可再生能源領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享機(jī)制的缺乏正在阻撓技術(shù)進(jìn)步,讓改善能源市場錯失良機(jī)。
能源產(chǎn)業(yè)一直在通過改變能耗速率滿足人們的需求??刂埔粋€燃油發(fā)電廠的發(fā)電量,就像改變一輛汽車的速度一樣:踩下油門踏板,就會有更多汽油涌向發(fā)動機(jī)。
但風(fēng)能卻不能如此隨心所欲。不過,智能軟件卻可以讓風(fēng)電廠提高能效,增強(qiáng)對位置情況的應(yīng)對能力。計算機(jī)模型能夠預(yù)測風(fēng)速,控制渦輪數(shù)量和能量,從而滿足能源需求。低振動設(shè)計和運行狀況監(jiān)測可以讓渦輪轉(zhuǎn)動得更快,避免昂貴的齒輪箱以及其他部件損壞。這些部件的替換可能會花費數(shù)十萬美元,并且耗費很多天的時間。
優(yōu)化可再生能源需要數(shù)據(jù),需要提前數(shù)秒或數(shù)日了解設(shè)備性能、能源產(chǎn)出以及天氣預(yù)報。然而,由渦輪生產(chǎn)商、操作者以及使用公司收集的大量數(shù)據(jù)和信息卻被埋藏進(jìn)檔案卷里。任何外來者想要獲取這些信息都非常困難。
呼吁共享
美國愛荷華大學(xué)機(jī)械與產(chǎn)業(yè)工程學(xué)教授、智能系統(tǒng)實驗室主任Andrew Kusiak用兩年時間和不同的能源公司作了交涉,簽署了若干項保密協(xié)議,才獲取到足夠數(shù)據(jù)用來研究愛荷華州風(fēng)電廠的運行狀況。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)通常每10秒記錄一次,每次記錄時長在10分鐘以上;得到更高頻率的數(shù)據(jù)需要獲得感應(yīng)器生產(chǎn)商的許可。即便是諸如風(fēng)速以及風(fēng)輪葉片運行情況的基礎(chǔ)歷史數(shù)據(jù)也很難獲得。通過接觸不同的合作者,與其簽署數(shù)據(jù)共享協(xié)議,Kusiak團(tuán)隊最終獲得了一些風(fēng)能數(shù)據(jù)的有限訪問權(quán)。
Kusiak認(rèn)為,可再生能源領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享機(jī)制的缺乏正在阻撓技術(shù)進(jìn)步,讓改善能源市場錯失良機(jī)。為此,Kusiak近日在《自然》雜志撰文呼吁能源產(chǎn)業(yè)能夠延續(xù)國防、商業(yè)以及衛(wèi)生健康領(lǐng)域的例子共享數(shù)據(jù),這樣研究人員就能夠設(shè)計出更好的能源供給解決方案。
Kusiak指出,這里面有利可圖。但是首先,科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的研究人員需要研發(fā)出適宜的風(fēng)電管理模型,并證明其存在價值。軟件公司可以銷售能源以及天氣監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)。惠普或谷歌等大型技術(shù)公司應(yīng)該像通用電氣公司在風(fēng)輪葉片生產(chǎn)方面所做的那樣,建立風(fēng)能部門,用來計劃以及平衡各地區(qū)與各國的能源。
投資可再生能源數(shù)據(jù)領(lǐng)域在經(jīng)濟(jì)上具有可行性,因為日常生活普遍需要電。和其他商業(yè)產(chǎn)業(yè)不同,能源產(chǎn)業(yè)的競爭不是以產(chǎn)品質(zhì)量為基礎(chǔ),而是以發(fā)電、分配過程及其商業(yè)運作模式為基礎(chǔ),這些特征都使這個行業(yè)成為大數(shù)據(jù)挖掘的最大受益者。
可再生能源發(fā)電廠如果安裝了可用于精確預(yù)測能源以及迅速反饋的軟件系統(tǒng),將能夠獲得及利用實時信息,比如能源價格等,從而當(dāng)能源價格高、需求量大時提供更多能源,在價格較低或需求量較低時提供較少能源。這種利益會鼓勵更多企業(yè)和公司投入到可再生能源資產(chǎn)領(lǐng)域。
數(shù)據(jù)科學(xué)
可再生能源領(lǐng)域的數(shù)據(jù)正如洪水一般涌來。例如,風(fēng)輪葉片制造商通常會從用于實驗的以及已安裝設(shè)備上的數(shù)以千計的感應(yīng)器上收集風(fēng)速、油溫、振動、發(fā)電等數(shù)據(jù)。公用事業(yè)公司也會記錄鍋爐和發(fā)電機(jī)的類似數(shù)據(jù)。
“平衡機(jī)構(gòu)”(通常是非營利機(jī)構(gòu)、政府組織或私人機(jī)構(gòu))會提前數(shù)小時把所需要的能源和公用事業(yè)公司可生產(chǎn)的能源進(jìn)行對比。國家和地區(qū)氣象局以及天氣預(yù)報員可以積累雷達(dá)數(shù)據(jù),然后每隔1~3小時運行數(shù)字天氣預(yù)報模型,提供風(fēng)速等預(yù)測參數(shù)。
新的數(shù)據(jù)來源也在涌現(xiàn)。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正在嘗試用聲吶和激光雷達(dá)設(shè)備預(yù)測風(fēng)電場的風(fēng)速、風(fēng)向和湍流。一些公用事業(yè)公司利用無人機(jī)在風(fēng)電場上空監(jiān)測渦輪葉片轉(zhuǎn)動情況以及風(fēng)速、風(fēng)向等,以此提高能源預(yù)測以及評估數(shù)分鐘到數(shù)小時內(nèi)的大氣湍流狀態(tài)。
當(dāng)前,可再生能源生產(chǎn)商都在單打獨斗。如果業(yè)界參與者可以把它們的數(shù)據(jù)采集并集中起來,大家都會受益。更加有效的低成本風(fēng)輪葉片設(shè)計也會出現(xiàn),讓渦輪機(jī)使用壽命更長,從而產(chǎn)生更多能源,并讓能源產(chǎn)出可以更加準(zhǔn)確地得到預(yù)測。例如,把美國不同州的風(fēng)電場數(shù)據(jù)集中在一起,將會顯著提高每小時能源產(chǎn)出預(yù)測的精確度。