人工智能在節(jié)能領(lǐng)域的發(fā)展

郭福洲

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，湖北 黃岡 438000）

0 引言

人類在發(fā)展過程中持續(xù)不斷的消耗能源，近幾年的能源消耗速度加快，非可再生能源消耗導(dǎo)致全球氣候發(fā)生變化，如何找到節(jié)能的方法，使人類走可持續(xù)發(fā)展步伐是社會關(guān)注的重點問題?，F(xiàn)階段，各種節(jié)能措施在市場上出現(xiàn)，在建筑物建設(shè)過程中通過空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，有利于提升能源利用率。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，作為模擬人體大腦的學(xué)科，被廣泛應(yīng)用于各個場景。人工智能在空調(diào)領(lǐng)域及油田領(lǐng)域、鐵路車輛領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，節(jié)能效果顯著，為人工智能在節(jié)能領(lǐng)域的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

1 人工智能在數(shù)字油田中的應(yīng)用

感知層單井儀表中包括RTU設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（DTU）、無線壓力等數(shù)字化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，采集的參數(shù)包括電壓、電流及功率、功圖數(shù)據(jù)等，此類數(shù)據(jù)通過傳感器設(shè)備傳輸，自組網(wǎng)中傳輸?shù)絉TU，其將數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計打包后，上傳到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層。傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絉TU也被稱之為下行網(wǎng)絡(luò)，而打包上傳則是上行網(wǎng)絡(luò)。

①AI人工智能集成發(fā)展：目前，單井?dāng)?shù)字化已經(jīng)將部分產(chǎn)品功能融合，比如，RTU功能及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、電參功能等。智能化電參在測量電動機運轉(zhuǎn)參數(shù)及數(shù)據(jù)采集過程中，載荷位移傳感器可以采集數(shù)據(jù)及圖畫，壓力變送器可以采集油套管的相關(guān)數(shù)據(jù)。在產(chǎn)品安裝及調(diào)試過程中，每年會投入大量的人力及物力、設(shè)備，在荷載調(diào)試更換及使用吊裝過程中工序較為復(fù)雜，伴隨IA智能技術(shù)發(fā)展，算法不斷升級，通過智能電參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)功圖，對井況判斷及液量統(tǒng)計上取得顯著的成果。

②AI人工智能節(jié)能油井建設(shè)：現(xiàn)階段的智能電參主要是測量數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳，后期數(shù)據(jù)分析工作則是服務(wù)器進(jìn)行處理，隨著油井?dāng)?shù)量持續(xù)增多，后臺數(shù)據(jù)庫的壓力隨之增加，網(wǎng)絡(luò)擁堵及龐大的數(shù)據(jù)內(nèi)容均會對服務(wù)器儲存產(chǎn)生影響，也容易發(fā)生網(wǎng)絡(luò)延時。AI智能電參出現(xiàn)后，部分服務(wù)器實現(xiàn)工作本地化目標(biāo)，產(chǎn)量分析及油井狀態(tài)分離，AI智能電參通過智能油井分析方法，為數(shù)據(jù)調(diào)查及統(tǒng)計工作的順利進(jìn)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

AI智能節(jié)能油井使單井分析轉(zhuǎn)為本地化，通過AI智能電參數(shù)據(jù)，利用計算功能，達(dá)到工況數(shù)據(jù)分析目標(biāo)，在診斷及控制過程中，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，從而實現(xiàn)單井智能控制，降低能源消耗。單井是否使用變頻器，AI智能電參可以直接進(jìn)行通信，對電動機參數(shù)進(jìn)行測量，在強大的計算機能力下，分析及診斷工況，對電流平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)、合理把控電能消耗。在智能技術(shù)使用中，也能實現(xiàn)液動面計算及產(chǎn)量計算、工況調(diào)整及電參數(shù)轉(zhuǎn)功圖，保證油井最大化及節(jié)能化運行。AI在線診斷技術(shù)，將抽油井?dāng)鄺U及卡泵問題處理，通過數(shù)據(jù)分析及診斷達(dá)到單井智能化控制的目的，建設(shè)起AI節(jié)能化油井。將智能電參作為電力節(jié)能的典型設(shè)備，我國部分有點在使用該設(shè)備后，功率因數(shù)提升，無功消耗降低，達(dá)到理想的節(jié)電控制目標(biāo)。通過數(shù)據(jù)對比分析后，安裝智能電參，有利于調(diào)節(jié)電動機動態(tài)平衡，達(dá)到電流平衡及功率平衡的目的，最終節(jié)能電力能源。

2 人工智能在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

現(xiàn)代大型空調(diào)系統(tǒng)中的設(shè)備豐富，包括空調(diào)機組、溫濕度傳感器、送風(fēng)機組、空調(diào)控制器。中央空調(diào)將房間信號采集，獲得空氣狀態(tài)，將溫度作為基本量，計算建筑物各個房間的送風(fēng)量，對總風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，為每個房間提供差異化的送風(fēng)需求，達(dá)到降低能耗的目的。伴隨著智能化技術(shù)發(fā)展，大型建筑中房屋溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)融合智能化設(shè)備，使用單回路閉環(huán)控制外，現(xiàn)代中央空調(diào)結(jié)合嵌入控制系統(tǒng)及勻速控制系統(tǒng)，控制的內(nèi)容更為復(fù)雜。為便于研究，本文對空調(diào)控制房間面積及控制方式進(jìn)行重新調(diào)整，將集中控制作為基礎(chǔ)，在調(diào)控過程中，先將戶外的新鮮空氣進(jìn)入防塵網(wǎng)，隨后空調(diào)箱與二次回風(fēng)結(jié)合，進(jìn)入加熱器、消聲器等，最終進(jìn)入室內(nèi)（見圖1）。

圖1 空氣流程圖

潮濕是空氣舒適性的一項重要參數(shù)，在冷熱控制過程中，空調(diào)控制系統(tǒng)中包括空氣冷卻及風(fēng)機、風(fēng)道冷熱感裝置、兩通轉(zhuǎn)換閥TV等構(gòu)成。在溫度控制中，風(fēng)道溫度傳感器TE檢測風(fēng)道溫度，信號傳遞至溫度調(diào)節(jié)器TC01。該設(shè)備將人們設(shè)定的問題與傳感器TE檢測值進(jìn)行對比，從而獲得控制值，制冷裝置TV完成降溫。從而達(dá)到總體控制目標(biāo)。

對控制方法及空調(diào)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過變頻技術(shù)不斷縮減電力損耗。風(fēng)機通過多頻率變化對風(fēng)速進(jìn)行調(diào)整時，風(fēng)道中的靜壓力也會對系統(tǒng)頻率響應(yīng)情況進(jìn)行改變，達(dá)到閉環(huán)控制目的。新風(fēng)傳送需要多臺風(fēng)機組成，改變風(fēng)力大小進(jìn)行控制，節(jié)能設(shè)計的風(fēng)機組每臺風(fēng)機具有對應(yīng)的控制器，可到達(dá)以下功能。負(fù)荷發(fā)生變化時，根據(jù)預(yù)定的次序進(jìn)行調(diào)整；多個風(fēng)機啟動及停止均應(yīng)當(dāng)遵循負(fù)荷變化規(guī)律。其中的某個機器無法正常工作時，其他機器進(jìn)入工作狀態(tài)，保證工作的穩(wěn)定性。機組中每臺風(fēng)機啟動順序可隨機排列，室外向室內(nèi)輸送冷風(fēng)過程中，空調(diào)制冷需求的能量需重新計算。將人工智能技術(shù)使用后，模仿生物神經(jīng)傳遞機制，完成分析、儲存及檢索等工作內(nèi)容，通過仿真計算及評估后，將結(jié)果與目標(biāo)值的差值反饋，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可通過多種方法實現(xiàn)，目前常見的是傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)智能控制方法。在人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合后，能源利用率提升，空調(diào)智能控制水平提升，為人們生活營造舒適的條件。伴隨人工智能研究更加深入，日后的建筑會朝向智能化及人性化方向發(fā)展。

3 人工智能在鐵路車輛節(jié)能中的應(yīng)用

為最大程度降低系統(tǒng)耗電量，通過鐵道車輛狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)對車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督，可自動提取特征量。在鐵路系統(tǒng)運行中，先指定目標(biāo)變量及說明變量，將每個行駛站系統(tǒng)耗電量作為目標(biāo)變量，對車量運行數(shù)據(jù)伴隨時間變化作為基本變量。通過跳躍學(xué)習(xí)技術(shù)可篩選目標(biāo)，獲得較大的特征量，在鐵路車輛運行過程中，包括運行速度、坡度、運行時間等作為基本變量，特征量可以分為三種類型，包括直接數(shù)值數(shù)據(jù)及字符代碼、單獨特征量，對目標(biāo)變量及特征量相關(guān)性進(jìn)行分析，從而獲得人們無法處理的知識。在操作信息特征量提取過程中，應(yīng)當(dāng)對牽引系統(tǒng)耗電量最高特征值進(jìn)行提取，此類特征量作為最有效特征量，表現(xiàn)出司機操作影響。對鐵路運行系統(tǒng)中的節(jié)能效果進(jìn)行分析，假設(shè)駕駛操作技能提升20%，牽引量降低20%，牽引耗電量及檔位使用時間在3個區(qū)間具有相同性，將4個區(qū)間作為一個整體，每年的耗電量大約會降低14%。

在未來的研究過程中，面對鐵路系統(tǒng)采集的大量數(shù)據(jù)，智能節(jié)能系統(tǒng)的應(yīng)用范圍需進(jìn)一步擴大。在鐵路運行過程中，除系統(tǒng)節(jié)能外，在舒適性上也提出更高的要求。在節(jié)能上除主回路外，也要思考輔助線路的節(jié)能性。鐵路車輛的耗電量受到駕駛技術(shù)的影響較大，期望提取新知識。內(nèi)燃車及電動車運行模式及編組方式不同，可根據(jù)不同車輛的運行方式提出節(jié)能措施。在舒適性上，將控制振動及噪聲作為舒適性對象，獲得車輛舒適性設(shè)計方案，在節(jié)約電量的同時，人們也能獲得更加舒適的體驗感。

4 人工智能在電力智能機房中的應(yīng)用

伴隨人工智能技術(shù)發(fā)展，人工智能+模式在電力機房建設(shè)中應(yīng)用，這也是我國目前電力事業(yè)發(fā)展的重要方向，也是數(shù)據(jù)化及節(jié)能化機房的建設(shè)基礎(chǔ)。電力智能機房在建設(shè)中呈現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展趨勢，自構(gòu)架到功能上進(jìn)行分析，功能較為完備、系統(tǒng)也較為完善。在電力運行需求上，人工智能機房在建設(shè)過程中，涉及采集層及數(shù)據(jù)處理層等，在我國的某個電力智能機房建設(shè)中。

在第一個層級建設(shè)中，主要是建設(shè)采集層，設(shè)備采集層的構(gòu)建，是實現(xiàn)智能系統(tǒng)的關(guān)鍵，為滿足智能功能要安全，在設(shè)計過程中，布置RS485總線模式，具有顯著的優(yōu)勢。設(shè)備采集層能夠快速采集數(shù)據(jù)，具有較強的抗干擾能力，一定程度上保證機房穩(wěn)定運行。數(shù)據(jù)傳輸較為穩(wěn)定，保證復(fù)雜環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸要求。設(shè)備采集層也具有較強的可拓展性，與電力智能機房建設(shè)需求符合，從而滿足不同條件及不同設(shè)備的電力運行需求。

第二個層級主要是數(shù)據(jù)處理，也是智能機房建設(shè)的核心，關(guān)系到遠(yuǎn)程控制工程，也是自動化故障預(yù)警及安全防范的基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)處理過程中，利用RS485接口達(dá)到數(shù)據(jù)處理目標(biāo)，對各個階層的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存及處理，為智能機房環(huán)境控制奠定基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)處理層應(yīng)當(dāng)注意數(shù)據(jù)的兼容性，將各個階段的數(shù)據(jù)有效儲存，將數(shù)據(jù)共享不足的問題處理。在智能化機房建設(shè)中，針對各個階段的問題應(yīng)當(dāng)及時處理，那組智能控制要求，通過智能控制技術(shù)，縮減不必要的電力浪費及紙質(zhì)材料，實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)傳輸管理，通過建設(shè)智能機房，也能達(dá)到管理目標(biāo)。

第三個層級主要是遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)在于實現(xiàn)自動化預(yù)警、故障記錄。在遠(yuǎn)程控制層設(shè)計過程中，通過系統(tǒng)頁面進(jìn)行瀏覽，實現(xiàn)對遠(yuǎn)程設(shè)備的運行狀態(tài)查看，在預(yù)警報告中，建立故障大數(shù)據(jù)，強化故障問題自動化預(yù)警分析，為故障防范及處理工作提供依據(jù)，這也是智能機房建設(shè)的亮點所在。電力機房涉及的領(lǐng)域較為豐富，遠(yuǎn)程控制層關(guān)注系統(tǒng)功能，在遠(yuǎn)程控制及遠(yuǎn)程動態(tài)管理上，提升機房運行控制能力。對此，在電力只能機房建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)將人工智能技術(shù)的價值發(fā)揮，滿足智能機房建設(shè)要求的同時，節(jié)約電力企業(yè)的電力資源及紙質(zhì)資源，實現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)的同時，優(yōu)化過往的機房電力運行模式。

5 人工智能技術(shù)在造紙行業(yè)中的應(yīng)用

紙張是社會生活及工業(yè)中的常見原料，制漿造紙產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)系到我國的服務(wù)業(yè)發(fā)展。制漿造紙材料來自木材，在生產(chǎn)過程中涉及大量的水、電能，制造后形成的黑水對環(huán)境產(chǎn)生巨大的威脅，制漿造紙產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為推動我國綠色可循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。節(jié)能降耗及減排是造紙行業(yè)改革的重點?，F(xiàn)階段的造紙工藝進(jìn)入全新的發(fā)展階段，傳統(tǒng)節(jié)能、降耗手段，包括DCS及FCS無法滿足造紙技術(shù)要求，無法達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。對此，通過人工智能技術(shù)對過往的技術(shù)進(jìn)行升級，有利于為造紙產(chǎn)業(yè)的綠色可循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

造紙行業(yè)在人工智能發(fā)展過程中，主要分為兩個階段，第一個階段是初級階段，該階段通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)運營管理，企業(yè)根據(jù)實際情況，實現(xiàn)整個企業(yè)的數(shù)字化發(fā)展，在該階段發(fā)展中，企業(yè)根據(jù)自身需求對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌管理，提升企業(yè)的運營效率。在高級階段，這是在數(shù)字化技術(shù)基礎(chǔ)上結(jié)合人工智能技術(shù)，實現(xiàn)智能化微平臺建設(shè)，為企業(yè)搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，建設(shè)節(jié)能制造的閉環(huán)，包括生產(chǎn)設(shè)備過程及生產(chǎn)運營決策價值管理，造紙行業(yè)節(jié)能改造的目標(biāo)是實現(xiàn)資源的合理配置，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺關(guān)鍵技術(shù)中，包括六個層面，PaaS通用功能技術(shù)，該技術(shù)自數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)管理及資源調(diào)度等各個方面組成。軟件開發(fā)及工具技術(shù)包括開發(fā)及運維的一體化內(nèi)容，微服務(wù)則是智能服務(wù)，包括服務(wù)通信及服務(wù)發(fā)現(xiàn)兩個部分，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心。信息安全技術(shù)則是數(shù)據(jù)接入保護(hù)及管理的技術(shù)。

在人工智能技術(shù)融入造紙行業(yè)中，使造紙行業(yè)平臺建設(shè)呈現(xiàn)出全新的方向。在智能化平臺中，可以選擇不同紙張的數(shù)據(jù)及規(guī)格，通過智能化技術(shù)實現(xiàn)自動生產(chǎn)，減少企業(yè)的人力資源投入，避免企業(yè)的人力資源大量浪費。我國某造紙企業(yè)使用人工智能技術(shù)后，建立企業(yè)端，具有數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理功能，將采集的數(shù)據(jù)送到計算機模塊中，及時對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，選擇對企業(yè)發(fā)展有益的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)分析后提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，具有良好的質(zhì)量管理功能，將最佳的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給企業(yè)的技術(shù)人員。為實現(xiàn)最佳的生產(chǎn)、數(shù)據(jù)管理目標(biāo)，企業(yè)的智能平臺中，應(yīng)用功能關(guān)系參數(shù)智能傳感器及智能電表，通過云平臺大數(shù)據(jù)技術(shù)對工藝各個環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。通過實時降噪模型，實現(xiàn)生產(chǎn)降噪管理，控制企業(yè)垃圾排放，實現(xiàn)資源的二次利用，為造紙行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展階段，人們的生活質(zhì)量隨之提升。在節(jié)能環(huán)保發(fā)展下，科技節(jié)能進(jìn)入全新的階段，且已經(jīng)成為時代發(fā)展的主題，現(xiàn)階段，各項節(jié)能技術(shù)在市場上廣泛應(yīng)用，取得突破性的成果。伴隨智能化技術(shù)發(fā)展，人們對節(jié)能環(huán)保有更加深刻的認(rèn)識，將智能技術(shù)與環(huán)保融合，進(jìn)一步提升環(huán)保效果，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。在本研究中，針對三個領(lǐng)域的人工智能技術(shù)應(yīng)用展開分析，為未來的各個行業(yè)使用人工智能技術(shù)完成節(jié)能目標(biāo)奠定堅實的基礎(chǔ)。