極端高溫一定是今夏最讓人無法忽視的最“熱”話題。

連續(xù)30天發(fā)布高溫預(yù)警，連續(xù)8天發(fā)布高溫紅色預(yù)警…很難想象，35度以上的日光炙烤在過去一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)覆蓋全國450萬平方公里的土地，40度已進(jìn)不了全國高溫排行榜。隨之而來的是電力需求飆升、供應(yīng)不堪重負(fù)。工業(yè)企業(yè)限電政策的出臺讓電于民，盡管保障了居民基本用電需求，卻也給汽車產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)端、新能源車企服務(wù)端帶來不小影響。極端高溫持續(xù)肆虐，用電困局終將何解？

風(fēng)力發(fā)電作為發(fā)展最快的可再生能源技術(shù)之一被寄予了厚望，和太陽能一樣，風(fēng)能是一種可以替代化石燃料發(fā)電的清潔能源。

微軟正在與合作伙伴minds.ai攜手，幫助全球最大的風(fēng)力渦輪機(jī)制造商維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)公司（Vestas Wind Systems）開展概念驗(yàn)證，成功利用人工智能（AI）和高性能計(jì)算，通過優(yōu)化尾流轉(zhuǎn)向，使風(fēng)力渦輪機(jī)中產(chǎn)生更多電能，以滿足其全球85個(gè)國家和地區(qū)客戶的需求。

1
與風(fēng)同行?

微軟Azure聯(lián)手minds.ai助力捕捉風(fēng)能新解法

潛在的電能增長固然重要，但維斯塔斯認(rèn)為，同樣重要的是在數(shù)月內(nèi)迅速驗(yàn)證概念，以及探究將其付諸實(shí)踐的意義。維斯塔斯并不是第一家從事該領(lǐng)域研究的公司，但優(yōu)勢在于能夠快速獲得研究結(jié)果。

維斯塔斯首席專家、建模與分析模塊設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人Sven Jesper Knudsen表示：“這項(xiàng)研究存在已久，但一直停留在理論層面。我們的競爭對手和部分風(fēng)電場經(jīng)營者也進(jìn)行過驗(yàn)證，而我們的初衷是希望縮短開發(fā)周期。投入市場的時(shí)間對整個(gè)風(fēng)電行業(yè)至關(guān)重要，以推動(dòng)實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)所有人的積極目標(biāo)。”

隨著全球希望減少煤炭、天然氣和原油的使用以減少碳排放、實(shí)現(xiàn)氣候變化目標(biāo)，風(fēng)能和太陽能等清潔能源變得越來越重要。

據(jù)國際能源署（IEA）去年發(fā)布的《全球能源部門2050年凈零排放路線圖》，風(fēng)能、太陽能、生物能、地?zé)崮芎退茉?050年將占能源供應(yīng)總量的三分之二，風(fēng)電裝機(jī)數(shù)量將是如今的11倍。此外，在凈零排放路徑中，2050年全球能源需求將比目前低8%左右，但其服務(wù)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模是目前的兩倍多，服務(wù)的人口比目前多20億。

風(fēng)能發(fā)電有諸多好處，但挑戰(zhàn)在于其每日發(fā)電量可能會隨著風(fēng)力條件發(fā)生變化。探索能夠充分捕捉風(fēng)能的方法對維斯塔斯至關(guān)重要，“大挑戰(zhàn)”（Grand Challenge）項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。

Knudsen表示，風(fēng)力渦輪機(jī)會產(chǎn)生尾流或“陰影效應(yīng)”，使位于下游的其他渦輪機(jī)減速。將渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向使其遠(yuǎn)離迎面而來的風(fēng)，從而改變尾流方向，利用這種尾流轉(zhuǎn)向，可以重新捕獲能量。

他介紹道：“貫穿其中的一項(xiàng)理念是控制陰影效應(yīng)，使其遠(yuǎn)離下游渦輪機(jī)，然后將更多風(fēng)能引導(dǎo)到下游渦輪機(jī)。”

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，維斯塔斯通過使用微軟的Azure高性能計(jì)算和Azure機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)幫助更快獲得結(jié)果，并與微軟的合作伙伴minds.ai[1]達(dá)成合作，引入其基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的控制器設(shè)計(jì)平臺DeepSim。強(qiáng)化學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)，AI代理可以通過反復(fù)試驗(yàn)與環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互并從中學(xué)習(xí)。

Knudsen表示：“投入該項(xiàng)目僅僅一周的時(shí)間，就讓我備受震撼，因?yàn)轫?xiàng)目推進(jìn)過程中幾乎不需要任何實(shí)有產(chǎn)品。”維斯塔斯利用該平臺進(jìn)行模擬操作，訓(xùn)練控制器對風(fēng)況、對風(fēng)或振蕩做出反應(yīng)，以捕獲可能會損失的能源。

2

氣候危機(jī)下，

AI加速能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程

如今，氣候危機(jī)蔓延全球，氣溫已較工業(yè)化前水平上升1.1攝氏度。彭博新能源財(cái)經(jīng)《2021年新能源展望》分析指出，若想在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放，意味著未來九年內(nèi)，超過四分之三的減排努力落在了電力行業(yè)和加快風(fēng)能和太陽能光伏部署上。

利用AI技術(shù)最大限度地獲取清潔能源變得愈加重要。據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇去年秋季發(fā)布的報(bào)告《利用人工智能加速能源轉(zhuǎn)型》，AI技術(shù)有望加快能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程，尤其是電力行業(yè)的能源轉(zhuǎn)型。

世界經(jīng)濟(jì)論壇能源和材料基準(zhǔn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Espen Mehlum表示：“AI可以優(yōu)化風(fēng)電場的建設(shè)、選址和運(yùn)營，更重要的是，它還可以優(yōu)化不同系統(tǒng)的能源消耗和生產(chǎn)。這就是AI尚待發(fā)掘的巨大潛力，我們目前觸及的只是表面，只是第一批真實(shí)的用例。”

維斯塔斯的概念驗(yàn)證項(xiàng)目是一項(xiàng)復(fù)雜的全球挑戰(zhàn)的一部分，旨在減少碳排放，最大限度地利用清潔能源。憑借這項(xiàng)努力，維斯塔斯于去年秋季被高性能計(jì)算行業(yè)出版商HPCwire授予“能源行業(yè)高性能計(jì)算最佳應(yīng)用”的編輯推薦獎(jiǎng)（Editor’s Choice award）。[2]

Knudsen表示：“‘大挑戰(zhàn)’是我們能找到的一個(gè)最復(fù)雜的用例。但與此同時(shí)，這也是我們一直在研究的領(lǐng)域，此前我們也與其他合作伙伴在AI領(lǐng)域進(jìn)行過嘗試。但遺憾的是，我們與這些合作伙伴的嘗試并不成功。不過，我們與minds.ai和微軟的合作最終結(jié)出了碩果。”

Mehlum表示：“應(yīng)對氣候變化沒有靈丹妙藥。我們必須兼顧多個(gè)不同領(lǐng)域。AI技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的工具，不僅有助于減少碳排放，而且可以幫助我們優(yōu)化尚未得到充分利用的渠道和系統(tǒng)。”