یادداشت

«دیجیتالی کردن در حوزه انرژی»

 

         محمد معماری فر (کارشناس ارشد واحد M&V)

                                                   زهرا پوررضا موحد  (کارشناس واحد M&V)

 

دیجیتالی کردن، کاربرد فزاینده فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) در تمام بخش های اقتصادی، از جمله سیستم‌های انرژي است. روند دیجیتالی کردن شامل افزایش تعامل و همگرایی میان دنیای فیزیکی و دیجیتالی است. ۳ جزء اساسی در فرآیند دیجیتالی کردن عبارتند از:

  • داده‌ها: اطلاعات دیجیتال.
  • تجزیه و تحلیل:‌ محاسبه حجم زیادی از داده‌ها به منظور ایجاد بینش عملیاتی.
  • اتصال و ارتباط: مبادله داده‌ها بین ماشین‌ها یا انسان‌ها و ماشین‌ها از طریق شبکه‌های ارتباطی دیجیتال.

نزدیک به چند دهه از بهره برداری فناوری‌های دیجیتال توسط بشر می گذرد. آنچه در دنیای امروز مورد توجه است، مقیاس و سرعت دیجیتالی کردن و تمرکز فزاینده آن بر ارتباطات است. گرایش به توسعه دیجیتالی کردن با پیشرفت در ۳ حوزه میسر شده است: افزایش حجم داده‌ها به علت کاهش هزینه‌ سنسورها و ذخیره سازی، پیشرفت سریع ناشی از قابلیت‌های محاسباتی و تجزیه و تحلیل پیشرفته و افزایش سرعت ارتباطات با انتقال سریع‌تر و ارزان‌تر اطلاعات.

تاثیر دیجیتالی کردن بر تقاضای انرژی دارای جنبه های مختلفی است. دستگاه‌های دیجیتال پیشرفت‌های بزرگی را در کارایی انرژي در بخش‌های حمل‌و‌نقل، ساختمان و صنعت ایجاد کرده‌اند. با این حال، اگر به درستی مدیریت نشوند، می‌توانند منجر به افزایش مصرف انرژي شوند.

یکی از ریسک‌های افزایش دیجیتالی کردن این است که با ارائه خدمات با کیفیت بهتر، فناوری‌های دیجیتال می‌توانند نتیجه معکوس در پی داشته باشند که به تبع آن کاربران انرژی، بیشتر از آنچه در زمان فقدان فناوری‌های دیجیتال مصرف می کردند، انرژی مصرف نمایند. برآورد پتانسیل اثرات معکوس ناشی از فناوری‌های دیجیتال در بخش‌های مختلف متفاوت است، به طوری که در گستره کمتر از 10 درصد تا نزدیک 30 درصد انرژي بیشتری صرف برخی فناوری‌ها و مصارف نهایی شده است.

لازم به ذکر است، اهم مواردی که در ادامه این مقاله به آنها اشاره می شود به شرح ذیل است:

در بخش ابتدایی اطلاعاتی در مورد چگونگی ترکیب فناوری‌های دیجیتال به منظور بهبود کارایی انرژی ارائه شده است. تغییرات فناورانه از زمانی که [1]IEA گزارش دیجیتالی کردن و انرژي[2] را منتشر کرد سریع بوده، بنابراین این بخش نمونه‌هایی از کاربردهای اخیر فناوری‌های دیجیتال را در سمت تقاضا ارائه می‌دهد.

بخش دوم، برخی برآوردهای اخیر از تاثیرات دیجیتالی کردن در سطح جهانی برای ساختمان‌ها، صنایع و حمل‌ونقل از IEA و سایر منابع ارائه شده است. همچنین تاثیرات برآوردشده دیجیتالی کردن بر هر جزء‌ مصرف‌کننده انرژی در هر حوزه نیز معرفی شده است.

بخش سوم، شرایط سیاست‌های لازم برای کنترل فناوری‌های دیجیتال برای کارایی انرژي و غلبه بر موانع موجود در همه حوزه ها را بررسی می‌کند. سپس چارچوب سیاست آمادگی برای کارایی انرژی دیجیتال و هم چنین مجموعه‌ای از اصول سیاست برای کنترل فناوری‌های دیجیتال در راستای کارایی انرژی را به طور خلاصه اشاره می نماید.

- ادغام فناوری‌های دیجیتال چگونه می‌تواند زمینه ساز بهبود کارایی انرژي شوند؟

افزایش کارایی انرژی در بستر دیجیتالی کردن، از طریق بکارگیری فناوری‌های جمع‌آوری و تحلیل داده‌ها صورت پذیرفته و سپس از آنها برای ایجاد تغییر در محیط فیزیکی (خودکار یا با دخالت انسان) استفاده می‌کند. تمامی این فرآیندها توسط شبکه‌های ارتباط دیجیتال (سیمی یا بی سیم)، پشتیبانی می‌شود و به انسان یا ماشین امکان ارسال و دریافت داده‌ها و تحلیل آنها در حجم زیاد و سرعت بالا را ارائه می‌کند. (شکل1)

شکل 1- چگونگی افزایش کارایی انرژی هنگام ادغام فناوری های دیجیتال

جمع‌آوری داده‌ها

یکی از بزرگترین تغییرات عصر دیجیتال، حجم انبوه داده‌ها است. به عنوان مثال، در سال 2018 ترافیک جهانی اینترنت 1.5 زتابایت (میلیارد ترابایت) داده تولید کرده که 19 برابر نسبت به دهه پیشین بیشتر بوده است. (شکل2)

در هر ثانیه طیف گسترده‌ای از داده‌ها ایجاد می‌شوند که به طور مستقیم با کارایی انرژی مرتبط است. این داده‌ها علاوه بر اطلاعات مصرف انرژی، شامل اطلاعات مرتبط مانند شرایط آب و هوایی و رفتار و تصمیمات خرید مصرف‌کننده را نیز شامل می شود. نمونه‌هایی از این داده‌ها عبارتند از: اطلاعات کنتورهای هوشمند، اطلاعات سفر مسافر، اطلاعات جمع‌آوری‌شده از شبکه‌های تلفن همراه و داده‌های تغییر در اولویت های مصرف‌کننده که از طریق سایت‌های خرید آنلاین و شبکه‌های اجتماعی گردآوری شده است.

شکل 2- ترافیک جهانی سالانه اینترنت

انواع فناوری‌های رده بالایی که می‌توانند داده‌های مربوط به کارایی انرژي را تولید و جمع‌آوری کنند عبارتند از حسگرها، کنتورها، پایگاه های اطلاعاتی گسترده، رابط‌ها و موارد دیگر.

حسگرها

حسگرها اطلاعات محیطی مانند نور، دما، حرکت یا فشار را تشخیص داده و کنتوری می‌کنند. با اینکه حسگرها فناوری جدیدی نیستند اما به علت کاهش هزینه‌ها، بهبود عملکرد و کاهش اندازه توسعه چشمگیری یافته‌اند. علاوه براین، استفاده از حسگرها در بخش ساختمان، رونق ویژه ای به بازار اتحادیه اروپا و آمریکا که مبتنی بر کدهای طراحی هستند، بخشیده است.


حسگرها، ارتباطات و اتوماسیون در جهت حمل و نقل باری انرژی کارامد

یکی از کاربردهای حسگرها، در تلفیق با سایر فناوری‌ها، راهبری گروهی[3] است که نویدبخش دستاوردهای احتمالی آینده در کارایی انرژي حوزه حمل و نقل می‌باشد. راهبری گروهی به راندن دو یا چند وسیله نقلیه با سرعت زیاد و فاصله‌ای بسیار کم بین آنها، به منظور کاهش افت دِرگ اطلاق می‌شود. در حمل بار جاده‌ای، کامیون‌هایی که به سیستم‌های پشتیبان رانندگی مدرن مجهز هستند، می‌توانند یک گروه تشکیل داده و توسط فناوری اتوماسیون و ارتباط هوشمند وسایل نقلیه هدایت شوند. رانندگان عقیده دارند راهبری گروهی کامیون‌های حمل بار می‌تواند صرفه‌جویی سوخت پیمایش در بزرگراه‌ها را ۱۰ تا 25 درصد بهبود بخشد.

         شکل 3- راهبری گروهی

علاوه بر حسگرهایی در اکثر وسایل نقلیه مدرن یافت می‌شود، انواع دیگری از حسگرها نیز برای راهبری گروهی حائز اهمیت هستند. سیستم‌های راداری کاهش برخورد، فاصله بین یک کامیون تا کامیون دیگر و همچنین سایر اجسام و موانع موجود در جاده را به دقت تشخیص می‌دهند. این حسگرها می‌توانند هر آنچه اطراف وسیله نقلیه وجود دارد را به طور همزمان، 50 بار در ثانیه، ردیابی کنند. حسگرهای GPS نیز برای ردیابی موقعیت وسایل نقلیه منفرد داخل گروه استفاده می‌شوند. همچنین می‌توانند اطلاعاتی در مورد موقعیت گروه نسبت به مخاطرات یا موانعی مانند ترافیک سنگین که ممکن است سفر را کند کرده یا مصرف سوخت را افزایش دهد، ارائه دهند.

یکی دیگر از تحولات اخیر در حسگرها، همراهی مردم از طریق تلفن‌های هوشمند است که منجر به تولید مجموعه داده‌های کاملا جدیدی از سفرها و رفتار آنها می‌شود که پیش از این تنها توسط نظرسنجی‌های زمان‌بر و پرهزینه قابل دسترس بود. یک تلفن هوشمند معمولی حاوی حداقل 10 حسگر مختلف است که مشخصاتی مانند موقعیت جغرافیایی، جهت یابی و میزان نور محیط را اندازه گیری می‌کند.

کنتورها

 کنتورها اطلاعات مربوط به مصرف انرژی را برداشت کرده و به طور خودکار به کاربران یا اپراتورهای شبکه ارسال می‌کنند و فناوری آنها نزدیک به چند دهه در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، امروزه کنتورهای هوشمند در حال گسترش و توسعه هستند که می‌توانند اطلاعات موردنیاز را به صورت برخط و لحظه ای با دقت بالا برداشت کنند و امکان تحلیل دقیق فرصت‌های بهبود کارایی انرژی را فراهم آورند. کنتورهای هوشمند همچنین ارتباط دوطرفه بین کنتورهای مستقر در خانه یا اداره و شرکت های توزیع کننده انرژی را تسهیل می‌کنند.

شکل 4- طرحواره ارتباطات پایش هوشمند با سیستم انرژی

کنتورهای هوشمند از ابتدای دهه اخیر به سرعت گسترش یافته اند، به خصوص در کشور چین که تا سال 2017 در آن 500 میلیون کنتور هوشمند مستقر شده و اکثریت خانوارهای چینی به آن مجهز شده اند. در سایر نقاط جهان، با وجود افزایش سطح توسعه از طریق کاهش هزینه‌ها و برنامه‌های حمایتی دولت ها، نفوذ فناوری کنتورهای هوشمند با سرعت کمتری پیش می رود. (شکل5)

شکل 5- استقرار، هزینه و نفوذ کنتور هوشمند- 2017-2000

 

لِجِر توزیع شده[4]

لجر (به معنی دفتر کل) توزیع شده، مجموعه ای از سوابق و اطلاعات ایمن دیجیتالی است. (لجر زنجیره‌ای است که تراکنش‌های مالی مختلف را به هم مرتبط کرده و آنها را در کنار هم ثبت می‌کند. لجر توزیع‌شده به این معنا است که در شبکه هر کسی دارای نسخه‌ای کپی از لجر روی گره است.) به طور دقیق‌تر، لجرهای دیجیتال راهی برای ذخیره ایمن داده‌ها به جای فناوری های مرسوم جمع‌آوری اطلاعات است. اما به دلیل ویژگی‌های امنیتی، آنها قادر هستند روند جمع‌آوری داده‌ها را با فراهم نمودن شفافیت لازم در راستای کمک به تهیه‌کنندگان و مصرف‌کنندگان داده‌ها به انجام برسانند تا اطمینان حاصل شود داده‌هایی که ارائه یا استفاده می‌کنند، قابل اعتماد بوده و دستکاری نشده است.

شناخته‌شده‌ترین فناوری لجر توزیع‌شده، فناوری بلاکچِین[5] (زنجیره بلوکی) است. (به زبان ساده، بلاکچین یک نوع سیستم ثبت اطلاعات و گزارش است و تفاوت آن با سیستم‌های دیگر این است که اطلاعات ذخیره‌شده روی این نوع سیستم، میان همه اعضای یک شبکه به اشتراک گذاشته می‌شود. با استفاده از رمزنگاری و توزیع داده‌ها، امکان حذف و دستکاری اطلاعات ثبت‌شده، از بین می‌رود. اطلاعات در بلاک‌ها ثبت می‌شوند و بلاک‌ها با هم به صورت زنجیره‌ای مرتبط می‌شوند). حوزه های مختلف مرتبط با انرژی با تمرکز بر افزایش انعطاف‌پذیری، حمایت از تمرکززدایی تولید انرژی و بهبود کارایی کل سیستم، به سرعت در حال ظهور است. تاکنون توجه کمتری به طور خاص به استفاده از این فناوری در حوزه بهبود کارایی انرژی شده، اما ایده‌های اولیه آن در سالیان اخیر در حال پدیدار شدن است. بلاکچین می‌تواند هزینه‌های مبادلات و تراکنش ها را کاهش داده و در صورت عقد قراردادهای مبتنی بر کارایی انرژي یا نیاز به اعتبارسنجی میزان صرفه‌جویی انرژي، مصرف کارآمد انرژي را تقویت کند.

لِجرهای توزیع شده مانند بلاکچین هنوز در مراحل اولیه توسعه در بخش انرژی هستند. زیرساخت‌های کنونی قادر به پشتیبانی سرعت، حجم معاملات یا یکپارچه‌سازی وسیع در مقیاس نیاز کاربری‌های بخش انرژي نبوده و قوانین حمایتی قوی جهت پشتیبانی از اجرای وسیع این فناوری صادر نگردیده اند. در اغلب طرح هایی که با استفاده از فناوری لِجرهای توزیع شده ارائه می شود، استفاده از فناوری های جایگزین دیجیتال عموماً دارای هزینه کمتر یا سهولت اجرای بیشتری می باشند.


آیا بلاکچین می‌تواند بهبود کارایی مصرف را پشتیبانی کند؟

در سال‌های اخیر پایلوت‌ها و طرح‌های پیشنهادی به منظور استفاده از بلاکچین در جهت بهبود کارایی انرژی در حال گسترش هستند.

در بخش ساختمان، بلاکچین می‌تواند روند پیشرفت قراردادهای مبتنی بر عملکرد انرژی با ذینفعان متعدد (مشتریان، شرکت‌های خدمات انرژي[6]، توزیع کنندگان انرژی، موسسات مالی) را ساده نموده و هزینه‌های اجرایی را کاهش دهد. علاوه ‌بر این، بلاکچین بعنوان یک لِجر امن برای معاملات، می‌تواند صدور گواهی‌های دیجیتال عملکرد انرژي ساختمان را پشتیبانی کرده و موجب اطمینان مالکان ساختمان نسبت به تطبیق رتبه عملکرد انرژي ساختمان با مشخصات فیزیکی آن شود. همچنین می‌تواند شفافیت و قابلیت پیگیری گواهی سفید[7] و صدور سایر گواهی های مرتبط با حوزه انرژی را به طور موثری بهبود بخشد.

ایده جدید دیگری که به تازگی ارائه شده این است که با اختصاص بودجه‌های مصرف انرژی با استفاده از رمزارزها، از بلاکچین به طور مستقل جهت پایش و قانونمندسازی مصرف انرژی تمامی وسایل هوشمند، استفاده شود.

در حمل و نقل، مجموعه لِجرهای توزیع شده از جمله بلاکچین می‌توانند ارائه خدمات سیستم‌های حمل و نقل هوشمند نوظهور در شهرها، از جمله سامانه خدمات حمل‌ونقل پویا[8] (MaaS)، را با ایجاد امکان برقراری ارتباط مستقیم و مطمئن کاربران با یکدیگر و بدون نیاز به مراجعه به دفاتر مرکزی پشتیبانی کنند. در حمل و نقل باری، بلاکچین با تضمین بیشینه بودن بار وسیله نقلیه می‌تواند به تطابق بهتر تقاضا با ظرفیت بار کمک کند. همچنین، ذخیره اطلاعات گمرکی در یک لجر دیجیتال می‌تواند تشریفات اداری مرتبط با گذرگاه‌های مرزی و زمان صرف‌شده در ترانزیت و ریسک ناشی از فساد کالاهای حساس به دما را کاهش دهد.

در صنعت از بلاکچین می‌توان به منظور ثبت اطلاعات ورودی (مانند مصارف انرژي)‌ در هر مرحله از زنجیره تامین، استفاده کرد. این امکان به مدیران انرژی یا ارزیابان تاثیرات زیست‌محیطی اجازه می‌دهد روش‌هایی را برای به حداقل رساندن اتلافات و به حداکثر رساندن کارایی شناسایی کنند.

بلاکچین همچنین ممکن است بر سیاست کارایی انرژي تاثیرگذار باشد. مطالعات موردی در ایتالیا و انگلستان نشان می‌دهد بلاکچین می‌تواند با افزایش شفافیت و سرعت، ضمن کاهش هزینه‌های معاملات، روند صدور گواهی سفید را نیز بهبود دهد.


رابط‌ها[9]

رابط‌ها شخص را به یک ماشین، سیستم یا دستگاه ارتباط داده و امکان ایجاد داده‌ها و فرامین قابل خواندن توسط ماشین را از طریق کیبورد، صفحه لمسی، دستگاه ضبط صدا یا سایر دستگاه‌های ورودی فراهم می سازند. نمونه‌هایی از رابط‌های مورد استفاده در جمع آوری داده‌های مرتبط با انرژی عبارتند از وب‌سایت‌ها، برنامه‌های گوشی‌های هوشمند و داشبوردهای موجود در سیستم مدیریت انرژي ساختمانها یا صنایع. برخلاف دستگاه‌های خودکار جمع‌آوری اطلاعات، رابط‌ها تعامل انسان را به همراه دارند. بنابراین اثربخشی آنها به عنوان یک دستگاه جمع کننده داده ها، اغلب به میزان تناسب طراحی آنها با رفتارهای انسانی وابسته است.

رابط‌ها می‌توانند جمع‌آوری داده‌ها را برای تنظیم قوانین کارایی ساده کنند.

فناوری‌های دیجیتال به طور روزافزون شرکت‌ها و افراد را برای ارائه اطلاعات جهت مطابقت با الزامات سیاسی مانند گزارش‌دهی های الزامی، حمایت می‌کنند. این امر با کاهش مسئولیت گزارش‌دهی برای ذینفعان و افزایش سرعت و کیفیت جمع‌آوری اطلاعات، مزایای قابل‌توجهی برای همه اعضا به همراه دارد.

به عنوان نمونه، در استرالیا، یک برنامه تلفن همراه هوشمند به نام واتلی برای کمک به صدور گواهی‌های سفیدی که مورد پذیرش مسئولان مرتبط با طرح‌های کارایی انرژی در ایالت‌های نیو ساوت ولز و ویکتوریا می باشد، مورد استفاده قرار گرفته است. این برنامه به کاربران اجازه می‌دهد اطلاعات لازم جهت تایید‌ تحقق بهبود کارایی انرژي را با استفاده از یک رابط کاربرپسند جمع‌آوری کنند. عکس‌های گرفته‌شده توسط برنامه دارای برچسب تائید بوده و برنامه قابلیت جمع آوری امضاها، بارکدها و مقادیر کمّی و عددی را نیز دارد. علاوه‌براین، به جهت ویژگی اتصال مستمر، کارشناسان مستقر در ادارات مربوطه می‌توانند داده‌های جمع‌آوری‌شده را بررسی کرده و به محض بروز مشکل، فوراً به کاربر اطلاع دهند.

 

تحلیل داده ها

فناوری‌های تحلیل داده حجم زیادی از اطلاعات گردآوری‌شده از حسگرها، کنتورها و رابط‌ها را با سایر اطلاعات (برداشت شده از پایگاه داده یا اطلاعات آنلاین) ترکیب کرده و سپس برای تهیه دستورالعمل‌ها یا پیشنهادهای کاربردی بهبود کارایی انرژی تحلیل می‌کنند.

فناوری‌های تحلیل داده از آنجا که داده های خام ورودی را به اطلاعات ارزشمند تبدیل می کنند، در اقدامات بهبود کارایی انرژی بسیار حیاتی هستند. به عنوان مثال، داده‌های حاصل از حسگر حرکتی نشان می‌دهد یک دفتر کار خالی است. این موضوع تنها در صورتی در بهبود کارایی انرژی ساختمان موثر است که منجر به صدور دستورالعمل‌هایی جهت دستور خاموشی سیستم‌های روشنایی و گرمایش ساختمان را بدهد.

الگوریتم‌ها و هوش مصنوعی

یک الگوریتم مجموعه‌ای ساده یا پیچیده از دستورالعمل‌های برنامه‌ریزی‌شده است که برای حل مسائل مورد استفاده قرار می‌گیرد. در زمینه مدیریت انرژی، الگوریتم‌ها اطلاعات جمع‌آوری‌شده از منابع مختلف (مانند حسگرها، کنتورها یا اینترنت) را تحلیل کرده و پیشنهادهای مفیدی در جهت بهینه‌سازی مصرف انرژی ارائه می‌دهند.

زمانی که الگوریتم‌ها، توانایی یادگیری (بهبود و بهینه‌سازی برنامه‌نویسی بر اساس داده های دریافتی در طول زمان یا خودتصحیحی هنگام ناممکن بودن تحلیل‌های انجام شده) پیدا کنند، "هوشمند مصنوعی[10]" تلقی می‌شوند. هوش مصنوعی می‌تواند بینش معناداری از حجم عظیم داده‌ها پیدا کرده و این موضوع نسبت به توانایی انسانی بسیار سریع‌تر رخ می دهد و در نهایت راهکارهای نوینی برای بهبود کارایی انرژی مطرح می‌کند.

مدیریت انرژی سنتی و هوشمند در ساختمان ها

در سیستم های سنتی مدیریت انرژي ساختمان، شبکه ای از حسگرها داده‌های مربوط به گرمایش، هوارسانی و تهویه مطبوع[11] را از ترموستات‌ها، سیستم‌های روشنایی، حسگرهای حضور در فضاها و ... فناوری‌های ساختمان جمع‌آوری می‌کنند. سپس این اطلاعات روی یک داشبورد برای کاربر مرتبط یا مدیر انرژی ساختمان نمایش داده می شود تا بر اساس آن تصمیماتی برای بهبود کارایی انرژي در تاسیسات اتخاذ نماید.

اما سیستم هوشمند مدیریت انرژي ساختمان، داده‌های سیستم سنتی مدیریت انرژي را با سایر منابع (مانند شرایط آب‌وهوایی، برنامه فعالیت و حضور کارکنان و الگوهای ترافیکی موثر بر زمان حضور آنها، برنامه ریزی زمان عمل بیماران، زمان‌های سخنرانی در سالن ها و ...) ادغام می‌کند. سپس این اطلاعات با استفاده از نرم‌افزارهای پیشرفته و الگوریتم‌های هوش مصنوعی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند.

هوش مصنوعی در این سیستم‌ها مقادیر و طیف گسترده‌تری از اطلاعات مستمر و کاربردی را نسبت به سیستم سنتی مدیریت انرژي ساختمان ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، یک سیستم هوشمند مدیریت انرژي می‌تواند با استفاده از هوشمندی خود، در عین حال که تمامی نیزهای آسایشی ساکنین را فراهم می آورد، بیشترین میزان تامین انرژی را از انرژی های تجدیدپذیر فراهم آورد.

 

شکل 6- نقش سیستم هوشمند مدیریت انرژي ساختمان در یک ساختمان اداری کارآمد و دیجیتالی‌شده

یک سیستم هوشمند مدیریت انرژي مجهز به هوش مصنوعی، می‌تواند نحوه عملکرد تجهیزات و تاسیسات را بر اساس الگوهای شناسایی‌شده در داده‌های پیشین مانند آب‌وهوا، میزان اشغال و قیمت انرژی پیش‌بینی نماید. این قابلیت‌های پیش‌بینی‌کننده، امکان فراهم نمودن بار انعطاف پذیر نسبت به شبکه را فراهم نموده و نه تنها موجب کارآمدی انرژی در ساختمان، بلکه موجب افزایش کارایی شبکه، پیک سایی و کاهش محدودیت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر می گردد.

 

از هوش مصنوعی می‌توان در همه مقیاس‌ها استفاده کرد:‌ در یک قطعه منفرد از تجهیزات، یک ساختمان یا کل سیستم انرژي. در مقیاس خرد، ترموستات‌های هوشمند دارای الگوریتم‌های هوش مصنوعی هستند که با بیشینه کردن میزان آسایش و در نظر گرفتن عواملی مانند سطح اشغال ساختمان و آب‌وهوا در زمان مشخصی از سال، مصرف انرژی تجهیزات تهویه مطبوع را بهینه می‌کند.

هوش مصنوعی همچنین می‌تواند کارایی شبکه ساختمان‌ها یا دستگاه‌ها را بهینه کند. گوگل اخیرا الگوریتم هوش مصنوعی خود به نام DeepMind را برای شناسایی فرصت‌های صرفه‌جویی انرژي در شبکه مراکز اطلاعات خود به کار برد. این الگوریتم می توانست تقاضای سرمایش را تا 40 درصد کاهش دهد که افزایش قابل‌توجهی در کارایی محسوب می‌شود.

امروزه در اقلیم‌های سرد، سیستم‌های گرمایش منطقه‌ای از هوش مصنوعی بهره می‌برند که با بهینه کردن مصرف انرژی و افزایش انعطاف‌پذیری، سازگاری بهتر و مفیدتری با منابع انرژی تجدیدپذیر داشته باشند. هوش مصنوعی با ادغام و تحلیل داده‌های دریافتی از حسگرهای داخلی، آب‌وهوا و سیستم گرمایش منطقه‌ای می‌تواند پیک تقاضای برق را تا 20 درصد کاهش دهد. علاوه ‌بر این، سیستم‌های گرمایش مجهز به هوش مصنوعی می‌توانند با یادگیری و سازگاری با داده‌های به اشتراک‌گذاشته‌شده بین ساختمان‌ها و اطلاعات مبادله‌شده با شبکه‌های تولید و توزیع، کارایی بیشتری در گذر زمان کسب کنند.

هوش مصنوعی در مقیاس یک سیستم انرژی قادر است نیازهای کوتاه‌مدت و بلندمدت شبکه انرژی را پیش بینی کرده و هماهنگی شبکه‌های خرد غیرمتمرکز را برای کاهش افت‌ها بهبود بخشد. طبق تخمین ارائه‌شده در مطالعه تاثیرات هوش مصنوعی در محیط‌زیست، تغییر در بخش انرژی از جمله موارد فوق، می‌تواند انتشار جهانی کربن‌دی‌اکسید در سال 2030 را در مجموع تا ۳/۱ گیگاتن در سال کاهش دهد.

نرم‌افزار شبیه‌سازی و همانندهای دیجیتال[12]

نرم‌افزار شبیه‌سازی، نحوه تاثیرگذاری اعمال تغییرات در یک شیء یا سیستم را بر میزان مصرف انرژی مدلسازی می‌کند. در بخش ساختمان، نرم‌افزار مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM[13]) می‌تواند اثرات ناشی از تغییر پوسته، سیستم‌ها یا میزان اشغال ساختمان را بر تقاضای انرژی برآورد کند. پیشرفت این گونه نرم‌افزارها منجر به افزایش قابلیت اطمینان تحلیل حرارتی مبتنی بر رایانه گردیده که در نتیجه آن، اختلاف عملکردی بین کارایی انرژی واقعی و موردانتظار در ساختمان‌ها را کاهش می‌دهد. مدلسازی اطلاعات ساختمان، همچنین از تکنیک‌های ساخت کارآمدتر مانند ساخت با بهره‌گیری از چاپ سه‌بعدی حمایت کرده است.

یک همانند دیجیتال (که در حقیقت یک نسخه کپی دیجیتالی دقیق از یک تجهیز فیزیکی در فرآیند تولید هستند که قبل از آن که آن تجهیز در واقعیت ساخته شود، از این نسخه برای اجرای شبیه سازی ها و بررسی های لازم استفاده می شود) در ساختمان‌ها و تجهیزات صنعتی می‌تواند برای شبیه‌سازی و بهینه‌سازی تاثیر تغییر در طراحی بر میزان مصرف انرژی مورد استفاده قرار گیرد.

شکل 7- همانندسازی دیجیتال ساختمان

از نرم‌افزار شبیه‌سازی همچنین می توان برای پیش‌بینی مداخلات و تاثیرات کارایی در سطح سیستم، مانند سیستم حمل‌‌ونقل یا حتی یک شهر، استفاده نمود. برای کسب بینش کاربردی در این حوزه، غالبا تحلیل مجموعه داده‌های به‌ظاهر غیرمرتبط نیز وجود دارد. به عنوان مثال، شرکت‌هایی مانند ترالیتیکس[14] داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط فناوری مخابرات را با هدف کمک به دولت برای رفع مشکلات حمل‌ونقل مانند تطبیق وسائل نقلیه عمومی با نیاز کاربران، برنامه‌ریزی برای توسعه زیرساخت‌ها براساس الگوهای جابجایی و بهینه‌سازی سرویس‌های حمل‌ونقل هوشمند استفاده می‌کنند. از چنین داده‌هایی همچنین می‌توان بدون نیاز به استقرار حسگرها در سراسر شهر، برای نظارت بر کیفیت هوا استفاده نمود.

اقدام عملیاتی

در راستای بهبود کارایی انرژي توسط فناوری‌های دیجیتال، باید تغییراتی در محیط پیرامون اعمال شود که کاهش انرژي مصرف‌شده را به دنبال داشته باشد. این امر مستلزم ارتباط بین دنیای واقعی و فضای دیجیتال است. داده‌های دیجیتال و تحلیل آنها می‌تواند با استفاده از ارتباط ماشین به ماشین یا به صورت دستی از طریق کنش‌های انسانی در پاسخ به اطلاعات، به طور خودکار به یک اقدام عملیاتی کارامد تبدیل شوند.

عملگرها

عملگرها دستگاه‌هایی هستند که داده‌ها را به اقدامات عملیاتی کارایی انرژی در محیط پیرامون تبدیل می‌کنند. به عنوان مثال، یک لامپ هوشمند حاوی حسگری است که تغییر شرایط روشنایی را تشخیص می‌دهد. هنگامی که سطح نور به میزان مشخصی می‌رسد، یک عملگر درون لامپ جریان برق را افزایش یا کاهش می‌دهد تا اطمینان یابد که لامپ، نور را در سطحی مطلوب برای محیط فراهم کرده است.

در تاسیسات صنعتی، عملگرها در طیف وسیعی از کاربردها، از باز کردن شیر در خط لوله‌ها برای کنترل جریان گاز و مایعات تا جابجایی اجسام سنگین در طول خط تولید، مورد استفاده قرار می‌گیرند. به طور کلی عملگرهای هوشمند (برخلاف سیستم‌های هیدرولیکی یا سایر سیستم های تولید توان) با برق تغذیه می شوند و می‌توانند با داده‌های ثبت‌شده از طریق دستگاه‌های الکترونیکی متصل، ارتباط برقرار کنند. در نتیجه عملگرهای هوشمند بسیار دقیق بوده و می‌توانند مشکلات عملکردی خود و سایر اجزای موجود در سیستم را اطلاع دهند. این عملگرها با قطعات متحرک کمتر، در مقایسه با عملگرهای مکانیکی نیازمند نگهداری بسیار کمتری هستند.

پرینترهای سه‌بعدی

چاپ سه‌بعدی یک فناوری تحت کنترل کامپیوتر است که به وسیله پردازش دستورالعمل‌های دیجیتالی و انباشت لایه‌های متوالی مواد، ساخت اشیاء را به انجام می رساند. پرینترهای سه‌بعدی نمونه بارزی از فناوری است که پلی میان فاصله بین تحلیل داده‌محور و دنیای پیرامون در راستای دستیابی به سود واقعی در کارایی انرژی ایجاد می کند. چاپ هر شیء سه‌بعدی با یک مدل دیجیتالی تولیدشده توسط نرم‌افزار آغاز می‌شود. پرینتر سه‌بعدی که مجموعه‌ای از عملگرهای مکانیکی است، از این مدل‌ها به عنوان دستورالعمل برای چاپ سه‌بعدی اشیاء استفاده می‌کند.

چاپ سه‌بعدی در بخش ساخت‌وساز- از کارایی انرژی مجازی تا واقعی

استفاده از پرینترهای سه‌بعدی می‌تواند نویدبخش افزایش بهره‌وری قابل‌توجهی در حوزه احداث ساختمان ها باشد.  با بهره‌گیری از چاپ سه‌بعدی می‌توان ضایعات ساختمانی و مقدار مواد اولیه موردنیاز برای ساخت‌وساز را تا 30 درصد کاهش داد. کاهش ضایعات ساختمانی قادر است کارایی انرژی و انتشار کربن صنعت ساختمان را بهبود بخشد چرا که مصالح ساختمانی از جمله آجر و سیمان انتشار کربن و نیاز انرژي زیادی دارند (صنعت سیمان با تولید ۷ درصد کل انتشار CO2 مربوط به انرژي، دومین عامل انتشار  CO2در بخش صنعت است).

ساختمان‌های احداث‌شده با فناوری چاپ سه‌بعدی هم‌چنین می‌توانند حین استفاده از ساختمان در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند. بازسازی دقیق مدل‌های دیجیتالی به عنوان ساختمان‌های چاپ‌شده، که مداخله انسان در آن به حداقل می‌رسد، نواقص ساختمان از جمله ترک، نشت و سایر مشکلات رایج در استحکام و پوشش ساختمان را که به مقاومت در برابر نفوذ هوا و عملکرد انرژي لطمه می زند، کاهش می‌دهد.

علاوه‌براین، چاپ سه‌بعدی امکان بهبود بهره‌وری را از طریق طراحی (با تولید هندسه‌های ساختمانی پر بازدهی که به دلیل پیچیدگی و هزینه گزاف در روش‌های ساخت سنتی مورد استفاده قرار نمی‌گرفت) فراهم می‌کند. به عنوان مثال طراحی‌هایی که از اتصالات غیرضروری اجتناب می‌کنند، در برابر نفوذ هوا مقاومت بیشتری داشته و با کاهش اتلاف گرما بهره‌وری انرژی را بهبود می‌بخشند. هم چنین مزیت دیگر آن است که به منظور فراهم‌سازی روشنایی، سرمایش و گرمایش غیرفعال و تهویه طبیعی، از منابع طبیعی حداکثر استفاده را می کند.

شکل 8- خانه ساخته‌شده با فناوری چاپ سه‌بعدی، ایالات متحده آمریکا

 

پرینترهای سه‌بعدی نسبت به فرآیندهای ساخت مرسوم مزایای متعددی دارند؛ از جمله کاهش زمان انجام کار، کاهش مواد دورریختی، هزینه کمتر اقلام موردنیاز، پیچیدگی کمتر ساخت، کاهش فضای اشغال و قابلیت تحویل قطعات ساخته‌شده با اشکال و هندسه‌های پیچیده که می‌تواند وزن و کارایی مصالح را بهینه نماید.

یکی از مزایای اصلی پرینترهای سه‌بعدی از دید بهره‌وری انرژي، توانایی دریافت دستورالعمل‌ها از راه دور است که به مهندسین فرآیندهای صنعتی و مدیران احداث ساختمان‌ها اجازه می‌دهد بدون صرف زمان، انرژی و منابع جهت نقل مکان به کارخانجات صنعتی یا محل ساختمان‌ها برای تجهیز مجدد خطوط تولید، عملکرد و خروجی پرینترها را تغییر دهند.

« ادامه دارد ... »

برگرفته از بخش digitalization گزارش کارایی انرژی IEA سال 2019

 

 

[1] International Energy Agency

[2] Digitalization and Energy (IEA, 2017)

[3] Platooning

[4] Distributed Ledger

[5] Blockchain

[6] Energy Service Company

[7] White Certificate

[8] Mobility as a Service

[9] interfaces

[10] Artificial Intelligence

[11] Heating, Ventilation and Air-Conditioning (HVAC)

[12] Digital Twins

[13] Building Information Modelling

[14] Teralytics

نوشتن دیدگاه


تصویر امنیتی
تصویر امنیتی جدید

آدرس

تهران ، ميدان ونك ، خيابان ملاصدرا ، خيابان شيرازي شمالي ، خيابان دانشور شرقي، پلاك 23
صندوق پستي: 1477-19395
كدپستي: 1991813941 
تلفن : 6-88604760

فكس : 88604829