如何擺脫對化石燃料的依賴是能源轉型中的關鍵問題。近期,IBM量子計算部門與德國能源巨頭意昂集團(E.ON)正合作研究電網脫碳問題,探索利用量子計算優化可再生能源的輸送問題。目前,可再生能源的供給和需求端均存在多種不穩定因素。例如,可再生能源會受到氣候變化的影響,使用電力的熱泵和電動汽車則需要不斷升級的電網和電纜支持。
如何擺脫對化石燃料的依賴是能源轉型中的關鍵問題。近期,IBM量子計算部門與德國能源巨頭意昂集團(E.ON)正合作研究電網脫碳問題,探索利用量子計算優化可再生能源的輸送問題。目前,可再生能源的供給和需求端均存在多種不穩定因素。例如,可再生能源會受到氣候變化的影響,使用電力的熱泵和電動汽車則需要不斷升級的電網和電纜支持。隨著電網等基礎設施逐漸“不堪重負”,輸電成本將日益超過發電成本。
因此,需要借助新的技術解決可再生能源面臨的種種問題。IBM公司和意昂集團的合作旨在通過量子計算來推動能源行業的轉型,即利用量子計算的潛力優化能源基礎設施,通過分析天氣變化在內的眾多變量,以幫助管理龐大又分散的電網,更好解決電力輸送問題。
意昂集團是歐洲最大的能源網絡和基礎設施運營商之一,在歐洲各地運營著發電站、可再生發電設施、電網和電動汽車充電站。該公司的目標是到2030年減少其55%的排放量。目前,該公司每年將超過4萬個可再生能源資產連接到電網基礎設施,以承載更多工作量。公司首席數字官Victoria Ossadnik表示,這將使電網變得更加復雜,更易出現故障。而新興的點對點交易能源市場更增加了其復雜性,因為家庭和企業可以直接將光伏屋頂所產生的電力交易給消費者。
面對重重難題,量子計算機有可能幫助塑造出未來的新能源世界。據IDC分析師Stefano Perini,量子計算市場在2021年的價值超過7億美元,預計到2025年將達到35億美元,其增長速度值得關注。目前,量子計算市場的增量主要由金融服務和制造業推動,但伴隨全球進一步脫碳,能源公司進軍該市場也將成為一種趨勢。Perini表示,“我們可以期待量子計算將成為能源轉型的重要推動者之一。
未來,量子計算機將采用一種全新的計算方式來幫助解決傳統計算機難以解決的全球重要問題,并有望在推進能量躍遷方面發揮重要作用。例如,量子計算可以幫助配電網完成更廣泛的任務。意昂集團設想未來能源將不再從發電公司單方面輸送到消費者,許多小公司和家庭也可以通過其光伏系統或電動汽車將能源輸送到電網。在未來,量子計算可以用于更有效地控制這些過程。
Ossadnik表示,量子計算機將對高性能計算(HPC)和人工智能起到補充作用,并非完全取代它們。這些技術的結合將成為解決電網平衡和優化電纜布局等問題的理想方案,在設計更好的預測算法和機器學習模型時將非常有用,可以在算法中納入更多維度。量子計算機還將有助于提出數據問題。例如,在漢堡或倫敦這樣人口眾多的城市,如何鋪設電纜才是最理想的。“我們需要在地下鋪設更多的電纜,但必須找出真正需要的是哪種基礎設施。由于極不穩定的需求和供應,這是一個極其復雜的系統。借助量子計算機,我們可以給它成千上萬的信息,并找出哪種模型是最受支持的。”
在早期測試中,意昂集團已經使用IBM量子云服務幫助改善了前述基礎設施模型,并進一步探索更多潛在應用。
另一方面,電動汽車數量的增加會使充電過程更為復雜,量子計算有望幫助解決這一問題。例如,在意昂集團的車輛到電網(V2G)項目中,電動汽車電池作為一種靈活的存儲介質連接到配電網。由此,可再生能源發電的波動就可以被有效平衡。但這一系統的協調和控制需要強大的計算能力,無法依靠目前的經典計算系統完成。因此,該公司希望通過量子計算機在更短時間內完成這些復雜計算。
在前述合作中,意昂集團將通過IBM云服務訪問IBM的量子計算系統、量子專業知識和Qiskit量子軟件開發工具,使量子計算在能源領域的創新成為可能。Ossadnik認為,“量子計算的創新應用提供了一個機遇,以創新的方式解決能源轉型中復雜的、跨系統的優化任務。”
“公共事業在幫助工業、公司和消費者實現凈零目標方面發揮著關鍵作用。”IBM相關負責人Gregor Pillen說道,“然而,實現這一點需要復雜的技術來幫助公共事業公司更好地預測和優化電網,以滿足用電需求和增加清潔能源、可再生能源的使用。量子計算提供了計算能力,幫助公共事業公司走向一個全新、更可持續的未來。”
IBM歐洲量子研究中心科技主管Heike Riel認為,量子計算技術還將在開發其他更清潔的技術方面發揮關鍵作用。量子計算機模擬原子和分子行為的能力對電池設計具有重要意義。 “如果我們更好地了解這些過程,就可以更好地優化電池。這意味著我們可以減輕電動汽車的重量,因為只需要更少的電池來存儲相同的能量。”
作者:王蕙蓉 來源:澎湃新聞
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