L’eolico offshore ha potenzialità enormi di produzione energetica. L’intelligenza artificiale e la robotica possono dare un prezioso aiuto per ottimizzare questa fonte rinnovabile, contribuendo a migliorare diversi aspetti, dalla progettazione alla manutenzione. Ecco come.

Artificial intelligence e robotica possono venire in aiuto dell’energia eolica e, più in particolare, dell’energia eolica offshore, la fonte rinnovabile oggi potenzialmente più interessante. Secondo la International Energy Agency, con l’eolico offshore si potrebbero produrre oltre 420.000 TWh all’anno in tutto il mondo, che corrisponde a più di 18 volte la domanda globale di elettricità odierna.

Ma questa tecnologia energetica deve affrontare ancora diversi ostacoli per il suo sviluppo, a partire dai costi per la realizzazione di un parco eolico fino alle spese necessarie per il monitoraggio e la manutenzione dell’impianto: solo queste ultime incidono anche del 30% del costo totale del ciclo di vita.

Proprio per rispondere a queste necessità il Regno Unito – il più grande mercato mondiale dell’eolico offshore – ha avviato ORCA Hub, un programma decisamente ambizioso, su cui il Governo ha deciso di investire 93 milioni di sterline (ossia più di 100 milioni di euro) per creare un settore energetico offshore totalmente autonomo e tecnologicamente avanzato. Per riuscirci si punta forte sia sull’Artificial Intelligence sia sulla robotica.

Artificial intelligence, robotica ed energia eolica: il programma ORCA Hub per l’eolico marino

L’intelligenza artificiale, combinata con robotica e droni, è il cuore pulsante di ORCA Hub. Acronimo di Offshore Robotics for Certification of Asset, è un’iniziativa ambiziosa che riunisce esperti di livello internazionale attivi nelle cinque università britanniche coinvolte, insieme a oltre trenta partner industriali che hanno investito 17,5 milioni di sterline. La finalità è fornire aiuto tecnologico al settore dell’energia offshore, quindi eolico marino, oltre che all’oil and gas, comparto assai importante per il Regno Unito.

Guidato dall’Edinburgh Centre of Robotics, in collaborazione con l’Imperial College di Londra e le università di Oxford e di Liverpool, questo consorzio multidisciplinare svolge studi e ricerche in materia di: robotica sottomarina, terrestre e aerea; interazione uomo-macchina; sensori innovativi per la valutazione non distruttiva e reti di sensori a basso costo. 

Le soluzioni di gestione da remoto che verranno messe a punto combineranno intelligenza artificiale e robotica, facilmente integrabili con gli asset e i sensori presenti e futuri, potendo così realizzare soluzioni in grado di operare e interagire in sicurezza in modalità autonoma o semi-autonoma in ambienti difficili.

ORCA Hub si concentra su quattro temi di lavoro chiave: mappatura e rilievo di strutture complesse utilizzando più robot dotati di sensori spaziali ottici e acustici distribuiti e mobili e sensori non distruttivi; pianificazione ed esecuzione di una navigazione efficiente, localizzabile e ripetibile; interazione uomo-robot mediante adozione di intelligenza artificiale. A questi ambiti si è aggiunto anche la necessità di autocertificazione di robot e risorse, ovvero la progettazione di sistemi robotici in grado di autocertificare e garantire il loro funzionamento sicuro e di prevedere e diagnosticare i guasti.

Uno degli esiti più recenti, presentato proprio in questi giorni, è MIRIAM – Multimodal Intelligent inteRactIon for Autonomous systeMs: è un metodo di comunicazione che permette alle macchine e agli esseri umani di parlare la stessa lingua e di comprendere le azioni reciproche in tempo reale. Più precisamente, è un’interfaccia conversazionale per gestire e monitorare i veicoli non pilotati autonomi (UxV) che lavorano in modo indipendente, in team o in sciami per svolgere le loro missioni.

Altro studio promettente è focalizzato sull’impiego di Unmanned Aerial Vehicles (UAV) aeromobili a pilotaggio remoto, senza pilota, finalizzati a ispezionare e riparare infrastrutture offshore come le turbine eoliche.

Nel percorso di ricerca e sviluppo si mette in campo anche la mixed reality per l’ispezione e il monitoraggio a distanza di infrastrutture offshore, con una squadra di multiple aerial robot. In pratica, grazie a questi droni-robot sarà possibile a un addetto “immergersi” nell’ambiente remoto, potendo eseguire gli interventi altrimenti assai complicati dato l’ambiente estremo e a elevato rischio dove lavorare.

Intelligenza artificiale ed energia eolica: i benefici potenziali e reali per l’offshore

Come si è visto sono diversi i campi applicativi della tecnologia in aiuto all’eolico offshore. Ma che importanza ha l’Intelligenza artificiale e dove può manifestare il suo contributo?  C’è da sottolineare, prima di tutto, che l’importanza del fattore AI nel mondo dell’energia è di sicuro interesse per il mercato. A riprova ci sono le stime di Technavio che mostrano come l’intelligenza artificiale nel mondo dell’energia ha un potenziale di crescita, in termini di valore di mercato, superiore a 8 miliardi di dollari nel periodo 2020-2024.

Ma per comprendere dove possa essere impiegata con profitto si può guardare alle conclusioni dello studio “AI4Wind – Artificial Intelligence for Wind Energy” condotto dal dipartimento di ricerca danese DTU Energy.

Da qui si nota che il ruolo dell’AI sia ubiquo nel settore eolico. Innanzitutto, combinando diverse fonti di dati e impiegando diverse tecniche, anche di Machine Learning, può essere ulteriormente migliorata la precisione dei modelli previsionali.

Inoltre, per la manutenzione, l’AI può contribuire a migliorare aspetti quali il monitoraggio delle condizioni delle infrastrutture, il rilevamento dei guasti, la prognosi e la diagnosi a carico dei componenti o della turbina, la stima del tempo di vita residua dell’impianto. In pratica, con l’aiuto dell’Intelligenza artificiale è possibile ridurre buona parte dei costi utili per le operazioni di Operation & maintenance. Inoltre, potrebbe rivelarsi utile per la selezione del sito del parco eolico, oltre che per una più rapida approvazione del progetto e l’ubicazione delle turbine. 

Non solo. Può svolgere un ruolo essenziale nell’integrare una quota maggiore di energia dal vento nella rete elettrica, contribuendo a un miglior funzionamento e gestione del flusso di energia dal parco eolico marino alla rete elettrica sulla terraferma. L’AI sarà anche in grado di fornire il suo contributo anche nella progettazione delle stesse turbine oltre che dei parchi eolici.

Oltre alle analisi teoriche ci sono le evidenze concrete. Google attraverso la propria società Deepmind ha applicato algoritmi di machine learning a 700 MW di capacità di energia eolica prodotta dai propri parchi eolici per migliorare le capacità previsionali e rendere così più prevedibile la produzione. Da quanto si è appreso, l’apprendimento automatico ha aumentato il valore dell’energia eolica di circa il 20% rispetto allo scenario di base, che non prevede l’impegno di fornitura a tempo nei confronti della rete. 

Anche DNV GL, la più grande società di classificazione al mondo, ha messo in luce l’importante apporto dell’intelligenza artificiale per l’eolico offshore, per identificare i modelli predittivi nell’interazione tra vento e turbine. Lo ha fatto impiegando tecniche di AI e, anche in questo caso, di machine learning per migliorare la modellazione della previsione della domanda e il rilevamento in fase iniziale dei problemi di performance

Il risultato: l’apprendimento automatico migliora l’accuratezza delle previsioni e aumenta il rendimento degli asset. Tanto per capire l’entità del contributo: in un grande sito eolico offshore, una riduzione dell’1% dell’errore assoluto medio nelle previsioni di carico del giorno precedente può aumentare le entrate annuali di 1 milione di sterline.