في موجة الرقمنة الحالية، يتجانس الذكاء الاصطناعي (AI) في كل كون من كيانات الحياة الحضرية بسرعة مذهلة. من أنظمة النقل الذكية التي تحسن تدفق حركة المرور على الطرق الحضرية في الوقت الحقيقي إلى الأمن الذكي الذي يعرف بكفاءة المخاطر المحتملة بمساعدة كاميرات المراقبة الاصطناعية؛ ومن الرعاية الطبية الذكية التي تساعد الأطباء في إجراء تشخيصات دقيقة إلى المنازل الذكية التي توفر للمواطنين تجارب سكنية مريحة ومريحة. مع استمرار توسيع تطبيق الذكاء الاصطناعي في التصميمات الحضرية، تنمو متطلباته من الطاقة بشكل كبير. في ظل هذا الخلفية، يلعب تخزين الطاقة الفوتوفولتائية، كحلول طاقة نظيفة ومستدامة، دورًا حاسمًا في تلبية متطلبات الطاقة المتزايدة للذكاء الاصطناعي.
ميل استهلاك الطاقة المتزايد لتصميم الذكاء الاصطناعي في المدن
يتركز جوهر تقنية الذكاء الاصطناعي في خوارزميات معقدة ومعالجة بيانات واسعة النطاق، وهي عملية تعتمد على قدرات حسابية قوية. خذ المراكز البيانات على سبيل المثال. كبنية أساسية رئيسية للعملية الاصطناعية، تحتاج مجموعات السيرفرات في المراكز البيانات إلى العمل على مدار الساعة للخزن والتحليل والعمليات على البيانات. وفقًا للإحصائيات، زاد استهلاك الطاقة للمراكز البيانات على الصعيد العالمي عدة مرات في العقد الماضي، ومن المتوقع أن يستمر في الارتفاع بمعدل 10٪ -20٪ سنويًا في المستقبل. الشيء نفسه ينطبق على أنظمة النقل الذكية في المدن. يتطلب عدد كبير من كاميرات المرور وأجهزة الاستشعار وأجهزة الحوسبة الطرفية إمدادات طاقة مستمرة لجمع ومعالجة بيانات المرور في الوقت الحقيقي، وذلك لتحقيق التحكم الأمثل في إشارات المرور الذكية وتنظيم تدفق المرور. علاوة على ذلك، مع التقدم العميق في بناء المدينة الذكية، ستتم تجهيز المزيد والمزيد من المرافق الحضرية بمهام الذكاء الاصطناعي. على سبيل المثال، يمكن للمنارات الشارعية الذكية تعديل سطوعها تلقائيًا وفقًا للضوء المحيط ونشاط المشاة، ويمكن للسطلات المهملات الذكية مراقبة سعة النفايات وإخطار بشأن التنظيف في الوقت المناسب. هذه التطبيقات الاصطناعية التي تبدو صغيرة، في ظل التصميم الحضري واسع النطاق، لها استهلاك طاقة تراكمي لا يمكن التقليل من تقديره.
نمط توليد الطاقة لنظام تخزين الطاقة الفوتوفولتائية
تصميم توليد الطاقة الفوتوفولتائية الموزعة
من أجل مواجهة تحديات الطاقة التي يسببها تصميم الذكاء الاصطناعي في المدن، يمكن أن يكون توليد الطاقة الفوتوفولتائية الموزعة حلًا فعالًا. يمكن تركيب عدد كبير من الألواح الفوتوفولتائية على الأسطح والجدران والمساحات الأخرى للمباني الحضرية. يمكن لهذه الألواح الفوتوفولتائية تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء، والتي يمكن استخدامها مباشرة بواسطة الأجهزة الاصطناعية في المباني. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تركيب نظام توليد الطاقة الفوتوفولتائية الموزعة في مباني كبيرة مثل المكاتب والمجمعات التجارية في المدينة إلى تزويد أنظمة الأعمال الذكية والأنظمة الذكية لإدارة الأعمال وما إلى ذلك التي تعمل داخل المباني بالطاقة. من المقدر أنه بالنسبة إلى مبنى تجاري متوسط الحجم، إذا تم استخدام جميع مساحة السطح لتركيب الألواح الفوتوفولتائية، يمكن أن يولد صفرات الآلاف من الكيلووات على الساعة من الكهرباء سنويًا، مما يمكن أن يفي باحتياجات استهلاك الطاقة اليومية لبعض الأجهزة الاصطناعية في المبنى. يمكن أن يقلل نمط توليد الطاقة الموزعة هذا من الخسارة أثناء عملية نقل الطاقة، ويحسن كفاءة استخدام الطاقة، وينقل إمدادات الطاقة بمرونة وفقًا لمتطلبات استهلاك الطاقة للأجهزة الاصطناعية في المبنى.
التعاون بين محطات الطاقة الفوتوفولتائية المركزية وشبكات الطاقة الحضرية
يمكن بناء محطات الطاقة الفوتوفولتائية المركزية في المناطق المحيطة بالمدينة. تستفيد هذه المحطات الفوتوفولتائية على نطاق واسع من موارد الأراضي الواسعة وتركيب مصفوفات فوتوفولتائية واسعة النطاق، والتي يمكن أن تولد كمية كبيرة من الكهرباء. يمكن توصيل الكهرباء التي تولدها محطات الطاقة الفوتوفولتائية المركزية بشبكة الطاقة الحضرية والعمل بالتعاون مع الشبكة لتقديم دعم طاقة مستقر للأجهزة الاصطناعية في كل أنحاء المدينة. عندما يكون توليد الطاقة في محطة الطاقة الفوتوفولتائية كافٍ، يمكن تخزين الكهرباء الزائدة في مرافق تخزين الطاقة للشبكة لاستخدامها خلال فترات الذروة في استهلاك الطاقة للذكاء الاصطناعي. على سبيل المثال، يمكن أن يكون لمحطة طاقة فوتوفولتائية واسعة النطاق بناية في ضواحي المدينة قدرة توليد عدة ميجاوات أو حتى عشرات الميجاوات. يتم نقل الكهرباء إلى شبكة الطاقة الحضرية عبر خطوط نقل عالية الجهد، ثم تقوم الشبكة بتوزيع الطاقة على مناطق مختلفة في المدينة، مما يوفر ضمانات طاقة لمناطق التطبيقات المكثفة بالذكاء الاصطناعي مثل المراكز البيانات ومحطات النقل الذكية.
الدور الرئيسي لمرحلة تخزين الطاقة في استقرار إمدادات الطاقة للذكاء الاصطناعي
التعامل مع الانقطاع في توليد الطاقة الفوتوفولتائية
يتأثر توليد الطاقة الفوتوفولتائية بعوامل مثل الطقس والنهار والليل، ويكون له انقطاع واضح. عندما يكون أشعة الشمس كافية خلال النهار، يمكن للألواح الفوتوفولتائية توليد كهرباء بكفاءة، ولكن في الليل أو في الأيام المصفرة، سينخفض إنتاج الطاقة بشكل كبير أو حتى يتوقف. وتتطلب الأجهزة الاصطناعية إمدادات طاقة مستمرة ومستقرة. في هذا الوقت، يلعب نظام تخزين الطاقة دورًا رئيسيًا. يمكن لبطاريات تخزين الطاقة تخزين الكهرباء الزائدة عندما يكون إنتاج الطاقة الفوتوفولتائية مفرطًا؛ عندما يكون إنتاج الطاقة الفوتوفولتائية غير كافٍ أو لا يمكنه توليد كهرباء، فإنها تطلق الكهرباء المخزنة لضمان تشغيل الأجهزة الاصطناعية بشكل طبيعي. باختيار نظام المراقبة الأمنية الذكية في المدينة على سبيل المثال، يحتاج هذا النظام إلى العمل باستمرار لمدة 24 ساعة. يمكن لنظام تخزين الطاقة الشحن عندما تكون طاقة الفوتوفولتائية كافية خلال النهار وتزويد كاميرات المراقبة وأجهزة تحليل الصور الاصطناعية في الخلفية بالطاقة في الليل عندما لا يكون هناك ضوء، مما يضمن استمرارية المراقبة الأمنية والتنفيذ الفعال لوظيفة الأمن الاصطناعي.
تقليل الذروة وتعبئة الوديان لضمان استهلاك طاقة مستقر
يختلف طلب استهلاك الطاقة للذكاء الاصطناعي في المدينة بشكل كبير في أوقات مختلفة. على سبيل المثال، خلال النهار في أيام العمل، يكون طلب استهلاك الطاقة للأجهزة الاصطناعية في المراكز البيانات ومباني المكاتب المؤسسية مرتفعًا، بينما يكون منخفضًا نسبيًا في الليل. يمكن لنظام تخزين الطاقة الاستفادة من الفرق بين الذروة والوديان في أسعار الكهرباء. خلال فترات استهلاك الطاقة المنخفضة، مثل وقت الفجر، فإنه يخزن الكهرباء الفوتوفولتائية المنخفضة التكلفة؛ خلال فترات الذروة في استهلاك الطاقة، يطلق الكهرباء المخزنة لتلبية احتياجات استهلاك الطاقة للأجهزة الاصطناعية، مما يقلل من تكلفة استهلاك الطاقة. في الوقت نفسه، من خلال هذه الطريقة لتقليل الذروة وتعبئة الوديان، يمكن تخفيف ضغط إمدادات الطاقة لشبكة الطاقة الحضرية خلال فترات الذروة في استهلاك الطاقة وضمان استقرار استهلاك الطاقة للذكاء الاصطناعي. على سبيل المثال، يمكن تجهيز المراكز البيانات الكبيرة بنظم تخزين الطاقة. تخزن الكهرباء الفوتوفولتائية عندما تكون أسعار الكهرباء منخفضة في الليل وتستخدم نظام تخزين الطاقة لتزويد الطاقة خلال فترة الذروة في استهلاك الطاقة في النهار، مما يقلل من الاعتماد على شبكة الطاقة خلال الفترات الذرورية. هذا لا يقلل من تكلفة تشغيل مركز البيانات فحسب، بل يعزز أيضًا موثوقية إمدادات الطاقة.
يوفر تخزين الطاقة الفوتوفولتائية ضمانًا طويل الأجل للطاقة لتمديد تصميم الذكاء الاصطناعي
مع استمرار توسيع تصميم الذكاء الاصطناعي في المدن، تُطرح متطلبات أعلى لإمدادات الطاقة المستقرة على المدى الطويل. يمكن لنظام تخزين الطاقة الفوتوفولتائية، نظرًا لخصائصه المتجددة والمستدامة، تقديم احتياطية طاقة قوية للتنمية في الذكاء الاصطناعي. من ناحية أخرى، فإن الطاقة الشمسية، كمصدر طاقة نظيف لا ينفد ويمكن تجديده، طالما أن هناك أشعة شمسية، يمكن للألواح الفوتوفولتائية توليد كهرباء بشكل مستمر، مما يوفر مصدرًا مستقرًا للطاقة لاحتياجات استهلاك الطاقة على المدى الطويل للذكاء الاصطناعي. من ناحية أخرى، مع التقدم المستمر في تكنولوجيا تخزين الطاقة، مثل البحث والتطوير وتطبيق مواد البطاريات الجديدة، فإن قدرة تخزين الطاقة وكفاءة الشحن والتفريغ لنظام تخزين الطاقة تتحسن باستمرار، وتقل التكلفة تدريجيًا، مما يمكن أن يلبي بشكل أفضل احتياجات استهلاك الطاقة على نطاق واسع للذكاء الاصطناعي. على المدى الطويل، يمكن أن لا يحل الجمع بين نظام تخزين الطاقة الفوتوفولتائية والذكاء الاصطناعي مشاكل استهلاك الطاقة الحالية للذكاء الاصطناعي في التصميمات الحضرية فحسب، بل يوفر أيضًا ضمانات طاقة موثوقة للتنمية العميقة للمدن الذكية في المستقبل وتنفيذ المزيد من التطبيقات الاصطناعية المبتكرة، مما يساعد المدن على التقدم نحو اتجاه أكثر ذكاءًا وخضرة.