Цифрові двійники допоможуть боротися зі зміною клімату

Дослідники з Університету Шарджі вивчають нову технологію, яка може кардинально змінити підходи до виробництва та управління енергією. Йдеться про цифрові двійники на основі штучного інтелекту — віртуальні копії реальних енергетичних систем, які здатні значно покращити генерацію, контроль та оптимізацію чистої енергії з різних джерел.

Ці передові цифрові моделі діють як віртуальні версії реальних систем. За словами дослідників, вони мають потенціал значно покращити спосіб виробництва чистої енергії та можуть прискорити глобальний перехід від викопного палива, яке науковці давно пов'язують з глобальним потеплінням.

Цифрові двійники можуть моделювати та взаємодіяти зі складними системами в режимі реального часу, що зробило їх ключовим інструментом для просування інновацій у багатьох галузях. Їх використання призвело до підвищення ефективності, зниження витрат та нових підходів до вирішення проблем.

Проте вчені підкреслюють, що сучасні моделі цифрових двійників не позбавлені недоліків. Ці інструменти стикаються з кількома обмеженнями, які ускладнюють повне розкриття їх потенціалу в системах відновлюваної енергії, включаючи вітрову, сонячну, геотермальну, гідроелектричну та біомасову енергетику.

«Цифрові двійники високоефективні в оптимізації систем відновлюваної енергії», — пишуть дослідники в журналі Energy Nexus. «Проте кожне джерело енергії представляє унікальні виклики — від варіативності даних та екологічних умов до складності системи — які можуть обмежити продуктивність технологій цифрових двійників, незважаючи на їх значний потенціал у покращенні генерації та управління енергією».

У своєму дослідженні автори провели обширний огляд існуючої літератури щодо застосування цифрових двійників у системах відновлюваної енергії. Вони вивчили різні контексти, функції, життєві цикли та архітектурні рамки, щоб зрозуміти, як цифрові двійники наразі використовуються і де залишаються прогалини.

Для отримання значущих висновків дослідники застосували передові методи текстового аналізу, використовуючи штучний інтелект, машинне навчання та обробку природної мови. Цей науково строгий підхід дозволив їм проаналізувати великі обсяги необроблених даних та виявити структуровані закономірності, концепції та тенденції, що з'являються.

Дослідження показує, що цифрові двійники пропонують значні переваги для різних систем відновлюваної енергії. У вітроенергетиці цифрові двійники можуть передбачати невідомі параметри та виправляти неточні вимірювання, підвищуючи надійність та продуктивність системи. У сонячній енергетиці вони допомагають визначити ключові фактори, що впливають на ефективність та вихідну потужність, забезпечуючи кращий дизайн та оптимізацію системи.

Для геотермальної енергії цифрові двійники можуть моделювати весь операційний процес, особливо буріння, що сприяє аналізу витрат та зменшенню як часу, так і витрат. У гідроелектроенергетиці моделі на основі штучного інтелекту моделюють динаміку системи для визначення факторів впливу. На старих гідроелектростанціях їх використовують для пом'якшення впливу втоми працівників на продуктивність. У біомасовій енергетиці цифрові двійники покращують продуктивність та управління, пропонуючи глибоке розуміння операційних процесів та конфігурацій установок.

Однак автори виділяють критичні обмеження у застосуванні технології цифрових двійників для різних джерел енергії. У вітроенергетиці цифрові двійники стикаються з викликами в точному моделюванні та моніторингу екологічних умов. Вони мають труднощі з моделюванням критичних факторів, таких як ерозія лопатей, деградація редукторів та продуктивність електричних систем, особливо в застарілих турбінах.

У сонячній енергетиці, незважаючи на свій потенціал, цифрові двійники все ще не можуть надійно передбачати довгострокову продуктивність. Вони мають труднощі з відстеженням деградації панелей та врахуванням екологічних впливів з часом, що впливає на їх точність та корисність.

Для геотермальної енергії основною перешкодою є брак високоякісних даних, що перешкоджає здатності цифрових двійників моделювати геологічні невизначеності та підземні умови. Технологія також стикається зі складністю моделювання довгострокової поведінки геотермальних систем, включаючи теплопередачу та динаміку потоку рідини.

У гідроелектроенергетиці цифрові двійники стикаються з викликами в точному моделюванні варіативності водного потоку та в захопленні екологічних та екологічних обмежень. Ці обмеження зменшують їх ефективність в оптимізації продуктивності системи та сталості.

При використанні з системами біомасової енергії цифрові двійники все ще мають труднощі з моделюванням всього ланцюга постачання виробництва. Вони не можуть забезпечити точні моделі для біологічних процесів, перетворення біомаси та складних біохімічних і термохімічних реакцій.

Автори підкреслюють ширші наслідки цих недоліків для сектору відновлюваної енергії. Для вирішення цих викликів вони пропонують набір рекомендацій та дорожню карту досліджень, спрямовану на допомогу науковцям у підвищенні надійності та точності технологій цифрових двійників. Їх рекомендації зосереджуються на покращенні методів збору даних, розвитку методів моделювання та розширенні обчислювальних можливостей, щоб забезпечити здатність цифрових двійників надавати надійні висновки для прийняття рішень та оптимізації систем.