德國利用機器學(xué)習(xí)推動可再生能源革命

如今，諸如風(fēng)力等可再生能源為德國提供了約三分之一的電力。圖片來源：Julian Stratenschulte

一排排高聳的風(fēng)力發(fā)電機和眾多閃亮的太陽能電池板遍及德國大地。這一景觀象征著該國正在轉(zhuǎn)向非核、低碳能源。不過，盡管德國是全球可再生能源的典型代表，但它的電網(wǎng)尚無法應(yīng)對風(fēng)力和太陽能發(fā)電不穩(wěn)定的特性。

今年6月，德國的氣象學(xué)家、工程師和電力公司開始測試大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)能否讓這些電力能源變得對電網(wǎng)更加“友好”。

“為了更加高效地運行電網(wǎng)并使化石燃料儲備維持在最低限度，運營商需要更好地了解任何既定時間內(nèi)預(yù)計消耗多少風(fēng)力和太陽能發(fā)電。”弗勞恩霍夫風(fēng)能及能源系統(tǒng)技術(shù)研究所物理學(xué)家、EWeLiNE 項目負(fù)責(zé)人Malte Siefert表示。

德國的風(fēng)力發(fā)電能力在4.5萬兆瓦左右，僅次于中國和美國，位居世界第三。同時，該國的太陽能發(fā)電能力僅次于中國。不過，德國轉(zhuǎn)向新能源的步幅及雄心是無可比擬的。目前，可再生能源提供了約三分之一的家庭用電，而政府承諾，到2050年，該國至少80%的電力將來自可再生能源。

麻煩在于，在平靜和多云的日子里，電網(wǎng)運營商仍需要請求傳統(tǒng)發(fā)電站滿足預(yù)期的需求。而在陽光和風(fēng)力異常充足的天氣，它們必須即刻命令燃煤和天然氣發(fā)電站減少電力輸出，以免電力的涌入“堵塞”電網(wǎng)并增加斷電風(fēng)險。

標(biāo)準(zhǔn)的天氣模型能預(yù)測特定地區(qū)風(fēng)暴和鋒面過境天氣的強度及到達(dá)時間。不過，它們無法預(yù)測渦輪中心處的風(fēng)力強度，而這決定了渦輪將產(chǎn)生多少電力。耗資700萬歐元的EWeLiNE項目包括3家主要電力運營商——50Hertz、Amprion和 TenneT，并且得到聯(lián)邦經(jīng)濟事務(wù)和能源部的資助。該項目于2012年啟動，專門針對電力運營商的需求提供負(fù)荷預(yù)報。

大多數(shù)風(fēng)力渦輪機裝有測量中心處風(fēng)速的設(shè)備，一些太陽能電池板則含有針對陽光強度的傳感器。EWeLiNE將這些數(shù)據(jù)同來自地面氣象站、雷達(dá)和衛(wèi)星的其他大氣觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合，同時復(fù)雜的計算機模型能預(yù)測未來48小時內(nèi)的發(fā)電量。該團(tuán)隊將這些電力預(yù)測同實際情況進(jìn)行核對，隨后機器學(xué)習(xí)會改進(jìn)預(yù)測模型。

從上個月起，EWeLiNE研究人員開始利用整個德國的太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機數(shù)據(jù)測試該系統(tǒng)。