人工智慧如何幫助瑞士實現能源轉型？

Valentin Flauraud/Keystone

瑞士的目標是到2050年，完全使用可再生能源。在這一願景下，安裝更為大量的太陽能電板和風力發電機甚為重要，人工智慧也同樣不可或缺。

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無論是給手機充電、洗衣服，還是在網上追劇：我們通常不會關心這些日常活動所需的電力到底來自哪裡？有多少儲備？

公共能源機構和專家以前也很少關注這些供需問題。但瑞士現在要提高可再生能源的應用比例，因此，“在需要的時間和地點保障充足的供應”這一問題則變得非常重要。這其中有幾個原因。

首先，氣象變化多端，並非每天都艷陽高照，風力也非持續不變。第二，人們對電力的需求正在發生變化。隨著我們逐漸遠離化石燃料，大多數新製汽車將由電池驅動。而房屋取暖系統也將從石油和天然氣燃料轉向熱泵。

第三，能源結構正在發生變化。在瑞士能源公司提供的電能中，有四分之三以上來自可再生能源，主要是水力發電，而核能則佔總量的20%。在瑞士，只有少數幾家大型公共能源公司經營水力發電站或核電站。它們清楚地知道自己在某一時間內出產的電量。

核電正一步步被可再生資源所取代。如今，家家戶戶都可以通過房頂上的太陽能電板來發電。全國各地的大小風電場也在向電網供電。這令電網的運作方式發生了改變。

能源專家Matthias Eifert解釋道：”我們正在從集中式體系轉向分散式體系，這使得電力網絡的運行更加複雜。這位能源專家創立了“能源數據創投家日”(Energy Data Hackdays)，在此項一年一度為其2天的活動中，計算機科學家、數據分析師和工程師共同研究加速能源轉型的解決方案。Matthias Eifert認為，其中最主要的挑戰將是與新型發電網的有效連接。

對此，Eifert推薦的解決方案之一便是使用人工智慧。 “機器學習和人工智慧可以幫助優化和穩定能源供應、使用和存儲間的互動，”他解釋說。

世界經濟論壇同Eifert的想法不謀而合，該論壇認為，人工智慧 “潛力巨大，可以幫助加速全球能源轉型”。在2021年9月發表的一份白皮書中，該組織呼籲政府和公司投資人工智慧。

更佳利用電動汽車的電池能量

人工智慧如何促進向綠色能源的過渡？琉森應用科學大學的Ben Bowler認為，第一步是了解人們的行為，並找到供應和需求之間潛在的不匹配之處。作為一名數字能源研究人員，他多年來一直在研究儲能和電網基礎設施。

公共能源部門通常對民眾的能源消耗了解甚少，這聽起來讓人驚訝，但確是事實。能源公司有每個家庭在一段時期內的用電量數據，但並不清楚在哪天或哪個時段會出現居民用電量顯著增高或降低的情況。

Ben Bowler的一個項目便專注於分析能源數據和了解人們的用電習慣。項目通過算法的幫助得以推進。研究人員正在收集所謂的智慧型電錶數據，這些電錶正在瑞士各地推廣，以取代舊的基本電錶。據聯邦能源辦公室稱，到2027年，80%的家庭將配備智慧型電錶。這些設備實時監測家庭使用情況，並每15分鐘向電力供應商傳輸資訊。通過這種方式，公司可以發現什麼時候是用電高峰期，例如，餐後打開洗碗機的時間。

“我們試圖預測人們的行為。在研究過去用電量的同時，試圖預測人們今後的行為。有了這些數據，我們可以確定電網的潛在問題，” Bowler說。

了解居民的行為是研究的一部分。另一部分便是去尋找方法，以確保在用電高峰時段保障足夠的電力供應。 Bowler的另一個項目，就是研究如何將電動汽車的電池作為電網的短期存儲器使用。

電動汽車銷量的增加將給電網帶來壓力。為了避免電力供應短缺，專家的想法是讓汽車充電成為一條雙向的路徑。在電力需求低的時候，汽車將在智能充電站充電；而在電力需求旺盛的時候，汽車電池中儲存的能量可以被提取出來並賣回電網。

琉森大學與能源公司Tiko和創業公司Sun2Wheel合作實現了這一試點項目。後者將通過汽車共享公司Mobility的50輛汽車進行測試。

“這一切都取決於更優數據的收集，比如，了解人們在天氣好的時候如何使用汽車，或者何時給車輛充電。然後機器學習和人工智慧便可以對收集的數據進行分析，”Ben Bowler說。多個團隊正在與德國和丹麥的汽車共享公司開展著類似的先導項目。

在 “汽車對電網 “技術(Vehicle-to-Grid)從測試進入實施階段，並最終成為可行業務之前，仍有很長的路要走。目前，提供雙向充電的電動汽車尚屬少見。尼桑、大眾和菲亞特是少數能夠做到這一點的品牌。 Mobility目前只有150輛電動汽車，但該公司計劃在2030年前，實現整個車隊3000多輛汽車的電氣化。為此，智能充電站也必不可少。比如，瑞士初創公司Sun2Wheel開發的智能充電站已分佈在全國各地。

個資匿名化     

Ben Bowler和他的同事在測試階段面臨的挑戰是：如何使用數據？如何在了解人們何時用電，何時洗衣，何時給電動汽車充電的同時，又不違反數據保護法。

美國企業VIA Science認為可以為此提供幫助。這家剛剛在楚格開設辦事處的初創公司開發了一個程式，後者正在接受琉森大學智慧型電錶項目的測試。專業人員無需提取數據，而是直接在儀表上進行分析。由此一來，私人數據也不會被傳送他處。

另一個保護隱私的方法：鼓勵人們自願分享數據。數十名科學家、創投家、大學生和能源公司代表於2021年9月聚首在阿爾高州Brugg的“能源數據創投家日”，就“如何發揮數據在創建可靠的、碳中和能源系統中的作用”議題進行探討。

他們勾畫出了 “自己閱讀智慧型電錶 “項目：房主能夠查看自家智慧型電錶的數據，從而了解自己的電能消費情況，以及節省能源和金錢的辦法。然後，這些數據將被匿名地分享給電力公司。

瑞士站在人工智慧領域的領導者之列，擁有最嚴格數據保護法。 Ben Bowler相信，一旦隱私問題得到解決，”人們會願意輔助電網運作，並支持能源系統減碳化的”。

(譯自法語：郭倢)

Zélie Schaller