارویندوزیتجدید پذیر
جزر و مد
پردازش و نظارت خودکار بر سیستم‌های تولید انرژی جزر و مد
10Marine Weatherstorm glassنرم‌افزارسرویس ابریتجدید پذیر
امواج
پیش‌بینی نوع، ارتفاع، جهت و طول امواج
11LandRISKGecoنرم‌افزارسامانه ابریتجدید ناپذیر
زغال‌سنگ
افزایش موفقیت در کشف معادن
12FMX truckvolvoسخت‌افزاررباتتجدید ناپذیر
زغال‌سنگ
کامیون‌ها و تجهیزات خودران
13AWESOMEGecoنرم‌افزارسرویس ابریتجدید ناپذیر
نفت و گاز
نظارت بر شرایط سکوها
14NeshNeshنرم‌افزارویندوزیتجدید ناپذیر
نفت و گاز
تجزیه‌وتحلیل داده‌ها
15NUCLEAR MACHINE LEARNING SOFTWARE DEVELOPMENTblue wave ai labsنرم‌افزارویندوزیتجدید ناپذیر
هسته‌ای
پیش‌بینی توان تولیدشده در یک راکتور هسته‌ای

مقاله ما چطور بود؟

میانگین امتیاز / 5. تعداد ارا :

مطالب پیشنهادی مرتبط

اشتراک در
اطلاع از
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها
لطفاً برای تکمیل این فرم، جاوا اسکریپت را در مرورگر خود فعال کنید.