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现代世界依赖于能源、交通、电信、食品、水和医疗等重要服务的平稳供给。但支撑这些行业的体系越来越复杂，并且在全球范围内相互依赖、相互影响，这使得它们在面临压力时容易出现潜在的灾难性故障。

英国最近的电力断供就是一个很好的例子。虽然停电时间相对较短，但由于位于巴福德的一家燃气发电厂和位于霍恩锡的海上风电场同时发生故障，导致断电影响了英格兰和威尔士近100万人，并造成大面积交通瘫痪。

在南美洲，6月份的猛烈风暴摧毁了电网，导致4800万人断电。在美国，由于近期发生了人员伤亡事件，加州公用事业公司(California Utility company)正在采取高风险时段停电的措施，以防止火灾再次发生。这表明，老化的电力基础设施是引发火灾的原因。

未来的能源供给

这些事件的发生是由于能源供应在不可避免地发生变化，这种变化要求对系统的监测和管理方式进行改变。今年早些时候，英国政府宣布了一项海上风能革新计划，目标是到2030年产能达到英国电力需求的三分之一。

这些新的海上风电场将拥有更大的海上风力涡轮机和10-12兆瓦的发电机，并将成为英国能源结构的重要组成部分。通过这项政策，海上风能产业计划到2030年将使风力发电量提高近四倍，从79千兆瓦提高到至少300千兆瓦。

英国已经走在海上风力发电的最前沿，拥有比其他任何国家都要大的装机容量，拥有最大的海上风力发电场和最大功率的涡轮机。然而，正如最近的事件所显示的，仅仅是同时失去两台发电机就会造成重大破坏。这清楚地表明，海上风能开发需要大量有关资产的使用寿命周期管理、监测和控制方面的新技术。它还表明我们需要新的“需求侧响应”技术，也就是高需求时期智能使用电力的方法。

不同学科的研究人员在实现这一愿景的过程中发挥了重要作用。我们是英国最大的整体系统和能源系统集成项目Reflex(反应灵活性)的学术领导者。

该项目旨在探索我们该如何创建一套有韧性、可持续和低碳的能源基础设施，以支持某些重要的社会服务。为了将海上可再生能源发电与大陆电网连接起来，我们需要昂贵的海底电力电缆网络。例如，高压直流(HVDC) NorthConnect项目，安装一条海底电力电缆就需要超过12亿英镑的投资。显然，这些资产的高成本使我们无力顾及电网维护过程中的常见问题，比如安装备用电缆，以防主电网出现故障。

那么，在海上风能如此重要的情况下我们该如何保护能源基础设施呢?我们认为解决方案将包括人与人工智能及机器人的合作。我们需要机器人来提高监控和维护这些资产的能力，未来，资产的监控与维护将通过持续的自治来实现。

水下操作

这意味着位于工作现场的机器人具备监控和维护自身以及海上风力发电场的能力。由于结构监测系统、管理控制和数据采集(SCADA)系统、环境监测等各种来源的数据达到前所未有的水平，采用先进的人工智能来支持关键的业务决策变得至关重要。

在这种情况下，人类会被需要处理的海量数据和信息所淹没。但在向风能主导的能源供应转型期间，人类与机器人和人工智能助手协同工作，将成为未来管理海上基础设施的一个核心特征。

这方面的研究曾有先例，我们受到海豚的启发开展了低频声纳的研究，该低频声纳支持自主水下航行器(AUVs)评估海底动力的完整性。有了水下机器人就无需在危险环境中部署人类潜水员，低频声纳分析提供了关键的测量数据，陆地上的人工智能助手利用这些数据能够准确预测电力电缆的状况。

在未来，我们预计将广泛地整合水下对接站以及浮动指挥和控制中心，在那里，我们的水下和水面风力涡轮机基础设施的安全是由巡逻机器人平台来维护的，这些机器人平台能够进行检查和维修。

近年来，人工智能和机器人技术取得了显著进步，与人工操作相结合可以使我们反应更加迅速，以便适应罕见事件，比如极端天气条件、蓄意破坏或干扰海底电缆的威胁。我们面临的挑战将是如何智能地管理这些远程资产，以保持低成本地持续运转。

作者：David Flynn &Valentin Robu

翻译：李清

审校：孙雨漠

引进来源：the Conversation

引进链接：https://theconversation.com/how-ai-and-robots-will-help-safeguard-our-offshore-energy-infrastructure-in-the-future-121919

本文来自：环球科学