Por qué la inteligencia artificial podría ser clave para preparar la red para el futuro

Un artículo reciente de Conversation señaló que la combinación de electricidad británica en 2016 fue la más limpia en 60 años, con capacidad récord de energías renovables, principalmente de energía eólica y solar. Pero un problema con esta gran expansión de las energías renovables es que son intermitentes, lo que significa que dependen de las condiciones climáticas, como el viento o el sol. A diferencia de la energía convencional, esto significa que no necesariamente pueden satisfacer los aumentos repentinos de la demanda. De ahí muchos titulares de prensa en los últimos años sobre “apagarse las luces”.

Red nacional, el operador de red del Reino Unido, tiene varias formas de garantizar que la oferta siempre pueda satisfacer la demanda. Para brechas más breves en la generación, pide a los proveedores de electricidad que hagan funcionar sus centrales eléctricas convencionales por debajo de la producción potencial máxima y aumenten según sea necesario.

Para espacios más largos, asegura centrales eléctricas, particularmente los a base de gas, se mantienen en espera. A algunas estaciones solo se les puede pedir que generen energía entre varias docenas y algunos cientos de horas al año. Además de contribuir a las emisiones de carbono, operar plantas de energía para intervenciones tan cortas es costoso.

La pregunta es qué hacer con este problema. Podríamos construir menos energía renovable y hacer que la energía convencional sea más "ecológica" eliminando el CO₂ y enterrándolo bajo tierra. La opinión se divide sobre cuándo estas tecnologías de captura de carbono pueden volverse comercialmente viables a gran escala. En el Reino Unido, Desafortunadamente, dos proyectos de kickstarter del gobierno han fracasado debido a preocupaciones sobre costos y desacuerdos departamentales.

Una alternativa es instalar baterías muy grandes ("escala de red") capaces de almacenar energía renovable para ser liberadas cuando sea necesario. Esto ha generado mucho interés últimamente. Pero dados los costos de la tecnología actual de baterías, El almacenamiento a escala de red requiere costosas inversiones iniciales.

Soluciones bajo demanda

Mientras los investigadores estudian estos problemas, el Reino Unido está desarrollando una alternativa conocida como respuesta del lado de la demanda. Un aspecto consiste en recompensar a ciertos consumidores de electricidad por reducir su uso en poco tiempo. Esto puede variar desde grandes clientes industriales hasta pequeños consumidores que utilizan energía para calentar habitaciones, enfriamiento, iluminación o incluso refrigeración.

El otro aspecto de la respuesta a la demanda implica preguntar a los clientes que poseen equipos que pueden almacenar energía para ayudar a equilibrar los aumentos repentinos de la demanda. Por ejemplo, los propietarios de una casa equipada con paneles solares y el correspondiente almacenamiento de batería pueden reducir los costos de reembolso del equipo al poner las unidades de batería a disposición de la red. Otros equipos de esta categoría incluyen vehículos eléctricos y unidades de suministro de energía ininterrumpida (UPS) para hospitales / universidades.

Ambos tipos de respuesta a la demanda ya están ocurriendo. Algunos clientes de energía industrial y algunas otras empresas, como los operadores de hoteles, tienen contratos para reducir la energía, mientras que National Grid ha estado atrayendo mucho interés de los postores por los esquemas de almacenamiento de energía y tiene algunos en marcha en algunas partes del país. Este almacenamiento es una alternativa al despliegue de baterías a gran escala, y promete ser mucho más económico si podemos hacer que funcione a una escala lo suficientemente grande.

El problema es que estos esquemas se vuelven más complicados una vez que el grupo de clientes supera un cierto tamaño. Saber qué clientes registrarse y qué tarifas ofrecer requiere comprender en qué medida estarán disponibles los dispositivos y a qué costo. por ejemplo.

Una vez que se configura un grupo de clientes, Es posible que algunos dispositivos no siempre estén disponibles para almacenamiento o para reducir la demanda cuando sea necesario. Esto debe tenerse en cuenta en los cálculos tanto para minimizar la interrupción de la red como para incentivar a los clientes a participar en estos momentos.

También puede haber efectos no deseados, como grandes rebotes simultáneos en el consumo. Por ejemplo, muchos refrigeradores consumirán energía adicional para que su temperatura interna esté por debajo del nivel requerido cuando finalice un período de respuesta a la demanda.

Por último, existe un posible problema de seguridad importante:un sistema central que recopila datos sobre el uso de energía de muchos dispositivos puede ser propenso a ataques maliciosos y manipulación de información. Esto podría socavar tanto el equilibrio de la red como el seguimiento de lo que se les debe a los clientes.

Cómo puede ayudar la IA

Las tecnologías emergentes de inteligencia artificial parecen proporcionar respuestas a estos desafíos. Para seleccionar a los mejores participantes, por ejemplo, Los operadores de la red podrán utilizar técnicas sofisticadas de aprendizaje automático para modelar el comportamiento de dispositivos individuales y unidades de almacenamiento de baterías mediante la revisión de datos de medidores y sensores inteligentes.

Una vez que se haya registrado para el almacenamiento en red, Debería ser posible estimar la vida útil de una batería o unidad aplicando algoritmos de pronóstico a sus datos de carga / descarga. Los propietarios recibirán una compensación adecuada, más el incentivo adicional de saber cuánto durará su batería.

Cuando se trata de administrar dispositivos en el grupo, la gente solía pensar que podríamos usar medidores inteligentes individuales o dispositivos de control para alimentar un servidor central en la nube. Pero los medidores son costosos y los tiempos de respuesta cortos requieren que el servidor en la nube analice los datos en milisegundos, lo que parece inviable una vez que hay muchos miles de unidades en un grupo.

Una alternativa es tener dispositivos de medición que detecten los niveles de demanda en la red por sí mismos y reduzcan la energía en consecuencia. Estos alivian la presión del servidor central y solo requiere medición a nivel del sitio, en lugar de para todos los dispositivos eléctricos. Pero todavía le deja con un problema de control complejo en la coordinación de todas estas decisiones individuales. En Heriot-Watt estamos trabajando en una solución para esto utilizando algoritmos basados ​​en IA.

Otra línea de investigación de IA se basa en conocimientos de la teoría de juegos algorítmicos para desarrollar mecanismos de recompensa / penalización que garanticen que suficientes clientes en el grupo estén dispuestos a participar. y realmente responder cuando sea necesario. Los investigadores también son optimistas en cuanto a que los protocolos blockchain, utilizando la misma tecnología que Bitcoin, podría respaldar un sistema de contabilidad descentralizado que evitaría el riesgo de seguridad de tener un único punto de almacenamiento para los datos del usuario.

Numerosos grupos de investigación de IA, tanto en el Reino Unido como en otros lugares, han abordado estos desafíos, Si bien varias empresas emergentes han comenzado a desarrollar estos sistemas en la práctica, ahora se están comenzando a utilizar versiones relativamente simples de aprendizaje automático. por ejemplo. El Reino Unido tiene una buena oportunidad de estar a la vanguardia de los esfuerzos internacionales para hacer realidad una respuesta más inteligente a la demanda en los próximos años.