人工智能在节能领域的发展

郭福洲

（黄冈职业技术学院电子信息工程学院，湖北 黄冈 438000）

0 引言

人类在发展过程中持续不断的消耗能源，近几年的能源消耗速度加快，非可再生能源消耗导致全球气候发生变化，如何找到节能的方法，使人类走可持续发展步伐是社会关注的重点问题。现阶段，各种节能措施在市场上出现，在建筑物建设过程中通过空调系统进行调节，有利于提升能源利用率。人工神经网络高速发展，应用领域不断拓展，作为模拟人体大脑的学科，被广泛应用于各个场景。人工智能在空调领域及油田领域、铁路车辆领域中广泛应用，节能效果显著，为人工智能在节能领域的发展奠定坚实的基础。

1 人工智能在数字油田中的应用

感知层单井仪表中包括RTU设备及网络通信设备（DTU）、无线压力等数字化物联网设备，采集的参数包括电压、电流及功率、功图数据等，此类数据通过传感器设备传输，自组网中传输到RTU，其将数据经过统计打包后，上传到网络环境中，将数据传输到应用层。传感器将数据传输到RTU也被称之为下行网络，而打包上传则是上行网络。

①AI人工智能集成发展：目前，单井数字化已经将部分产品功能融合，比如，RTU功能及网络通信设备、电参功能等。智能化电参在测量电动机运转参数及数据采集过程中，载荷位移传感器可以采集数据及图画，压力变送器可以采集油套管的相关数据。在产品安装及调试过程中，每年会投入大量的人力及物力、设备，在荷载调试更换及使用吊装过程中工序较为复杂，伴随IA智能技术发展，算法不断升级，通过智能电参数转变为数据功图，对井况判断及液量统计上取得显著的成果。

②AI人工智能节能油井建设：现阶段的智能电参主要是测量数据，将数据上传，后期数据分析工作则是服务器进行处理，随着油井数量持续增多，后台数据库的压力随之增加，网络拥堵及庞大的数据内容均会对服务器储存产生影响，也容易发生网络延时。AI智能电参出现后，部分服务器实现工作本地化目标，产量分析及油井状态分离，AI智能电参通过智能油井分析方法，为数据调查及统计工作的顺利进展奠定坚实的基础。

AI智能节能油井使单井分析转为本地化，通过AI智能电参数据，利用计算功能，达到工况数据分析目标，在诊断及控制过程中，达到调节的目的，从而实现单井智能控制，降低能源消耗。单井是否使用变频器，AI智能电参可以直接进行通信，对电动机参数进行测量，在强大的计算机能力下，分析及诊断工况，对电流平衡进行调节、合理把控电能消耗。在智能技术使用中，也能实现液动面计算及产量计算、工况调整及电参数转功图，保证油井最大化及节能化运行。AI在线诊断技术，将抽油井断杆及卡泵问题处理，通过数据分析及诊断达到单井智能化控制的目的，建设起AI节能化油井。将智能电参作为电力节能的典型设备，我国部分有点在使用该设备后，功率因数提升，无功消耗降低，达到理想的节电控制目标。通过数据对比分析后，安装智能电参，有利于调节电动机动态平衡，达到电流平衡及功率平衡的目的，最终节能电力能源。

2 人工智能在空调系统的应用

现代大型空调系统中的设备丰富，包括空调机组、温湿度传感器、送风机组、空调控制器。中央空调将房间信号采集，获得空气状态，将温度作为基本量，计算建筑物各个房间的送风量，对总风量进行调节，为每个房间提供差异化的送风需求，达到降低能耗的目的。伴随着智能化技术发展，大型建筑中房屋温度控制系统已经融合智能化设备，使用单回路闭环控制外，现代中央空调结合嵌入控制系统及匀速控制系统，控制的内容更为复杂。为便于研究，本文对空调控制房间面积及控制方式进行重新调整，将集中控制作为基础，在调控过程中，先将户外的新鲜空气进入防尘网，随后空调箱与二次回风结合，进入加热器、消声器等，最终进入室内（见图1）。

图1 空气流程图

潮湿是空气舒适性的一项重要参数，在冷热控制过程中，空调控制系统中包括空气冷却及风机、风道冷热感装置、两通转换阀TV等构成。在温度控制中，风道温度传感器TE检测风道温度，信号传递至温度调节器TC01。该设备将人们设定的问题与传感器TE检测值进行对比，从而获得控制值，制冷装置TV完成降温。从而达到总体控制目标。

对控制方法及空调结构进行分析，通过变频技术不断缩减电力损耗。风机通过多频率变化对风速进行调整时，风道中的静压力也会对系统频率响应情况进行改变，达到闭环控制目的。新风传送需要多台风机组成，改变风力大小进行控制，节能设计的风机组每台风机具有对应的控制器，可到达以下功能。负荷发生变化时，根据预定的次序进行调整；多个风机启动及停止均应当遵循负荷变化规律。其中的某个机器无法正常工作时，其他机器进入工作状态，保证工作的稳定性。机组中每台风机启动顺序可随机排列，室外向室内输送冷风过程中，空调制冷需求的能量需重新计算。将人工智能技术使用后，模仿生物神经传递机制，完成分析、储存及检索等工作内容，通过仿真计算及评估后，将结果与目标值的差值反馈，神经网络控制系统可通过多种方法实现，目前常见的是传统PID调节智能控制方法。在人工智能技术与传统空调系统结合后，能源利用率提升，空调智能控制水平提升，为人们生活营造舒适的条件。伴随人工智能研究更加深入，日后的建筑会朝向智能化及人性化方向发展。

3 人工智能在铁路车辆节能中的应用

为最大程度降低系统耗电量，通过铁道车辆状态远程监测系统对车辆数据进行监督，可自动提取特征量。在铁路系统运行中，先指定目标变量及说明变量，将每个行驶站系统耗电量作为目标变量，对车量运行数据伴随时间变化作为基本变量。通过跳跃学习技术可筛选目标，获得较大的特征量，在铁路车辆运行过程中，包括运行速度、坡度、运行时间等作为基本变量，特征量可以分为三种类型，包括直接数值数据及字符代码、单独特征量，对目标变量及特征量相关性进行分析，从而获得人们无法处理的知识。在操作信息特征量提取过程中，应当对牵引系统耗电量最高特征值进行提取，此类特征量作为最有效特征量，表现出司机操作影响。对铁路运行系统中的节能效果进行分析，假设驾驶操作技能提升20%，牵引量降低20%，牵引耗电量及档位使用时间在3个区间具有相同性，将4个区间作为一个整体，每年的耗电量大约会降低14%。

在未来的研究过程中，面对铁路系统采集的大量数据，智能节能系统的应用范围需进一步扩大。在铁路运行过程中，除系统节能外，在舒适性上也提出更高的要求。在节能上除主回路外，也要思考辅助线路的节能性。铁路车辆的耗电量受到驾驶技术的影响较大，期望提取新知识。内燃车及电动车运行模式及编组方式不同，可根据不同车辆的运行方式提出节能措施。在舒适性上，将控制振动及噪声作为舒适性对象，获得车辆舒适性设计方案，在节约电量的同时，人们也能获得更加舒适的体验感。

4 人工智能在电力智能机房中的应用

伴随人工智能技术发展，人工智能+模式在电力机房建设中应用，这也是我国目前电力事业发展的重要方向，也是数据化及节能化机房的建设基础。电力智能机房在建设中呈现稳定发展趋势，自构架到功能上进行分析，功能较为完备、系统也较为完善。在电力运行需求上，人工智能机房在建设过程中，涉及采集层及数据处理层等，在我国的某个电力智能机房建设中。

在第一个层级建设中，主要是建设采集层，设备采集层的构建，是实现智能系统的关键，为满足智能功能要安全，在设计过程中，布置RS485总线模式，具有显著的优势。设备采集层能够快速采集数据，具有较强的抗干扰能力，一定程度上保证机房稳定运行。数据传输较为稳定，保证复杂环境下的数据传输要求。设备采集层也具有较强的可拓展性，与电力智能机房建设需求符合，从而满足不同条件及不同设备的电力运行需求。

第二个层级主要是数据处理，也是智能机房建设的核心，关系到远程控制工程，也是自动化故障预警及安全防范的基础。在数据处理过程中，利用RS485接口达到数据处理目标，对各个阶层的数据进行储存及处理，为智能机房环境控制奠定基础。数据处理层应当注意数据的兼容性，将各个阶段的数据有效储存，将数据共享不足的问题处理。在智能化机房建设中，针对各个阶段的问题应当及时处理，那组智能控制要求，通过智能控制技术，缩减不必要的电力浪费及纸质材料，实现智能化数据传输管理，通过建设智能机房，也能达到管理目标。

第三个层级主要是远程控制，远程控制的目标在于实现自动化预警、故障记录。在远程控制层设计过程中，通过系统页面进行浏览，实现对远程设备的运行状态查看，在预警报告中，建立故障大数据，强化故障问题自动化预警分析，为故障防范及处理工作提供依据，这也是智能机房建设的亮点所在。电力机房涉及的领域较为丰富，远程控制层关注系统功能，在远程控制及远程动态管理上，提升机房运行控制能力。对此，在电力只能机房建设中，应当将人工智能技术的价值发挥，满足智能机房建设要求的同时，节约电力企业的电力资源及纸质资源，实现节能降耗目标的同时，优化过往的机房电力运行模式。

5 人工智能技术在造纸行业中的应用

纸张是社会生活及工业中的常见原料，制浆造纸产业发展关系到我国的服务业发展。制浆造纸材料来自木材，在生产过程中涉及大量的水、电能，制造后形成的黑水对环境产生巨大的威胁，制浆造纸产业已经成为推动我国绿色可循环经济发展的关键。节能降耗及减排是造纸行业改革的重点。现阶段的造纸工艺进入全新的发展阶段，传统节能、降耗手段，包括DCS及FCS无法满足造纸技术要求，无法达到节能目标。对此，通过人工智能技术对过往的技术进行升级，有利于为造纸产业的绿色可循环经济发展奠定基础。

造纸行业在人工智能发展过程中，主要分为两个阶段，第一个阶段是初级阶段，该阶段通过数字化技术实现企业数据运营管理，企业根据实际情况，实现整个企业的数字化发展，在该阶段发展中，企业根据自身需求对数据进行统筹管理，提升企业的运营效率。在高级阶段，这是在数字化技术基础上结合人工智能技术，实现智能化微平台建设，为企业搭建工业互联网平台，建设节能制造的闭环，包括生产设备过程及生产运营决策价值管理，造纸行业节能改造的目标是实现资源的合理配置，提升企业的生产效率。在工业互联网平台关键技术中，包括六个层面，PaaS通用功能技术，该技术自数据接入、数据管理及资源调度等各个方面组成。软件开发及工具技术包括开发及运维的一体化内容，微服务则是智能服务，包括服务通信及服务发现两个部分，是工业互联网平台的核心。信息安全技术则是数据接入保护及管理的技术。

在人工智能技术融入造纸行业中，使造纸行业平台建设呈现出全新的方向。在智能化平台中，可以选择不同纸张的数据及规格，通过智能化技术实现自动生产，减少企业的人力资源投入，避免企业的人力资源大量浪费。我国某造纸企业使用人工智能技术后，建立企业端，具有数据采集及数据处理功能，将采集的数据送到计算机模块中，及时对数据进行挖掘，选择对企业发展有益的数据，对数据分析后提升企业的生产效率，具有良好的质量管理功能，将最佳的数据呈现给企业的技术人员。为实现最佳的生产、数据管理目标，企业的智能平台中，应用功能关系参数智能传感器及智能电表，通过云平台大数据技术对工艺各个环节进行控制。通过实时降噪模型，实现生产降噪管理，控制企业垃圾排放，实现资源的二次利用，为造纸行业的可持续发展奠定坚实的基础。

6 结束语

我国经济进入高速发展阶段，人们的生活质量随之提升。在节能环保发展下，科技节能进入全新的阶段，且已经成为时代发展的主题，现阶段，各项节能技术在市场上广泛应用，取得突破性的成果。伴随智能化技术发展，人们对节能环保有更加深刻的认识，将智能技术与环保融合，进一步提升环保效果，达到可持续发展目标。在本研究中，针对三个领域的人工智能技术应用展开分析，为未来的各个行业使用人工智能技术完成节能目标奠定坚实的基础。