科学家呼吁共享新能源数据信息提高产出
时间:2017-12-07

  科学家呼吁共享新的能源数据以增加产量

  能源行业通过改变能源消费率来满足人们的需求,控制单个燃料发电厂的发电量就像改变汽车的速度一样:踩下油门踏板会导致更多的汽油流向发动机。

  不过,风能不能这么随意。不过,智能软件可以让风电场提高能源效率,增强应对能力。计算机模型可以预测风速,控制涡轮机的数量和能量来满足能源需求。低振动设计和运行状况监测使涡轮机能够更快地旋转,避免了昂贵的齿轮箱和其他部件的损坏。更换这些组件可能花费数十万美元,可能需要很多天。

  优化可再生能源要求数据和设备性能,能量输出和天气预报的理解提前几秒钟或几天。然而,风机制造商,运营商和公用事业公司收集的大量数据和信息被埋藏在档案中。任何想要访问这些信息的外部人都是非常困难的。

  呼吁分享

  爱荷华大学机械和工业工程教授,智能系统实验室主任安德鲁·库西亚克(Andrew Kusiak)花了两年的时间与不同的能源公司进行谈判,并签署了一些保密协议,以获得足够的数据来研究爱荷华州风电场的运营。

  通常每10秒记录一次风机数据,记录时间超过10分钟;获得更高频率的数据需要传感器制造商的许可。即使风速和风机叶片运行等基本的历史数据也很难得到。通过联系不同的合作者并与他们签署数据共享协议,Kusiak团队最终获得了部分风能数据。

  库西亚克认为,可再生能源领域缺乏数据共享机制阻碍了技术进步,是改善能源市场的好地方。为此,库西亚克最近在“自然”杂志上撰文呼吁能源行业继续分享国防,商业和健康与健康数据实例,使研究人员可以设计出更好的能源供应解决方案。

  库西亚克指出,这是有利可图的。但首先,科学和工业界的研究人员需要开发合适的风电管理模式并证明其价值。软件公司销售能源和天气监测和预警系统。像惠普(Hewlett-Packard)或谷歌(Google)这样的大型科技公司应该成立一个风能部门来规划和平衡所有地区和国家的能源,正如通用电气在风机叶片生产方面所做的那样。

  投资可再生能源数据在经济上是可行的,因为日常生活中通常需要电力。与其他商业行业不同的是,能源行业的竞争不是建立在产品质量的基础上,而是建立在发电,配送流程和经营模式的基础之上,这使得该行业成为大数据挖掘的最大受益者。

  具有可用于准确预测能源和提供快速反馈的软件系统的可再生能源发电厂将能够获取和利用能源价格等实时信息,以在能源成本高且需求高时提供更多能源,更低或更低的需求提供更少的能源。这种兴趣将会鼓励更多的公司和公司投资可再生能源资产。

  数据科学

  可再生能源领域的数据淹没了。例如,风力涡轮机叶片制造商通常从实验以及安装设备上的数千个传感器收集关于风速,油温,振动,发电等的数据。公用事业公司也记录了锅炉和发电机的相似数据。

  平衡机构(通常是非营利组织,政府机构或私人机构)将提前几个小时将他们所需的能源与其生产的能源进行比较。国家和地区气象局和气象预报员可以累积雷达数据,然后每隔1到3小时运行一次数字天气预报模型,以提供风速等预报参数。

  新的数据来源也正在出现。风电行业正在试验声纳和激光雷达设备,以预测风电场的风速,风向和湍流。一些公用事业公司使用无人机监测涡轮机叶片的旋转和风速,风力发电场的风向,以改善能源预测,并在几分钟和几小时内评估大气湍流。

  目前,可再生能源生产商正在单独作战。如果行业参与者能够收集和汇总数据,每个人都将受益。还将出现更有效的低成本转子叶片设计,使涡轮机能够持续更长的时间,产生更多的能量并更准确地预测能量输出。例如,将来自美国不同州的风电场数据集中在一起,将显着提高每小时能源产出预测的准确性。

  该模型显示,使用数据驱动的软件来控制转子叶片可以增加至少10%的能量输出,并增加14%至16%。而且,增加最大速度可以容易地增加10%。与此同时,使用数据驱动的健康监测系统将使风电场运营成本降低10%。另外,通过数据共享可以避免齿轮箱和其他部件损坏造成的涡轮机械。

  开放分享

  但目前大多数风电企业还没有意识到数据科学和开放共享的重要性。一些公用事业公司正在建立内部数据分析团队,但他们并不知道与研究人员和其他机构合作的潜在好处。虽然不直接影响涡轮机运行并使软件流行的模型(例如涡轮机能量输出显示图像),但直接干预的模型和软件被忽略。

  有些地区比可再生能源做得更好。国防,商业和卫生机构已经制定了与科学界共享数据的程序,同时保持机密性和安全性。一些机构已经创建了基本的数据集来测试数据分析算法。还有其他机构通过竞争解决特殊问题。例如,Netflix在2006年提供了100万美元的奖金来改进预测电影评级软件的算法。 2011年,国家可再生能源实验室(NREL)开展了循环赛事。与此同时,他们和竞赛团队分享了运行良好的传输和有缺陷的传输的抖动数据,以找到最准确的方法来诊断问题。据推测,该项目16支队伍的贡献已经达到200万〜300万美元。

  保密协议概述了数据共享的具体情况,结果分配用于数据密集型项目。例如,消费品公司的清洁早在设计产品(例如新洗发水或剃刀)时向潜在客户揭示,消费者反馈将有助于改进最终设计。在Facebook和Twitter等社交媒体平台上,用户决定信息共享的范围。

  制定协议

  库西亚克认为,可再生能源行业应采取类似的做法。首先,它需要决定哪些数据可以共享,存在哪些风险。例如,考虑到任何人都可以测量风速和风向,这个信息应该是共享的。尽管出于竞争的原因,风电场的实时能源输出应严格保密,但分享风力发电机或部分风力发电机的发电量并不损害商业利益。因此,数据共享可以在需要时转换或匿名。

  亚洲,欧洲,北美和南美的风力协会应推动数据分享讨论。这些方面应该定义一个共享数据共享的道路,如下所述。

  首先,让所有的可再生能源利益相关者意识到这个问题以及数据共享的潜在好处。邀请其他制造业和服务业代表介绍数据分享经验。

  其次,制定数据共享协议和监管形式。 Kusiak表示,像美国国家实验室和桑迪亚国家实验室这样的能源部实验室可以带头,因为他们收集了一些风电场运营商的可再生能源相关数据。

  再次建立可再生能源数据和知识共享平台。利益相关者必须决定如何将这些数据组织和预处理,然后才能被科学界和工业界使用。

  库西亚克认为,这个期待已久的协议肯定会产生新的科学创新。通过以更低的成本生产更多的能源,这将有助于显着提高可再生能源公司,能源设备制造商和整个社会的效益。 (红枫树)

  中国科学通报(2016-01-19第3版国际)

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  自然报告(英文)