人工智能在節能領域的發展

郭福洲

（黃岡職業技術學院電子信息工程學院，湖北 黃岡 438000）

0 引言

人類在發展過程中持續不斷的消耗能源，近幾年的能源消耗速度加快，非可再生能源消耗導致全球氣候發生變化，如何找到節能的方法，使人類走可持續發展步伐是社會關注的重點問題?，F階段，各種節能措施在市場上出現，在建筑物建設過程中通過空調系統進行調節，有利于提升能源利用率。人工神經網絡高速發展，應用領域不斷拓展，作為模擬人體大腦的學科，被廣泛應用于各個場景。人工智能在空調領域及油田領域、鐵路車輛領域中廣泛應用，節能效果顯著，為人工智能在節能領域的發展奠定堅實的基礎。

1 人工智能在數字油田中的應用

感知層單井儀表中包括RTU設備及網絡通信設備（DTU）、無線壓力等數字化物聯網設備，采集的參數包括電壓、電流及功率、功圖數據等，此類數據通過傳感器設備傳輸，自組網中傳輸到RTU，其將數據經過統計打包后，上傳到網絡環境中，將數據傳輸到應用層。傳感器將數據傳輸到RTU也被稱之為下行網絡，而打包上傳則是上行網絡。

①AI人工智能集成發展：目前，單井數字化已經將部分產品功能融合，比如，RTU功能及網絡通信設備、電參功能等。智能化電參在測量電動機運轉參數及數據采集過程中，載荷位移傳感器可以采集數據及圖畫，壓力變送器可以采集油套管的相關數據。在產品安裝及調試過程中，每年會投入大量的人力及物力、設備，在荷載調試更換及使用吊裝過程中工序較為復雜，伴隨IA智能技術發展，算法不斷升級，通過智能電參數轉變為數據功圖，對井況判斷及液量統計上取得顯著的成果。

②AI人工智能節能油井建設：現階段的智能電參主要是測量數據，將數據上傳，后期數據分析工作則是服務器進行處理，隨著油井數量持續增多，后臺數據庫的壓力隨之增加，網絡擁堵及龐大的數據內容均會對服務器儲存產生影響，也容易發生網絡延時。AI智能電參出現后，部分服務器實現工作本地化目標，產量分析及油井狀態分離，AI智能電參通過智能油井分析方法，為數據調查及統計工作的順利進展奠定堅實的基礎。

AI智能節能油井使單井分析轉為本地化，通過AI智能電參數據，利用計算功能，達到工況數據分析目標，在診斷及控制過程中，達到調節的目的，從而實現單井智能控制，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行通信，對電動機參數進行測量，在強大的計算機能力下，分析及診斷工況，對電流平衡進行調節、合理把控電能消耗。在智能技術使用中，也能實現液動面計算及產量計算、工況調整及電參數轉功圖，保證油井最大化及節能化運行。AI在線診斷技術，將抽油井斷桿及卡泵問題處理，通過數據分析及診斷達到單井智能化控制的目的，建設起AI節能化油井。將智能電參作為電力節能的典型設備，我國部分有點在使用該設備后，功率因數提升，無功消耗降低，達到理想的節電控制目標。通過數據對比分析后，安裝智能電參，有利于調節電動機動態平衡，達到電流平衡及功率平衡的目的，最終節能電力能源。

2 人工智能在空調系統的應用

現代大型空調系統中的設備豐富，包括空調機組、溫濕度傳感器、送風機組、空調控制器。中央空調將房間信號采集，獲得空氣狀態，將溫度作為基本量，計算建筑物各個房間的送風量，對總風量進行調節，為每個房間提供差異化的送風需求，達到降低能耗的目的。伴隨著智能化技術發展，大型建筑中房屋溫度控制系統已經融合智能化設備，使用單回路閉環控制外，現代中央空調結合嵌入控制系統及勻速控制系統，控制的內容更為復雜。為便于研究，本文對空調控制房間面積及控制方式進行重新調整，將集中控制作為基礎，在調控過程中，先將戶外的新鮮空氣進入防塵網，隨后空調箱與二次回風結合，進入加熱器、消聲器等，最終進入室內（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，在冷熱控制過程中，空調控制系統中包括空氣冷卻及風機、風道冷熱感裝置、兩通轉換閥TV等構成。在溫度控制中，風道溫度傳感器TE檢測風道溫度，信號傳遞至溫度調節器TC01。該設備將人們設定的問題與傳感器TE檢測值進行對比，從而獲得控制值，制冷裝置TV完成降溫。從而達到總體控制目標。

對控制方法及空調結構進行分析，通過變頻技術不斷縮減電力損耗。風機通過多頻率變化對風速進行調整時，風道中的靜壓力也會對系統頻率響應情況進行改變，達到閉環控制目的。新風傳送需要多臺風機組成，改變風力大小進行控制，節能設計的風機組每臺風機具有對應的控制器，可到達以下功能。負荷發生變化時，根據預定的次序進行調整；多個風機啟動及停止均應當遵循負荷變化規律。其中的某個機器無法正常工作時，其他機器進入工作狀態，保證工作的穩定性。機組中每臺風機啟動順序可隨機排列，室外向室內輸送冷風過程中，空調制冷需求的能量需重新計算。將人工智能技術使用后，模仿生物神經傳遞機制，完成分析、儲存及檢索等工作內容，通過仿真計算及評估后，將結果與目標值的差值反饋，神經網絡控制系統可通過多種方法實現，目前常見的是傳統PID調節智能控制方法。在人工智能技術與傳統空調系統結合后，能源利用率提升，空調智能控制水平提升，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展。

3 人工智能在鐵路車輛節能中的應用

為最大程度降低系統耗電量，通過鐵道車輛狀態遠程監測系統對車輛數據進行監督，可自動提取特征量。在鐵路系統運行中，先指定目標變量及說明變量，將每個行駛站系統耗電量作為目標變量，對車量運行數據伴隨時間變化作為基本變量。通過跳躍學習技術可篩選目標，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，包括直接數值數據及字符代碼、單獨特征量，對目標變量及特征量相關性進行分析，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，應當對牽引系統耗電量最高特征值進行提取，此類特征量作為最有效特征量，表現出司機操作影響。對鐵路運行系統中的節能效果進行分析，假設駕駛操作技能提升20%，牽引量降低20%，牽引耗電量及檔位使用時間在3個區間具有相同性，將4個區間作為一個整體，每年的耗電量大約會降低14%。

在未來的研究過程中，面對鐵路系統采集的大量數據，智能節能系統的應用范圍需進一步擴大。在鐵路運行過程中，除系統節能外，在舒適性上也提出更高的要求。在節能上除主回路外，也要思考輔助線路的節能性。鐵路車輛的耗電量受到駕駛技術的影響較大，期望提取新知識。內燃車及電動車運行模式及編組方式不同，可根據不同車輛的運行方式提出節能措施。在舒適性上，將控制振動及噪聲作為舒適性對象，獲得車輛舒適性設計方案，在節約電量的同時，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用

伴隨人工智能技術發展，人工智能+模式在電力機房建設中應用，這也是我國目前電力事業發展的重要方向，也是數據化及節能化機房的建設基礎。電力智能機房在建設中呈現穩定發展趨勢，自構架到功能上進行分析，功能較為完備、系統也較為完善。在電力運行需求上，人工智能機房在建設過程中，涉及采集層及數據處理層等，在我國的某個電力智能機房建設中。

在第一個層級建設中，主要是建設采集層，設備采集層的構建，是實現智能系統的關鍵，為滿足智能功能要安全，在設計過程中，布置RS485總線模式，具有顯著的優勢。設備采集層能夠快速采集數據，具有較強的抗干擾能力，一定程度上保證機房穩定運行。數據傳輸較為穩定，保證復雜環境下的數據傳輸要求。設備采集層也具有較強的可拓展性，與電力智能機房建設需求符合，從而滿足不同條件及不同設備的電力運行需求。

第二個層級主要是數據處理，也是智能機房建設的核心，關系到遠程控制工程，也是自動化故障預警及安全防范的基礎。在數據處理過程中，利用RS485接口達到數據處理目標，對各個階層的數據進行儲存及處理，為智能機房環境控制奠定基礎。數據處理層應當注意數據的兼容性，將各個階段的數據有效儲存，將數據共享不足的問題處理。在智能化機房建設中，針對各個階段的問題應當及時處理，那組智能控制要求，通過智能控制技術，縮減不必要的電力浪費及紙質材料，實現智能化數據傳輸管理，通過建設智能機房，也能達到管理目標。

第三個層級主要是遠程控制，遠程控制的目標在于實現自動化預警、故障記錄。在遠程控制層設計過程中，通過系統頁面進行瀏覽，實現對遠程設備的運行狀態查看，在預警報告中，建立故障大數據，強化故障問題自動化預警分析，為故障防范及處理工作提供依據，這也是智能機房建設的亮點所在。電力機房涉及的領域較為豐富，遠程控制層關注系統功能，在遠程控制及遠程動態管理上，提升機房運行控制能力。對此，在電力只能機房建設中，應當將人工智能技術的價值發揮，滿足智能機房建設要求的同時，節約電力企業的電力資源及紙質資源，實現節能降耗目標的同時，優化過往的機房電力運行模式。

5 人工智能技術在造紙行業中的應用

紙張是社會生活及工業中的常見原料，制漿造紙產業發展關系到我國的服務業發展。制漿造紙材料來自木材，在生產過程中涉及大量的水、電能，制造后形成的黑水對環境產生巨大的威脅，制漿造紙產業已經成為推動我國綠色可循環經濟發展的關鍵。節能降耗及減排是造紙行業改革的重點?，F階段的造紙工藝進入全新的發展階段，傳統節能、降耗手段，包括DCS及FCS無法滿足造紙技術要求，無法達到節能目標。對此，通過人工智能技術對過往的技術進行升級，有利于為造紙產業的綠色可循環經濟發展奠定基礎。

造紙行業在人工智能發展過程中，主要分為兩個階段，第一個階段是初級階段，該階段通過數字化技術實現企業數據運營管理，企業根據實際情況，實現整個企業的數字化發展，在該階段發展中，企業根據自身需求對數據進行統籌管理，提升企業的運營效率。在高級階段，這是在數字化技術基礎上結合人工智能技術，實現智能化微平臺建設，為企業搭建工業互聯網平臺，建設節能制造的閉環，包括生產設備過程及生產運營決策價值管理，造紙行業節能改造的目標是實現資源的合理配置，提升企業的生產效率。在工業互聯網平臺關鍵技術中，包括六個層面，PaaS通用功能技術，該技術自數據接入、數據管理及資源調度等各個方面組成。軟件開發及工具技術包括開發及運維的一體化內容，微服務則是智能服務，包括服務通信及服務發現兩個部分，是工業互聯網平臺的核心。信息安全技術則是數據接入保護及管理的技術。

在人工智能技術融入造紙行業中，使造紙行業平臺建設呈現出全新的方向。在智能化平臺中，可以選擇不同紙張的數據及規格，通過智能化技術實現自動生產，減少企業的人力資源投入，避免企業的人力資源大量浪費。我國某造紙企業使用人工智能技術后，建立企業端，具有數據采集及數據處理功能，將采集的數據送到計算機模塊中，及時對數據進行挖掘，選擇對企業發展有益的數據，對數據分析后提升企業的生產效率，具有良好的質量管理功能，將最佳的數據呈現給企業的技術人員。為實現最佳的生產、數據管理目標，企業的智能平臺中，應用功能關系參數智能傳感器及智能電表，通過云平臺大數據技術對工藝各個環節進行控制。通過實時降噪模型，實現生產降噪管理，控制企業垃圾排放，實現資源的二次利用，為造紙行業的可持續發展奠定堅實的基礎。

6 結束語

我國經濟進入高速發展階段，人們的生活質量隨之提升。在節能環保發展下，科技節能進入全新的階段，且已經成為時代發展的主題，現階段，各項節能技術在市場上廣泛應用，取得突破性的成果。伴隨智能化技術發展，人們對節能環保有更加深刻的認識，將智能技術與環保融合，進一步提升環保效果，達到可持續發展目標。在本研究中，針對三個領域的人工智能技術應用展開分析，為未來的各個行業使用人工智能技術完成節能目標奠定堅實的基礎。