تحول دیجیتال و بهینه سازی مصرف انرژی

• مقدمه

دیجیتالی سازی برای بهره وری انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای  در بسیاری از کشورها و شرکتها و موسسات بزرگ و کوچک به موضوعی برای امروز و نه فردا تبدیل شده است .زیرا این فناوری ها تاثیرات مهمی در این ارتباط دارند .

برای مثال اگر بخواهیم به برخی از آنها اشاره کنیم شاهد هستیم که امروزه فرآیندهای انرژی بر سیستم‌های مدیریت داده پیچیده ای را در کل زنجیره تامین  بکار می گیرند و برای تصمیم‌گیری ‌های مختلفی را بر اساس آنها انجام می دهند .

این فناوری و مدیریت آن زیربنای شناسایی استراتژی ‌های جدید برای دستیابی به کاهش مصرف و نیزگازهای گلخانه‌ای و کاهش گرمایش زمین است، که به پایداری و افزایش کارایی و بهبود رقابت می انجامد . اگر در یک گستره ی بزرگتر به انواع فناوری های دیجیتالی و مربوط به تحول دیجیتال بیندیشیم این موضوع کاملتر و یکپارچه تر عمل می کند و اثراتش بشدت افزایش می یابد.

پس بنابراین رویکرد ها می توان اذعان داشت که دیجیتالی‌سازی و تحول دیجیتال در سیستمهای تولیدی و خدماتی دارای پتانسیل تغییر روش‌های کسب‌وکار در صنایع انرژی‌بر می باشد . درکشورمان چند صنعت بزرگ در این زمینه اقداماتی راآغاز نموده اند . برای مثال در صنعت فولاد . در این صنعت و نیز صنایع ریخته گری و سیمان و موارد دیگری  فرصت قابل توجهی برای توسعه کاربردی انواع فناوری های دیجیتال  برای اهداف کاهش مصرف انرژی و پایداری وجود دارد که در راس آنها کار با داده ها می باشد.

ظهور اینترنت اشیا، صنعتی در کنار کار با داده ها  که تقریباً هر صنعتی را به اینترنت متصل می کند، حجم عظیمی از داده ها را در اختیار اکوسیستم های مختلف قرار می دهند که می توانند برای مدیریت بهره وری انرژی، بکار گرفته شوند.

• اتحادیه اروپا و تحول دیجیتال بخش انرژی

دیجیتالی شدن

فناوری های دیجیتال جامعه و اقتصاد ما را متحول کرده است و همه ما را در زندگی روزمره در خانه یا محل کار تحت تاثیر قرار داده است. در زمانی که در حال تولید مقادیر فزاینده ای از داده ها هستیم، حتی می توانیم آن را یکی از محرک هایی در نظر بگیریم که می تواند در کنار بهره وری انرژی، منابع انرژی تجدیدپذیر یا همگرایی انرژی انتقال انرژی را تامین کند.

داده ها ذاتاً با دو اولویت سیاسی اصلی کمیسیون اروپا، انتقال دیجیتالی اقتصاد و جامعه اتحادیه اروپا و انتقال انرژی پاک تحت عنوان قرارداد سبز اروپا، مرتبط هستند. در حالی که پیوند با تحول دیجیتال واضح و آشکار است، نقشی که دیجیتالی شدن می‌تواند در دستیابی به اهداف بلندمدت ما برای خنثی‌سازی آب‌وهوا تا سال 2050 ایفا کند، شاید کمتر مشهود باشد، اما از اهمیت کمتری برخوردار نیست.

دیجیتالی شدن و به اشتراک گذاری داده ها

وقتی از دیجیتالی شدن صحبت می کنیم، منظورمان چیزهای زیادی است. اینها شامل هوش مصنوعی (AI)، پردازش داده‌های پیشرفته، اینترنت اشیا (IoT)، یادگیری ماشینی، و غیره می‌شود. این فناوری‌های جدید امکانات عمده‌ای را برای بهبود کارایی و مدیریت پیچیدگی سیستم انرژی در تمام بخش‌های زنجیره تامین، از برنامه‌ریزی، بهره‌برداری و نگهداری زیرساخت، از طریق تولید و انتقال انرژی تا مصرف انرژی ارائه می‌دهند.

از آنجایی که سیستم انرژی ما کربن زدایی و غیرمتمرکزتر می شود، دیجیتالی شدن آن باید مطابق با آخرین راه حل های فناوری باشد. داده ها باید از مکانی به مکان دیگر منتقل شوند، برای مثال از یک مرکز داده به خانه های ما، یا از باتری ماشین به نقطه شارژ و اپراتور شبکه برق. انتقال چنین داده‌هایی به یک شبکه امن و ایمن و همچنین بستری برای تبادل یکپارچه بین طرف‌های مختلف درگیر نیاز دارد.

به اشتراک گذاری داده ها همچنین می تواند در زمینه هایی مانند ارزیابی عملکرد انرژی، استراتژی های نوسازی یا در طراحی، برنامه ریزی و اجرای طرح های اقدام انرژی پایدار و اقلیم توسط مقامات محلی و منطقه ای کمک کند.

آسان‌تر کردن اشتراک‌گذاری داده‌ها – بر اساس قوانین روشن در مورد اینکه چه کسی، چه زمانی و چگونه می‌تواند به داده‌ها دسترسی داشته باشد – یک بخش از یک سیستم برای فضای مشترک داده انرژی اروپا خواهد بود. این امر تبادل و استفاده از داده ها را در بخش انرژی به نفع چندین بازیگر در سیستم انرژی مانند تامین کنندگان، اپراتورهای زیرساخت، ارائه دهندگان سیستم انرژی و مصرف کنندگان افزایش می دهد.

نوآوری مبتنی بر داده

مصرف کنندگان برای سیستم انرژی ما نقطه مرکزی هستند. راه‌حل‌های دیجیتال می‌توانند ابزارهایی را در اختیار آنها بگذارند تا به شرکت‌کنندگان فعال در بازار انرژی، تبدیل شوند. برای مثال، دیجیتالی‌سازی، راه‌اندازی تعاونی‌ها، سرمایه‌گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر، مشارکت در جوامع محلی انرژی و تبادل برق از طریق پلت‌فرم‌های همتا به همتا را برای آنها آسان‌تر می‌کند و به انعطاف‌پذیری کلی سیستم برق فردا کمک می‌کند.

در عین حال، ایجاد خدمات نوآورانه ای را که بیشتر متناسب با نیازهای مصرف کننده است، امکان پذیر می کند. بنابراین، نوآوری مبتنی بر داده یک عنصر کلیدی برای دستیابی به اهداف انرژی و اقلیم تعیین شده در قرارداد سبز اروپا است.

راه‌حل‌های دیجیتال تاثیرگذار مانند بلاک چین، اشکال جدیدی از تراکنش‌های دیجیتال را در صنعت مالی و فراتر از آن باز کرده است. به همین ترتیب، فناوری‌های بلاک چین می‌توانند طیف گسترده‌ای از فرصت‌های جدید را در بخش انرژی فراهم کنند، به عنوان مثال با پاداش دادن به انعطاف‌پذیری در مصرف برق باتری‌ها در خودروهای الکتریکی. این فقط تئوری نیست: یک پروژه آزمایشی با شرکت انرژی سبز هلندی Vandebron به دارندگان خودروهای برقی این فرصت را می‌دهد تا با برق اضافی باتری‌های خودروی خود در تعادل شبکه سهیم باشند.

دیجیتالی شدن امنیت سایبری

در عین حال، دیجیتالی شدن آسیب‌پذیری‌های جدیدی در بخش انرژی ایجاد می‌کند. امنیت سایبری و دیجیتالی شدن دو روی یک سکه هستند.تبادل داده فقط در یک محیط امن امکان پذیر است، زیرا اطلاعات ارسال شده از طریق اینترنت برای تامین نیازهای روزانه ما حساس و ضروری است. به این ترتیب، در دوران مدرن، تضمین امنیت عرضه در حال حاضر نیز مستلزم بهبود انعطاف پذیری ما در برابر هرگونه حمله سایبری هماهنگی است که زیرساخت انرژی اروپا را هدف قرار می دهد. به همین دلیل است که کمیسیون اروپا با ذینفعان روی قوانینی کار می کند تا اطمینان حاصل کند که بالاترین استانداردهای امنیت سایبری در شبکه برق اروپا اعمال می شود.

جنبه دیگری که نباید نادیده گرفته شود تأثیر دیجیتالی شدن بر اقلیم است. ما باید آگاه باشیم که بخش فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT)، مراکز داده و از همه مهم‌تر، ترافیک اینترنتی جهانی و دائماً در حال رشد تأثیر شدیدی بر آب و هوا دارد. آژانس بین المللی انرژی (IEA) در گزارش اخیر خود اعلام کرده است که مراکز داده یک درصد از تقاضای جهانی برق را تشکیل می دهند. در سال 2020، این معادل 200-250 تراوات ساعت بود. همان گزارش اعلام می کند که تقاضا برای چنین خدماتی به دلیل پخش ویدئو و بازی که پیش بینی می شود 87 درصد از ترافیک اینترنت مصرف کننده در سال 2022 را تشکیل دهد، همچنان رو به رشد خواهد بود.

طرح اقدام جدید اتحادیه اروپا

کمیسیون اروپا در حال حاضر در حال آماده سازی یک برنامه اقدام دیجیتالی شدن انرژی برای رسیدگی به همه این نکات است. برنامه اقدام، که برای انتشار در ژوئن 2022 برنامه ریزی شده است، یکی از ابتکارات کلیدی برای تسریع اجرای فناوری های دیجیتال در سیستم انرژی خواهد بود، همانطور که در استراتژی یکپارچه سازی سیستم انرژی اتحادیه اروپا برجسته شده است. هدف آن تأکید بر آنچه می‌توان از نظر فعالیت‌های قانونی و غیرقانونی برای رسیدگی به این چالش‌ها انجام داد، و به‌ویژه اینکه آیا این چالش‌ها در سطح اتحادیه اروپا بهتر ، در سطح ملی، یا حتی حوزه قضایی محلی پرداخته می‌شوند.

• بهره وری انرژی و دیجیتالی شدن از دیدگاه انجمن بین المللی انرژی :

بهره وری انرژی در حال تغییر است، این امر با فناوری های دیجیتال جدید که امکان کنترل، بهینه سازی و تجزیه و تحلیل بیشتر را فراهم می کند.

دیجیتالی شدن کاربرد رو به رشد فناوری اطلاعات و ارتباطات در سراسر اقتصاد را توصیف می کند که منجر به افزایش حجم داده ها، پیشرفت سریع در تجزیه و تحلیل پیشرفته و اتصال بیشتر بین انسان ها، دستگاه ها و ماشین ها (از جمله ماشین به ماشین) می شود.

از حسگرها در مخازن نفت و گاز گرفته تا ظهور وسایل نقلیه خودکار، دیجیتالی شدن پیامدهای مهمی برای نحوه تولید و مصرف انرژی در جهان دارد.

تاثیر دیجیتالی شدن بر روی تقاضا پیچیده است. از یک طرف، دستگاه های دیجیتال به طور بالقوه پیشرفت های زیادی در بهره وری انرژی برای بخش های حمل و نقل، ساختمان ها و صنعت ارائه می دهند. از سوی دیگر، رواج دستگاه ‌های بیشتر – و سرورهایی که داده‌هایی را که تولید می‌کنند در خود جای می‌دهند – می‌تواند باعث افزایش میزان مصرف انرژی شود، اگر به دقت مدیریت نشود.

با این حال، بعید است روند دیجیتالی شدن متوقف شود. چالش کلیدی برای سیاستگذاران این است که آن را به گونه ای هدایت کنند که منافع را برای سیستم انرژی به حداکثر برساند و اثرات منفی را به حداقل برساند.

با در نظر گرفتن این موضوع، IEA یک ابتکار بین سازمانی را برای بررسی پتانسیل دیجیتالی سازی برای افزایش کارایی انرژی و ارائه توصیه هایی برای سیاست گذاران راه اندازی کرده است.

دیجیتالی شدن سیستم انرژی جهانی را با تأثیرات عمیق بر تقاضا و عرضه انرژی متحول می کند.

دیجیتالی شدن پتانسیل افزایش بهره وری انرژی را از طریق فناوری هایی ارائه می دهد که داده ها را قبل از استفاده از آنها برای ایجاد تغییرات در محیط فیزیکی (به طور خودکار یا از طریق مداخله انسانی) جمع آوری و تجزیه و تحلیل می کند.

فن‌آوری‌های جمع‌آوری داده‌ها مانند سنسورها و کنتورهای هوشمند داده‌های مصرف انرژی و سایر شرایط مؤثر بر مصرف انرژی (مانند آب و هوا) را جمع‌آوری می‌کنند. داده ها از طریق فناوری های تجزیه و تحلیل داده ها مانند الگوریتم های هوش مصنوعی به اطلاعات مفید پردازش می شوند. در نهایت، اطلاعات پردازش شده به دستگاه هایی ارسال می شود که می توانند تغییرات فیزیکی را برای بهینه سازی مصرف انرژی اعمال کنند. برخی از دستگاه‌ها برای بهینه‌سازی مصرف انرژی به اقدامات انسانی نیاز دارند: به عنوان مثال، یک برنامه تلفن هوشمند می‌تواند مسیری کارآمد برای کار را پیشنهاد کند، اما مسافر باید به این توصیه عمل کند. سایر دستگاه‌ها می‌توانند به صورت مستقل‌تر کارایی انرژی را بهینه کنند: به عنوان مثال، سوئیچ‌ها در سیستم خنک‌کننده ساختمان یا روبات‌ها در یک خط تولید.

چگونه دیجیتالی شدن می تواند کارایی را از طریق ترکیبی از فناوری ها بهبود بخشد؟

فن آوری های دیجیتال در حال حاضر به طور گسترده در تمام بخش های مصرف نهایی انرژی استفاده می شود. ساختمان های مسکونی و تجاری بیشتر و بیشتر به وسایل هوشمند و سیستم های مدیریت انرژی هوشمند مجهز می شوند. در بخش صنعت، روباتیک پیشرفته و چاپ سه بعدی در حال تبدیل شدن به یک روش استاندارد هستند. تعامل بین تحرک خودکار، متصل، الکتریکی و مشترک (ACES) مصرف انرژی آینده در بخش حمل و نقل را شکل خواهد داد.

فن‌آوری‌های دیجیتال پتانسیل بهینه‌سازی انرژی مورد استفاده برای بسیاری از فعالیت‌های مصرف‌کننده انرژی را دارند: از ساخت یک محصول صنعتی گرفته تا خنک کردن خانه. این نشان دهنده افزایش بهره وری انرژی است که به طور سنتی تعریف می شود: کاهش انرژی مصرف شده در هر واحد فعالیت. افزایش بهره وری مصرف نهایی همچنان یک عنصر حیاتی در انتقال انرژی در سطح جهان است و مزایایی هم در اقتصادهای توسعه یافته و هم در اقتصادهای نوظهور دارد.

با این حال، مزایای اتصال دیجیتالی شدن به فناوری‌های دیجیتال امکان می‌دهد هم کارایی مصرف نهایی و هم کارایی کل سیستم انرژی را افزایش دهند.

سیستم‌های انرژی جهان دستخوش دگرگونی عظیمی هستند: انرژی‌های تجدیدپذیر متمرکز و غیرمتمرکز همچنان به شبکه اضافه می‌شوند، سهم برق‌رسانی مصرف انرژی در حال افزایش است، در حالی که «مصرف‌کنندگان» (افرادی که  مصرف‌کننده انرژی هستند نیز تولید می‌کنند) در حال ظهور هستند. در این زمینه، انعطاف‌پذیری طرف تقاضا برای اطمینان از کارآمدترین سیستم انرژی، با تامین انرژی در مواقع مورد نیاز و مصرف در زمانی که در دسترس است، اهمیت فزاینده‌ای دارد.

دیجیتالی شدن ساختمان‌ها، وسایل نقلیه و تأسیسات صنعتی «هوشمند» را قادر می‌سازد تا منابع جدیدی از بار انعطاف‌پذیر را برای سیستم انرژی فراهم کنند، که می‌تواند به کاهش انرژی‌های تجدیدپذیر در سمت عرضه و حمایت از جوامع برای مصرف انرژی تولید شده توسط خود یعنی، «پشت کنتور» کمک کند. با انرژی های تجدیدپذیر بیشتر در سیستم، و تمرکز مصرف بیشتر جامعه بر آن، نتیجه نهایی ، به لطف کاهش تلفات مرتبط با تولید و توزیع انرژی ، یک سیستم انرژی کارآمدتر است.

قدرت فن‌آوری‌های دیجیتال برای بهبود کارایی مصرف نهایی و بهره‌وری سیستم، در نهایت از طریق سرمایه‌گذاری اجتناب‌شده در زیرساخت‌های انرژی (مانند نیروگاه نقطه اوج بار)، ادغام بهبود یافته انرژی‌های تجدیدپذیر، و افزایش امنیت انرژی، از جمله تأثیرات دیگر، به نفع کل سیستم انرژی است.

چگونه دیجیتالی شدن به طور بالقوه مفاهیم سنتی را در مورد بهره وری انرژی و انعطاف پذیری سمت تقاضا تغییر می دهد؟

با ارائه مزایای استفاده نهایی و بهره وری سیستم، دیجیتالی شدن همچنین ما را وادار می کند تا این تصور را که کارایی انرژی و پاسخ تقاضا جدا هستند یا در تضاد هستند، دوباره بررسی کنیم. دیجیتالی شدن نشان می دهد که یک چشم انداز کل نگر و کل سیستم از بهره وری انرژی مورد نیاز است، که هم کارایی مصرف نهایی سنتی و هم انعطاف پذیری سمت تقاضا را در بر می گیرد.

آژانس بین المللی انرژی یک ابتکار بین سازمانی را برای بررسی تأثیرات بالقوه دیجیتالی شدن بر کارایی انرژی و پیامدهای آن برای سیاست گذاران راه اندازی کرده است. ما به دنبال این هستیم که چگونه فن‌آوری‌های دیجیتال کنترل، بهینه‌سازی و تجزیه و تحلیل بیشتری را امکان‌پذیر می‌سازند، و چگونه این امر به نوبه خود باعث می‌شود استفاده نهایی و کارایی سیستم‌ها بیشتر شود، به‌ویژه زمانی که با چارچوب‌های خط‌مشی مناسب و مدل‌های تجاری نوآورانه ترکیب شود.

آژانس بین المللی انرژی در حال ردیابی روندهای نوظهور در استفاده از فناوری دیجیتال برای ایجاد دستاوردهای بیشتر در بهره وری انرژی، از جمله سیستم های مدیریت انرژی فعال (EMS)، پلت فرم های تعامل مصرف کننده مبتنی بر داده، و مدل های درآمدی جدید مبتنی بر عملکرد است. اینها نه تنها از نظر بهبود عملکرد انرژی در بخش‌های خاص و مصارف نهایی، بلکه در زمینه سیستم انرژی گسترده‌تر (به عنوان مثال، در تعادل عرضه و تقاضا در شبکه‌های برق مدرن) ارزش ایجاد می‌کنند.

• نتیجه گیری
• نوآوری باز از الزامات موفقیت هر سیستم بهینه سازی انرژی است
• این نوآوری در همه مراحل بر مبنای نوآوری مبتنی بر داده شکل می گیرد
• نوآوری مبتنی بر داده به امنیت سایبری وابسته است
• در سیستمهای مدیریت انرژی یکپارچگی آن از اهمیت خاص برخوردار است .
• سیستمهای مدیریت انرژی از تنوع فناوری ها در راستای افزایش سهم انرژی های تجدید پذیر تبعیت می کنند.
• هدف نهایی افزایش کارایی انرژی در جهت کاهش شدت مصرف و الودگی کمتر است.
• چنین اهدافی در بستر پلتفرمهایی انجام می شوند که کل اکوسیستم را مدیریت نمایند .