Цифровизация: благо для трансформации энергетики

Виллиген, 30.07.2024 — Исследователи из Института Пауля Шеррера  ( Paul Scherrer Institute (PSI)) использовали одну из самых передовых моделей энергетических систем в Европе для расчета влияния цифровизации на энергопотребление.

Источник: портал правительства Швейцарии

Paul Scherrer Institut (PSI) — крупный междисциплинарный научно-исследовательский институт в Швейцарии, носит имя швейцарского физика Пауля Шеррера. Расположен в кантоне Аргау, на территориях коммун Филлиген и Вюренлинген, на берегах реки Аре, занимает площадь около 35 гектар. Организационно входит в домен швейцарских федеральных технологических институтов[англ.] (ETH-Bereich). Число сотрудников составляет 2100 человек. 37% исследований посвящены материаловедению, 24% — наукам о жизни, 19% — энергетике, 11% — ядерной энергии и безопасности, 9% — физике элементарных частиц.В PSI функционирует комплекс научно-исследовательских установок, на которых проводят эксперименты исследователи многих национальных и иностранных организаций.

С 1984 года вошедший в PSI институт SIN управляет центром протонной терапии, к 2020 году свыше 9000 пациентов с онкологическими заболеваниями получили облучение пучком протонов

Многие люди сейчас работают частично или постоянно из дома. Это экономит бензин, потому что им больше не нужно ездить в офис, что хорошо для энергетического перехода. В тоже время не очень. Потому что дома они потребляют еще больше энергии на отопление и приготовление пищи, а видеозвонки также потребляют дополнительную энергию в дата-центрах Microsoft, Zoom и им подобных. 

Экономит ли цифровизация энергию или мы просто выбрасываем больше CO2 в атмосферу?

Ответ Эвангелоса Паноса вселяет в нас надежду. Вместе с бывшей исследовательницей PSI Лидией Стермиери и учеными ETH Zurich, научный сотрудник Группы экономики энергетики в Лаборатории анализа энергетических систем PSI показал с помощью сложной расчетной модели, что «цифровой образ жизни» в 2050 году будет реально экономить от десяти до 20 процентов энергии по сравнению с 2020 годом.

Эффект рикошета – экономия в одном месте, которая приводит к большему потреблению в другом – с лихвой компенсируется более эффективными технологиями и изменениями в поведении. 

«Цифровизация не решает всех проблем, — говорит Панос, — но она поддерживает трансформацию энергетической системы на пути к нулевым выбросам». 

Исследователи сообщают о своих выводах в журнале Energy Policy.

Учет социально-экономических решений

Для своих расчетов Лидия Стемьери использовала STEM (Swiss TIMES Energy Systems Model), которая была разработана в течение многих лет кропотливой работы в Energy Economics Group и превратилась в мощную модель для моделирования энергетической системы. 

Шесть миллионов уравнений с шестью миллионами переменных представляют швейцарскую энергетическую систему и взаимодействие технологий, энергоносителей и источников выбросов, а также секторов. 

Переменные связаны друг с другом во многих измерениях, в том числе во времени и пространстве, с помощью уравнений. 

Это позволяет рассчитать различные сценарии до 2050 года, т.е. до года, когда Швейцария стремится стать углеродно-нейтральной, или даже дальше. 

«Это единственная модель, которая может моделировать пути развития всей энергетической системы Швейцарии в течение длительных периодов времени и с очень хорошим временным разрешением и очень подробным представлением всех секторов энергетической системы», — говорит Эвангелос Панос.

Однако STEM моделирует только технико-экономическую сторону энергетической системы и не дает никакой информации о социально-экономических факторах.

 Например, как люди принимают решения о потреблении энергии.

 Люди, которые работают только из дома, больше не могут купить новый автомобиль. Хотя они могут купить тепловой насос дома, но только если они являются собственником недвижимости, а не арендатором. 

Здесь играют роль многие взаимосвязанные факторы, которые в совокупности могут оказать значительное влияние на энергетическую систему в долгосрочной перспективе.

Вот почему Лидия Стермиери добавила в STEM еще одну модель: SEED (Модель социально-экономической энергии для цифровизации (Socio-Economic Energy model for Digitalisation).

SEED отображает гетерогенность процессов принятия решений субъектами в домохозяйствах, секторах услуг и промышленности с целью анализа синергии и взаимодействия при внедрении энергосберегающих цифровых услуг и практик. 

Обмен этими социально-экономическими решениями осуществляется через интерфейс с STEM. 

В совокупности это привело к созданию одной из самых передовых моделей энергетических систем национального масштаба в Европе.

Различные предположения и их сценарии

Лидия Стермиери использовала свою модель для расчета и анализа двух возможных сценариев. 

В сценарии «Холодного сердца» она предполагает, что общество не проявляет интереса к продвижению цифровизации и поэтому находится в состоянии стагнации.

 Напротив, цифровизация ускоряется в «ускоренном» сценарии. Общество положительно относится к цифровизации и технологическому развитию, поддерживая новые цифровые социальные практики, соответственно прогрессирует. Это также свидетельствует о положительном влиянии на потребление энергии.

Стермиери нужно было запустить свою модель от 20 до 30 раз для каждого сценария, что занимало у быстрого ПК около 60-90 часов интенсивных вычислений.

 Во время каждого из этих запусков две энергетические системы взаимодействовали друг с другом несколько раз, чтобы можно было реалистично смоделировать взаимодействие между обществом и технологиями. 

«Мы не предсказываем будущее, — подчеркивает Стермиери, — мы исследуем его, рассчитывая сценарии на основе принципа «что, если».

Даже если ни один из этих сценариев не будет реализован точно так же, они очень ценны как помощь в принятии решений ответственным лицам в политике и бизнесе. «Сценарии показывают возможные варианты действий и их последствия. Это особенно интересно при сравнении различных сценариев», — говорит Стермиери.

Будущая работа по интеграции психологических эффектов

Модель Стермиери охватывает все сектора — домохозяйства, промышленность и политику, а не только отдельные технологии. 

«Это делает его уникальным в Европе», — говорит Панос. 

В нем также показана эволюция от простых моделей 1980-х годов, которые первоначально рассчитывали энергетический сектор только простым способом, к моделям, которые также имитируют взаимодействие различных технологий. 

Нынешняя модель также включает в себя социально-экономические аспекты и поэтому является более междисциплинарной, чем когда-либо прежде. 

Однако даже это лишь промежуточный шаг на пути к еще более реалистичным моделям, которые в будущем также будут учитывать выводы психологии.

Панос работает над этим вместе с докторантом Шади Фирузьялизаде в рамках подпроекта исследовательской программы CoSi (Co-Evolution and Coordinated Simulation of the Swiss Energy System and Swiss Society). 

Проект финансируется Федеральным управлением энергетики Швейцарии в рамках программы SWEET (SWiss Energy research for the Energy Transition) на сумму около десяти миллионов швейцарских франков и направлен на изучение процессов социальных изменений, необходимых для трансформации энергетической системы. 

В рамках проекта психологи исследуют, среди прочего, как люди принимают решения о потреблении энергии и выборе технологий.

 Затем Шади Фирузьялизаде интегрирует эту психологию принятия решений в модель SEED.

Эвангелос Панос уверен, что это поколение моделей приведет к еще более обоснованным решениям при разработке новой энергетической и климатической политики. 

«У политиков будет уникальный инструмент для поддержки их решений, который в большей степени учитывает социальные аспекты, потому что технологии сами по себе не являются решением».

Исследование Стермиери проводилось при поддержке Федерального управления энергетики Швейцарии SFOE в рамках проекта SWEET SURE (SUstainable and Resilient Energy for Switzerland). 

Проект SWEET SURE финансируется в размере шести миллионов франков для определения надежных путей создания устойчивой и устойчивой энергетической системы Швейцарии.

Текст: Бернд Мюллер

О компании PSI

Институт Пауля Шеррера PSI разрабатывает, строит и эксплуатирует крупные, сложные исследовательские установки и делает их доступными для национального и международного исследовательского сообщества. Основными исследовательскими приоритетами института являются технологии будущего, энергетика и климат, инновации в области здравоохранения и основы природы. PSI стремится к обучению будущих поколений. Таким образом, около четверти наших сотрудников являются постдоками, аспирантами или учениками. В общей сложности в PSI работает 2300 человек, что делает ее крупнейшим научно-исследовательским институтом в Швейцарии. Годовой бюджет составляет около 460 миллионов швейцарских франков. PSI является частью домена ETH, другими членами которого являются два Швейцарских федеральных технологических института, ETH Zurich и EPFL Lausanne, а также Eawag (Швейцарский федеральный институт водных наук и технологий), Empa (Швейцарские федеральные лаборатории материаловедения и технологий) и WSL (Швейцарский федеральный институт лесных, снежных и ландшафтных исследований).