應用指南

風能和太陽能預測中的人工智慧

人工智慧透過學習天氣數據和過去的輸出來預測風力渦輪機和太陽能電池板將在幾小時或幾天前產生多少電力。

概述

人工智慧透過學習天氣數據和過去的輸出來預測風力渦輪機和太陽能電池板將在幾小時或幾天前產生多少電力。準確的預測使電網營運商能夠平衡供需,而不會浪費清潔能源或冒停電的風險。

風能和太陽能電力預測中的人工智慧專注於實際部署:將模型功能轉化為可靠的日常工作流程,提供可衡量的價值。

深入探討

風能和太陽能是可變的:飄過的雲層或風的平靜可以在幾分鐘內改變輸出。人工智慧預測模型吸收數值天氣預報(風速、輻照度、溫度、雲量)、衛星和天空攝影機影像以及多年的歷史發電數據,以預測幾分鐘到幾天的跨地平線功率輸出。機器學習在這方面表現出色,因為天氣和電力之間的關係是非線性的且特定於地點,受到渦輪機尾流效應、面板污染和地形的影響。更好的預測可以減少電網營運商處於待命狀態的昂貴的旋轉儲備,減少清潔能源的限電,並讓交易商更有信心地在電力市場競標再生能源。西班牙的 REE 和丹麥的 Energinet 等業者依靠此類預測來運作再生能源份額非常高的電網。

技術洞察

短期(一小時內)預測通常使用具有捲積神經網路的天空成像相機來追蹤向太陽能發電廠移動的雲,以及時間序列輸出的 LSTM 或變壓器模型。更長的視野將基於物理的數值天氣預報與可糾正系統模型偏差的梯度增強樹或神經網路相結合。機率預測越來越多地輸出完整的分佈(例如分位數),而不是單個數字,因此營運商可以圍繞不確定性而不是點估計來規劃儲備。

掌握風能和太陽能預測中的人工智慧

人工智慧透過學習天氣數據和過去的輸出來預測風力渦輪機和太陽能電池板將在幾小時或幾天前產生多少電力。準確的預測使電網營運商能夠平衡供需,而不會浪費清潔能源或冒停電的風險。風能和太陽能電力預測中的人工智慧專注於實際部署:將模型功能轉化為可靠的日常工作流程,提供可衡量的價值。為了建立深入的理解,請將風能和太陽能電力預測中的人工智慧視為一種操作模型,而不是單一功能:定義期望的結果,澄清假設,並將系統可以可靠地完成的任務與仍需要專家判斷的任務分開。

在實踐中,在風能和太陽能預測中使用人工智慧的強大團隊專注於工作流程結果,而不是模型演示,並儘早定義人工檢查點。他們記錄明確的成功標準,根據實際數據和工作流程進行測試,並根據觀察到的失敗模式而不是一次性基準測試勝利進行迭代。這就是理論理解轉變為跨產品、政策和營運的持久能力的地方。

應用級設計決定了人工智慧是否能改善實際結果。同時,將損壞的流程自動化可能會加劇現有的問題。最具彈性的方法是將實驗速度與治理規則結合:運行試點、捕獲證據、發布決策日誌,並隨著模型行為、使用者期望和監管要求的發展不斷更新保障措施。

戰略影響

應用級設計決定了人工智慧是否能改善實際結果。

應用級設計決定了人工智慧是否能改善實際結果。在高品質部署中,這會轉化為可衡量的操作規則、所有權邊界和定期審查儀式,以便團隊可以增強信心,而不是擴大模糊性。

良好的工作流程整合可以創造使用者值得信賴的生產力效益。

良好的工作流程整合可以創造使用者值得信賴的生產力效益。在高品質部署中,這會轉化為可衡量的操作規則、所有權邊界和定期審查儀式,以便團隊可以增強信心,而不是擴大模糊性。

範圍明確的用例可以減少變更疲勞和實施風險。

範圍明確的用例可以減少變更疲勞和實施風險。在高品質部署中,這會轉化為可衡量的操作規則、所有權邊界和定期審查儀式,以便團隊可以增強信心,而不是擴大模糊性。

人工智慧在風能和太陽能預測中的未來

預測正在轉向基於全球天氣和發電數據訓練的基礎模型,這些模型可以針對當地歷史很少的新地點進行微調,從而幫助數據匱乏地區的開發人員。 GraphCast 和 GenCast 等人工智慧天氣模型現在可以與傳統超級電腦預測相媲美,其運算量僅為一小部分,可提供更快、更高解析度的再生能源預測。隨著電網推動再生能源佔比超過 80%,預計與電池調度、電動車充電和自動電力市場競價的組合將更加緊密。

現實世界的實施

電網營運商利用日前的風力預報來決定有多少天然氣廠保持備用狀態

太陽能發電場使用天空攝影機雲追蹤來預測雲到達之前的斜坡下降並預充電電池

能源交易商根據機率預測將風力發電競價納入日前和盤中電力市場

風電場營運商在預測的低風期安排渦輪機維護,以最大限度地減少發電損失

實施模式

風電和太陽能電力預測中的人工智慧實踐

電網營運商利用日前的風力預報來決定有多少天然氣發電廠保持備用狀態。

電網營運商使用日前的風力預測來決定有多少天然氣發電廠作為備用備用。當團隊預先定義品質閾值、為邊緣情況保留人工升級路徑並追蹤一段時間內的生產力增益和錯誤成本時,通常會得到更好的結果。

風電和太陽能電力預測中的人工智慧實踐

太陽能發電場使用天空攝影機雲追蹤來預測雲量下降並在雲到達之前對電池進行預充電。

太陽能發電場使用天空攝影機雲追蹤來預測功率下降並在雲到達之前對電池進行預充電。當團隊預先定義品質閾值、為邊緣情況保留人工升級路徑並追蹤一段時間內的生產力增益和錯誤成本時,通常會獲得更好的結果。

風電和太陽能電力預測中的人工智慧實踐

能源交易商根據機率預測將風力發電競價納入日前和盤中電力市場。

能源交易商根據機率預測將風力發電競標到日前和日內電力市場。當團隊預先定義品質閾值、為邊緣情況保留人工升級路徑並追蹤一段時間內的生產力增益和錯誤成本時,通常會得到更好的結果。

風電和太陽能電力預測中的人工智慧實踐

風電場營運商在預測的低風期安排渦輪機維護,以最大限度地減少發電損失。

風電場營運商在預測的低風期安排渦輪機維護,以最大程度地減少發電損失。當團隊預先定義品質閾值、為邊緣情況保留人工升級路徑並追蹤一段時間內的生產力增益和錯誤成本時,通常會獲得更好的結果。

風險與防護欄

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將損壞的流程自動化可能會加劇現有問題。

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團隊可能會過度自動化並消除所需的人工判斷。

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如果不持續評估輸出,品質可能會出現偏差。

實施路線圖

1

繪製目前工作流程並確定摩擦最大的步驟。

繪製目前工作流程並確定摩擦最大的步驟。將每個步驟視為證據門:如果不符合標準,則暫停推出,縮小差距,然後再擴大使用。

2

在完全自動化之前定義人工檢查點。

在完全自動化之前定義人工檢查點。將每個步驟視為證據門:如果不符合標準,則暫停推出,縮小差距,然後再擴大使用。

3

對使用者進行提示、升級路徑和品質標準的訓練。

對使用者進行提示、升級路徑和品質標準的訓練。將每個步驟視為證據門:如果不符合標準,則暫停推出,縮小差距,然後再擴大使用。

4

追蹤任務級結果以確認持續價值。

追蹤任務級結果以確認持續價值。將每個步驟視為證據門:如果不符合標準,則暫停推出,縮小差距,然後再擴大使用。

不斷探索