ترفندهای جهانی برای رفع ناترازی با فناوری کاهش خاموشی با هوش مصنوعی
به گزارش نقشه، افزایش مصرف انرژی به یک چالش جهانی تبدیل گشته است و کشورها با استفاده از نوآوری های مختلف تلاش می کنند این مشکل را حل کنند.
به گزارش نقشه به نقل از مهر، بحران ادامه دار انرژی جهانی با افزایش قیمت حامل های انرژی و کاهش ذخایر خویش را نشان میدهد و نیاز روز افزون به استفاده کارآمد از آنرا بیشتر از پیش می کند. برای برطرف نمودن این چالش ها به سرمایه گذاری های قابل توجه در فناوری های صرفه جویی در مصرف انرژی نیاز است که مصرف برق و تاثیر زیست محیطی را در کنار هزینه ها کم می کند.
فناوری های صرفه جویی در انرژی شامل طیف وسیعی از فرایندها و نوآوری هاست که برای کاهش مصرف انرژی و منابع ابداع شده اند. این فناوری ها را میتوان جایگزین منابع انرژی جدید یا بهبود کار آمدی سیستم های فعلی به کاربرد.
نوآوری های صرفه جویانه برای ساختمان ها
ساختمان ها ۳۰ درصد مصرف انرژی جهان و ۲۶ درصد انتشار گازهای گلخانه ای را به خود اختصاص داده اند. به این علت روش های بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان ها هدف تحقیقات گوناگونی بوده است. چند نوآوری برای ارتقاء صرفه جویی در این اواخر عرضه شده اند که عبارت اند از مواد پیشرفته عایق بندی سیستم های کم مصرف HVAC و فناوری ساختمان های هوشمند که مدیریت انرژی را بهینه و هدررفت آنرا کم می کنند.
در کنار اینها اخیراً محققان دانشگاه علم وفناوری هنگ کنگ یک دستگاه خنک کننده تابشی ابداع نموده اند که می تواند مصرف انرژی را در مقایسه با دستگاههای تهویه هوای معمول ۵۰.۴ درصد کم کند.
این سیستم خنک کننده هوا برخلاف نمونه های معمول به جریان هوا متکی است. دستگاه مذکور از یک ماژول خنک کننده ترموالکتریک که به سینک حرارتی و یک پنل آلومینیومی متصل است، تشکیل شده تا یک سطح بسیار سرد بسازد که بدون جریان هوا محیط را به صورت مستقیم خنک می کند. هرچند این نمونه اولیه روی خنک کردن متمرکز است اما میتوان با معکوس کردن جریان آنرا برای گرمایش هم سازگار کرد. محققان اعتقاد دارند که ترکیب این ابزار با دستگاههای رطوبت گیر در محیط های مرطوب، بهمراه پیشرفت های فناوری ترموالکتریک و استفاده از موادی مانند آئروژل، کار آمدی آنرا به صورت قابل توجهی می افزاید.
ترموستات های مجهز به هوش مصنوعی
ترموستات های هوشمند از حدود یک دهه قبل در بازار وجود دارند و نسل جدید آنها حالا با بهره گیری از هوش مصنوعی صرفه جویی را گسترده تر می کند. گوگل نسل چهارم ترموستات «نست» خویش را سال قبل میلادی عرضه نمود که از یادگیری ماشینی پیشرفته برای ایجاد سازگاری های میکرو در دمای محیط و بهینه سازی مصرف انرژی بهره می گیرد. این سیستم دمای متناسب برای خانه را می آموزد و بر مبنای الگوهای مختلف شرایط آب وهوا و مشکلات احتمالی، HVAC آنرا تنظیم می کند.
به گفته گوگل مدلهای پیشین نست بطور متوسط ۱۰تا ۱۲ درصد از هزینه های گرمایش و ۱۵ درصد هزینه های سرمایش را کاهش می دادند. نسخه جدید مجهز به هوش مصنوعی شاخص صرفه جویی در انرژی را بیشتر می کند.
بازسازی هوشمند سامانه های گرمایش، تهویه و سرمایش در ساختمان های قدیمی
کلوین یک شرکت HVAC آمریکایی، ابزار Cozy را ابداع کرده که یک محفظه عایق حرارتی است که کار آمدی رادیاتورهای قدیمی را بهبود می دهد. این سیستم روی رادیاتورهای فعلی نصب می شود تا آزادشدن گرما را بهینه و کنترل کند، یک جریان مداوم هوا را حفظ و دمای محیط را از پیش تعیین شده نگه دارد. این شرکت از زمان راه اندازی خود در ۲۰۲۱ میلادی در بازسازی بیشتر از ۱۵ هزار ساختمان در نیویورک و در اماکنی مانند مدارس و ایستگاه های پلیس به کاررفته است. دستگاه مذکور را میتوان برای انواع مختلف رادیاتور شخصی سازی کرد تا هزینه های گرمایش تا ۴۵ درصد کاهش پیدا کند که به صرفه جویی در انرژی و بهبود راحتی ساختمان ها کمک می نماید.
فناوری های نوآورانه گرمایش
پمپ های حرارتی یک جایگزین صرفه جویانه نسبت به دستگاههای تهویه هوای سنتی و مشعل ها هستند؛ چونکه به جای تولید گرما آنرا منتقل می کنند. پمپ های حرارتی مانند یخچال، از برق برای انتقال گرما از یک فضای خنک به یک فضای گرم استفاده می نمایند. آنها در زمستان گرمای فضای خارج را به داخل خانه هدایت می کنند و در تابستان گرما را از خانه به بیرون می رانند. محققان اعتقاد دارند استفاده از چند موفقیت مانند استفاده از مواد خنک کننده بهبودیافته و قابلیت های کنترل پیشرفته، کار آمدی و عملکرد پمپ های گرمایشی را ارتقا می دهد.
پمپ های گرمایشی با منبع آب
محققان دانشگاه ادینبرا سیستم های گرمایش جمع وجور Sea Wram و River Warm را ابداع نموده اند که انرژی را از منابعی مانند دریا، رودخانه و دریاچه ها با بهره گیری از فناوری مشابه پمپ های گرمایشی با منبع هوا استخراج می کنند. این سیستم ها گرمایش مناسب را با بهره گیری از گلایکول (یک ترکیب شیمیایی آلی) از آب جذب می کنند و در مرحله بعد فشرده و به یک پمپ گرمایشی که گرما برای رادیاتور و حمام ها فراهم می آورد، انتقال می دهند. این پمپ ها ۳۵۰ تا ۴۰۰ درصد گرمای بیشتری نسبت به پمپ های برقی تولید می کنند. آنها طوری طراحی شده اند تا جمع وجور و قابل حمل باشند، به این علت برای مناطق دورافتاده و ساحلی مناسب هستند. همینطور آنها عملکرد مداومی دارند؛ چونکه دمای آب کمتر از هوا نوسان می کند. این پمپ های گرمایشی یک جایگزین کارآمد برای گرمایش با گاز و نفت هستند و پیشبینی می شود به بخشی یکپارچه از طرح انگلیس برای گذار بسمت انرژی کربن - صفر باشند.
پمپ حرارتی CHP مقیاس بزرگ
در لگمو آلمان در تاسیسات شهری دو پمپ گرمایشی مبتنی بر آمونیاک نصب شده تا گرمایش منطقه را تأمین کند. این پمپ های گرمایشی بزرگ ۱۸ گیگاوات ساعت گرما در سال از واحد تصفیه آب این شهر فراهم می کنند. واحد تصفیه فاضلاب دو سوم نیاز گرمایشی این شهر قدیمی را تأمین می کند و هم زمان هزینه ها را تا ۴۰درصد و انتشار دی اکسیدکربن را سالانه ۳۲۰۰ متریک تن کم می کند.
بهبود صرفه جویی انرژی خورشیدی با یادگیری ماشینی و ردیابی پرتو قابل جداسازی
نیروگاه های خورشیدی متمرکز (CSP) یک منبع انرژی پاک امیدوارکننده هستند که می توانند حتی در شب ها به صورت رقابتی برق تولید و سوخت های کربن خنثی تولید کنند. آنها با بهره گیری از آینه ها که به نام هلیواستات شناخته می شوند، نور خورشید را بر روی یک گیرنده متمرکز کرده و به دماهای بالا دست می یابند که امکان دارد از هزار درجه سانتی گراد فراتر برود. نیروگاه های خورشیدی متمرکز باوجود پتانسیل بالایشان با چالش های گوناگونی در زمینه دستیابی به این دمای بالا و حفظ آن روبرو هستند که دلیل چالش های عملیاتی مانند نا هم راستایی ردیابی خورشید و تغییرات سطحی است. این عوامل امکان دارد به افزایش ناگهانی و خطرناک دما منجر شوند و به این علت نیازمند حاشیه ایمنی زیاد هستند که روی بهره وری تاثیر می گذارد. تحقیقی که در نشریه نیچر کامونیکیشنز انتشار یافته برای برطرف نمودن این چالش یک روش مبتنی بر یادگیری ماشینی عرضه کرده که از فناوری ردیابی پرتوی قابل جداسازی جهت تحلیل کالیبراسیون عکس ها و بهینه سازی تنظیمات هلیواستات استفاده می نماید. این شیوه بهینه سازی مبتنی بر شیب را با مدل یادگیری ترکیب می کند تا نقص های کمتر از میلی متر را ردیابی و پروفایل های تابش دقیق را پیش بینی نماید که به صورت قابل توجهی از روشهای فنی موجود در دقت و خودکار بودن بهتر است. این موفقیت می تواند عملکرد واحدهای CSP و همینطور ایمنی آنها را بهبود دهد و احتمالا درآمد سالانه برای واحدهای کوچک تر تا ۳۹ درصد بیشتر می شود. همینطور سابقه ای برای یکپارچه سازی مدلهای مبتنی بر داده و فیزیکی در زمینه انرژی فراهم می شود.
هوش مصنوعی شبکه توزیع برق را بهینه می کند
یک روش دیگر دراین خصوص گسترش شبکه های توزیع هوشمند است که طی سال ها تکامل یافتند؛ اما امسال میلادی به سطح بالاتری دست یافته اند. این شبکه های توزیع برق، هوش مصنوعی و مدلهای زبانی را برای پیشبینی افزایش تقاضا، بهینه سازی توزیع انرژی و ممانعت از خاموشی به کار می برند. شبکه های توزیع هوشمند با فعال سازی ارتباط دوجانبه بین تاسیسات شهری و مصرف کنندگان به مشتریان چشم اندازی واقعی از انرژی استفاده می نمایند. این تکامل از یکپارچه سازی انرژی های پاک پشتیبانی می کند.
روش های نگهداری پیش بینانه مبتنی بر هوش مصنوعی
هوش مصنوعی و تحلیل های پیشبینی کننده، شیوه نگهداری از زیرساخت ها در تاسیسات را دگرگون می کنند. در سال ۲۰۲۵ میلادی سیستم های نگهداری پیشبینی کننده انبوهی از مخازن داده را از سنسورهای اینترنت اشیا تحلیل می کنند تا اختلال در تجهیزات را پیش از وقوع آنها پیش بینی نماید. چنین فرایندی مدت زمان نبود انرژی و سرویس را می کاهد، از هزینه ها کم می کند و عرضه مداوم سرویس را تضمین می نماید. تحقیقات مؤسسه گارتنر حاکی از آنست که تاسیسات شهری با اجرای سیستم های نگهداری پیشبینی کننده مبتنی بر هوش مصنوعی، قادر به ۲۵ درصد کاهش در هزینه های عملیاتی هستند. این سیستم ها با اتکا به شبکه های عصبی پیشرفته داده های تاریخی و واقعی را پردازش می کنند و در نتیجه تاسیسات می توانند اختلالات احتمالی را با دقت بی سابقه ای پیشبینی و حل کنند.
سیستم های انرژی غیرمتمرکز
میکرو شبکه ها و سیستم های انرژی غیرمتمرکز هر روز بیشتر از روز قبل محبوب می شوند. این سیستم ها که با منابع انرژی تجدیدپذیر فعال می شوند، به صورت مستقل یا همراه شبکه های توزیع سنتی کار می کنند. مدلهای غیرمتمرکز در ۲۰۲۵ میلادی چاره ای شخصی سازی شده برای مناطق دورافتاده هستند. بر اساس گزارش های مؤسسه Allied Market Research پیشبینی می شود بازار میکروشبکه ها تا سالجاری میلادی رشد کند و ارزش آن به ۶۳ میلیارد دلار برسد. این تغییر به مناطق دورافتاده و محروم کمک می نماید تا ذخیره انرژی خویش را تولید و کنترل کنند و از اتکا به زیرساخت های متمرکز بکاهند.
سیستم های خنک کننده مبتنی بر هوا
انستیتوی تحقیقات انرژی کره جنوبی برای اولین بار در این کشور موفق به توسعه فناوری انجمادی شده است که به جای استفاده از گازهای فریون، HFCها و سایر مواد خنک کننده مضر، از هوای معمولی بعنوان عامل سرمایش بهره می برد. این نوآوری می تواند نقش برجسته ی در کاهش گرمایش جهانی داشته باشد، چون که مواد خنک کننده رایج از عوامل اصلی تخریب لایه اوزون و افزایش دمای زمین هستند. در این پژوهش به صورت موفقیت آمیز یک ماده خنک کننده با قابلیت فشرده و نافشرده کردن بالا و یکپارچه ابداع شده که در انجماد با کمک هوا به کار می رود و برای اولین بار در کره جنوبی یک سیستم خنک کننده مبتنی بر هوا ابداع شده است. با بهره گیری از این سیستم میتوان به دمای ۶۰- درجه سلسیوس با بهره گیری از هوا بعنوان ماده خنک کننده دست پیداکرد. سیستم های انجماد و خنک کننده فعلی به صورت معمولی از چرخه کمپرس بخار استفاده می نمایند. در این شیوه خنک سازی با بهره گیری از تبخیرکردن مایع خنک کننده و جذب گرما رخ می دهد. اما یک مشکل اساسی آن اتکا به گازهای گلخانه ای فلوئوردار بعنوان خنک کننده است که به گرمایش جهانی منجر می شود. در همین جهت محققان روی یک سیستم خنک سازی تکیه کردند که هوا را بعنوان خنک کننده به کار می گیرد. این شیوه برخلاف شیوه های معمول شامل تبخیر یک مایع است. این سیستم گاز را فشرده می کند و در مرحله بعد وارد فرآیند انتقال گرما و انبساط می شود تا یک گاز با دمای پایین تولید نماید که بدن احتیاج به خنک کننده های مایع، هوا را سرد می کند.
سیستم های زمین گرمایشی برای تأمین سرما و گرما در شیکاگو
یکی از نمونه های صرفه جویی در مصرف برق اتکا به منابع پاک انرژی است. در همین جهت شرکت ناسودآور Blacks in Green با بهره گیری از سیستم های زمین گرمایشی چند ساختمانی به گرمای حدود ۵۵ درجه در تمام سال دست می یابد. در اولین مرحله این پروژه کارگران ۴۵۰ فوت لوله پلاستیکی به زیر کوچه های شیکاگو می فرستند. در این لوله ها ماده سیالی جریان دارد که گرما را جذب و آزاد می کند و می تواند این چرخه را در ۶۹ ساختمان در یک منطقه اجرا نماید و بدین سان گرمایش و تهویه مطبوع را تأمین کند. این پروژه ۱۰.۸ میلیارددلاری یکی از ۵ طرح منطقه زمین گرمایشی در آمریکا است که وزارت انرژی بودجه آنرا تأمین می کند. البته سیستم گرمایش و سرمایش زمین گرمایی چند ساختمانی به مدت چند دهه و بیشتر اوقات در پردیس کالج ها و مجتمع های نظامی برای کاهش هزینه های انرژی به کار می رود. اما حالا توجهات به سیستم ها در مناطق مسکونی درحال افزایش است که از علل آن میتوان به استفاده از انرژی پاک، افزایش تقاضا برای برق و کاهش سرعت افزوده شدن منابع جدید نیرو به شبکه توزیع الکتریسیته اشاره نمود. البته آینده این پروژه تحت دولت دونالد ترامپ نامشخص است.
باز مصرف سوخت هسته ای برای تأمین نیاز برق
استارت آپ فرانسوی هلندی Thorizon چاره ای نوین برای چالش فزاینده دورریز زباله هسته ای و تولید برق برای تأمین نیاز شهروندان عرضه کرده است. این شرکت می خواهد زباله های هسته ای قدیمی را به یک منبع پایدار، ارزان و منعطف انرژی تبدیل کند و در همین جهت از طرح های خود برای ساخت یک رآکتور ماژولی نمک مذاب که از موجودی های موجود سوخت هسته ای مصرف شده که با توریوم ترکیب شده است، برای تولید ۱۰۰ مگاوات برق استفاده می نماید. این میزان برق ۲۵۰ هزار خانه را به مدت بیشتر از ۴۰ سال تأمین می کند. جالب آن که سوخت هسته ای مصرف شده، حدود ۹۰ درصد انرژی اولیه خویش را داراست؛ ازاین رو شرکت مذکور راهی برای استخراج انرژی باقی مانده عرضه کرده است. هرچند اولین رآکتور برنامه ریزی شده این شرکت مقرر است ۲۵۰ مگاوات گرمای صنعتی برای فرایندهایی مانند تولید مواد شیمیایی و هیدروژن فراهم آورد. این رآکتور را میتوان طوری برنامه ریزی کرد تا ۱۰۰ مگاوات برق تولید نماید. علاوه برآن سیستم می تواند ۱۰۰ مگاوات را به ظرفیت انعطاف پذیری ۵۰-۳۰۰ مگاوات تبدیل کند، انرژی را در زمان هایی که تقاضا اندک است ذخیره و در ساعات اوج مصرف آزاد کند. این شرکت تصمیم دارد ساخت اولین رآکتور خویش را طی ۵ سال آینده آغاز کند.
منبع: نقشه
این مطلب Go Map را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط در نقشه
نظرات بینندگان نقشه در مورد این مطلب