Як штучний інтелект забезпечує економічно вигідне виробництво «зеленого» водню

Керування електролізерами в реальному часі за допомогою сигналів від систем виробництва енергії з відновлюваних джерел

Системи штучного інтелекту налаштовують роботу електролізера на основі даних у реальному часі від відновлюваних джерел енергії, що сприяє оптимізації споживання енергії, коли сонячні панелі працюють на максимальній потужності або вітрові турбіни обертаються з максимальною швидкістю. Розумні алгоритми аналізують майбутні погодні умови та потреби енергосистеми, після чого корегують такі параметри, як рівні напруги, швидкість протікання струму та температура роботи. Згідно з дослідженням, опублікованим минулого року журналом Renewable Systems, такі коригування можуть збільшити виробництво водню приблизно на 9 % та скоротити експлуатаційні витрати близько на 12 %. При цьому переваги цього підходу виходять за межі лише економії коштів. Коли виникає надлишкова електроенергія, яку необхідно повернути до мережі, такий розумний контроль запобігає втраті енергії. Крім того, він захищає дорогі мембрани всередині електролізерів від надмірного зносу — явища, що суттєво збільшує довгострокові витрати на технічне обслуговування заводів з виробництва «зеленого» водню.

Кейс-стаді: оптимізована за допомогою ШІ PEM-електроліз у Німеччині

Один із провідних учасників ринку енергетичних технологій нещодавно запустив у Північній Німеччині установку для PEM-електролізу, керовану штучним інтелектом, яка забезпечує використання понад 95 % енергії з відновлюваних джерел. У цьому проекті особливу увагу приділено використанню дешевшої вітрової енергії під час періодів низького попиту, що дозволило знизити рахунки за електроенергію приблизно на 18 % та збільшити щорічне виробництво водню близько на 22 000 кілограмів. Також значний вплив мали функції передбачувального технічного обслуговування системи: завдяки своєчасному виявленню проблем із тиском простої час обладнання скоротився майже на 30 %. Такий розумний інтеграційний підхід, що поєднує системи штучного інтелекту з відновлюваними джерелами енергії, дає підстави сподіватися на зниження вартості виробництва «зеленого» водню до приблизно 3,50 дол. США за кілограм, що робить його набагато більш привабливим для широкого впровадження на ринку.

Інтеграція систем «зеленого» водню зі змінними відновлюваними джерелами енергії

Прогнозування сонячної та вітрової активності для оптимізації часу електролізу

Отримання точних прогнозів рівня сонячного світла та вітрових умов має вирішальне значення, якщо ми хочемо виробляти зелений водень за розумну ціну. Коли компанії запускають своє електролізне обладнання у періоди, коли відновлювані джерела енергії працюють на максимальній потужності, вони можуть знизити витрати приблизно на 25 % порівняно з дотриманням звичайних графіків роботи — згідно з дослідженням, опублікованим у журналі «Energy Conversion Management» у 2023 році. Ці складні інструменти прогнозування поєднують дані з супутників, метеорологічні дані та архівні записи попередньої роботи, щоб визначити найкращі моменти для збільшення виробництва. По суті, це означає виробництво водню у той час, коли є достатньо дешевої чистої енергії, замість того щоб спиратися на дорогу електроенергію з мережі у дні, коли вітер і сонце «не співпрацюють». Такий підхід зменшує як нашу залежність від традиційних джерел енергії, так і загальний вуглецевий слід, пов’язаний із виробничими процесами.

Послуги для електромережі та запобігання обмеженню виробництва завдяки гнучкому попиту на зелений водень

Об'єкти з виробництва зеленого водню виступають як чутливі «енергетичні поглиначі», споживаючи надлишкову електроенергію від відновлюваних джерел у періоди її надлишку. У 2022 році глобальне обмеження потужності вітрових і сонячних електростанцій коштувало енергопостачальним компаніям 740 млн дол. США (Інститут Понемона) — втрату, яку гнучкі електролізери можуть безпосередньо компенсувати. Шкалювання виробництва водню в реальному часі залежно від доступності енергії від відновлюваних джерел дозволяє цим системам:

• Перетворювати енергію, яку інакше було б обмежено, на зберігану паливну продукцію з нульовими викидами вуглекислого газу
• Надавати допоміжні послуги електромережі, зокрема стабілізацію напруги та частоти
• Замінювати пікові електростанції на викопному паливі в періоди пікового споживання або низької генерації
  Це перетворює об'єкти з виробництва зеленого водню з пасивних споживачів на активні активи для балансування електромережі — підвищуючи стійкість системи й одночасно покращуючи економічну ефективність проектів.

Розумне планування енергоємних завдань штучного інтелекту за допомогою зеленого водню та відновлюваних джерел енергії

Спільне розташування центрів навчання штучного інтелекту та об'єктів з виробництва зеленого водню: архітектура з подвійною користю

Розміщення обчислювальних потужностей для навчання штучного інтелекту безпосередньо поруч із виробництвом «зеленого» водню створює досить надійну систему відновлювальної енергетики. Навантаження на системи ШІ синхронізується з періодами максимальної генерації електроенергії сонячними панелями та вітровими турбінами, що дозволяє безпосередньо отримувати чисту електроенергію саме з цих джерел. У разі надлишку відновлюваної енергії, яка не використовується для обчислювальних завдань, ця зайва електроенергія спрямовується до електролізерів. Ці пристрої перетворюють надлишкові електрони на водень, який можна зберігати для подальшого використання. Коли виробництво енергії з відновлюваних джерел зменшується, збережений водень використовується для запуску турбін або паливних елементів, забезпечуючи безперервне енергопостачання без будь-яких викидів вуглекислого газу. Розумні алгоритми керують усіма цими процесами, прогнозуючи час доступності енергії з відновлюваних джерел та обсяги обчислювальних потреб у різні періоди. У результаті компанії отримують приблизно на 30 % менше втрат енергії, постійне постачання чистої електроенергії для своїх операцій у сфері ШІ та приблизно 40 % економії експлуатаційних витрат порівняно з окремо розташованими системами. Крім того, вони повністю відмовляються від резервних джерел енергії на викопному паливі, зберігаючи при цьому високий рівень продуктивності.

Часто задані питання

Як штучний інтелект сприяє виробництву зеленого водню?

ШІ оптимізує роботу електролізерів за допомогою даних у реальному часі від джерел відновлюваної енергії, підвищуючи енергоефективність та обсяги виробництва водню й одночасно знижуючи експлуатаційні витрати.

Які переваги передбачувального технічного обслуговування на основі ШІ у виробництві водню?

Передбачувальне технічне обслуговування на основі ШІ мінімізує простої обладнання та запобігає серйозним несправностям, що зменшує витрати й підвищує надійність процесів виробництва водню.

Яким чином заводи з виробництва зеленого водню виступають як енергетичні «поглиначі»?

Заводи з виробництва зеленого водню споживають надлишкову електроенергію від відновлюваних джерел у періоди її надлишку, перетворюючи її на зберігану паливну продукцію з нульовими викидами вуглекислого газу, що сприяє підвищенню стабільності та стійкості енергосистеми.