هوش مصنوعی در صنعت انرژی

جهت تأمین صنعت انرژی، منابع مختلفی وجود دارد که برخی از آنها منبع طبیعی و برخی دیگر منبع فسیلی هستند. انرژیها بر اساس سرعت
جایگزینی مجدد آن ها به دودسته تجدید پذیر و تجدید ناپذیر تقسیم میشوند. تشکیل مجدد انرژی هایی مانند نفت، گاز و زغال سنگ
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

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

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 داده ها در این زمینه بسیار مورداستفاده قرارگرفته و فرآیندهای
تصمیمگیری مانند میزان ذخیره انرژی در باتریها، تعداد بهینه توربینهای بادی در یک منطقه، تعداد سلول های خورشیدی موردنیاز و
یا زمان الزم رسیدن به غلظت خاصی در زیستتودهها را بهینه کرده است. تاکنون هوش مصنوعی در بخشهای کمی از تولید و
مدیریت انرژی های تجدید پذیر مورداستفاده قرارگرفته؛ اما همین مقدار نیز در پیشبینی و مدیریت عملکرد سیستم ها 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:

۱.۱ .انرژی خورشیدی
۱.۲ .انرژی باد
۱.۳ .برقآبی
۱.۴ .انرژی زمینگرمایی
۱.۵ .زیستتودهها
۱.۶ .انرژی جزر و مد
۱.۷ .انرژی امواج
۱.۸ .پیلهای سوختی

۱ .کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی، بخش انرژی خورشیدی

یکی از منابع انرژی تجدید پذیر، خورشید است. در هر ثانیه، هر مترمربع زمین حدود ۱۳۶۷ ژول، انرژی از خورشید دریافت میکند که
مقدار قابل توجهی میباشد. بخشی از انرژی خورشید، صرف گرم کردن 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 تالش اند 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 داده کاوی میتواند در بهینه سازی چیدمان صفحات سلول های 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 ازاین دست را پیشبینی کرد.
سپس به کمک این پیش بینیها 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 داده هایی که در هرلحظه از منابع مختلف مانند گزارش های هواشناسی و یا
میزان گردوخاک نشسته بر روی صفحات خورشیدی به دست میآید، میزان برق تولیدشده را پیش بینی مینماید.

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 اطالعات موردنیاز خود را
از منابع مختلف دریافت کرده و تجزیهوتحلیل مینماید. سپس بر اساس این اطالعات، زمان بهینه برای ذخیره انرژی، میزان ذخیره شده
و بهترین زمان مصرف آن را تعیین میکند.

.کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی، بخش انرژی باد

انرژی باد، یک منبع سوخت پاک محسوب میشود و می توان برای تولید الکتریسیته از آن استفاده کرد. هر نیروگاه بادی جهت تولید
الکتریسیته به طورمعمول 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 تالش اند تا به کمک فناوری هوش مصنوعی، تولید انرژی الکتریسیته از انرژی باد را بهینه کنند. به کمک فناوریهای
کاربردی هو ش 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 پیاده سازی است.

۱.۳ .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 به عنوان یک منبع پاک برای تولید انرژی برق استفاده می کنند که در حال حاضر
متخصصین به دنبال توسعه و بهبود آن توسط فناوری هوش مصنوعی هستند. هوش مصنوعی میتواند در زمینه هایی 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 می شود.

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

کی 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 زمین گرمایی 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

۵ .کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی، بخش زیستتودهها

زیستتودهها، پایدارترین و فراوان ترین منبع انرژی تجدید پذیر هستند که میتوانند بهعنوان جایگزینی برای محصوالت 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 محصوالت و ضایعات کشاورزی، باغداری و صنایع غذایی
.3 فضوالت دامی
.4 فاضالبهای شهری
.5 فاضالبها، 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 باال 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 آن ها پرداخته شده است.

۶ .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 به اندازهی کافی زیاد باشد، میتوان از این
اختالف ارتفاع، در به حرکت درآوردن توربینها و درنتیجه تولید انرژی برق استفاده کرد. سطح باال 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 آن ها میتوان به هواگردهای زیرآبی اشاره کرد.
با توجه به این که هدف هواگردهای زیرآبی.، تولید بیشترین میزان برق است نه لزوماً رسیدن به بیشترین سرعت )چراکه در سرعتباال.
پره های هواگرد آسیب می بینند(، محققین در تالش اند تا به کمک هوش مصنوعی،. مسیر، سرعت و مدل بهینه چرخش هواگرد را تعیین
کنند. با حرکت دادن هواگردهابه سمتی که جزر و مد بیشتری وجود دارد، میتوان عالوه برافزایش تولید برق، کمترین میزان خرابی
در پره ها را منجر شد. همچنین به کمک هوش مصنوعی، میزان برق تولیدی توسط انرژی جزر و مد قابل پیش بینی است .

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

نرژی 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 به طوریکه میتوان از آن برای تولید .برق، آبشیرینکن و پمپاژ آب در مخازن استفاده نمود.

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

محققین در تالش اند. 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 می گردد.

۸ .کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی در بخش پیل های سوختی

پیل سوختی وسیلهای است که. در طی فرآیند الکتروشیمیایی، انرژی ذخیره شده شیمیایی در سوخت را به طور 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 تشکیل شده است.

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

مدلسازی عملکرد پیلهای سوختی

پروژههای زیادی در دنیا در حال تالش برای باال بردن توان و میزان انرژی دریافتی از پیل های سوختی هستند. شبکههای عصبی
مصنوعی، توانایی شناسایی، .کشف ارتباط بین الگوها و مدلسازی عملکرد سلول های سوختی را دارند که به افزایش عملکرد پیل های
سوختی میانجامد.

ارزیابی عملکرد پیلهای سوختی

الزم است عملکرد پیلهای سوختی در دورههای مختلف، مورد ارزیابی قرار گیرد. امروزه دانشمندان در تالش اند تا به کمک هوش
مصنوعی، این ارزیابیها را بهتر و مؤثرتر انجام دهند. در بررسی عملکرد پیل های سوختی با استفاده از روش ها 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.