2024 能源领域 AI 前沿研究方向报告 - 汉

ANL-23/69 先进的研究方向 AIFOR 能源 关于2023年冬季研讨会的报告 克劳斯丹尼尔阿贡国家实验室 JessC.Gehin 爱达荷州国家实验室 KirstenLaurin-Kovitz 阿贡国家实验室 BryanMorreale 国家能源技术实验室 里克·史蒂文斯阿贡国家实验室 威廉·图马斯 国家可再生能源实验室 2024年4月 关于阿根廷国家实验室 Argonne是美国能源部实验室，由芝加哥UChicago管理 Argonne,LLCundercontractDE-AC02-06CH11357.TheLaboratory’smain 设施位于芝加哥郊外，位于伊利诺伊州阿贡的南卡斯大道9700号，60439。有关Argonne及其开创性科学技术的信息 程序,请参见www.anl.gov. 文件可用性 在线访问:美国能源部（DOE）1991年后发布的报告 越来越多的1991年以前的文件可以在OSTI.GOV免费获得 (www.osti.gov)，美国能源部科学fic和技术信息。 非数字格式的报告可由公众从 国家技术信息服务（NTIS）：美国商务部 国家技术信息服务 5301肖尼路 亚历山大,VA22312www.ntis.gov 电话：（800）553-NTIS（6847）或（703）605-6000 Fax:(703)605-6900 电子邮件：order@ntis.gov DOE和DOE承包商可获得非数字格式的报告来自科学fic和技术信息(OSTI)的Ošce：美国能源部 科学fic和技术信息 P.O.Box62 橡树岭,TN37831-0062 www.osti.gov 电话:(865)576-8401 Fax:(865)576-5728 电子邮件：reports@osti.gov 免责声明 本报告是作为一个机构赞助的工作说明编写的美国政府。美国政府或任何 其代理机构，也没有UChicagoArgonne,LLC，也没有其任何雇员或 ošcers，作出任何明示或暗示的保证，或承担任何法律责任或对任何信息的准确性、完整性或有用性负责， 披露的设备、产品或工艺，或表示其用途不会 侵犯私人拥有的权利。在此提及任何特定的fic商业按商品名、商标、制造商、 或以其他方式，不一定构成或暗示其背书，美国政府或任何机构的建议或支持 其中。本文所表达的文件作者的观点和意见不必然是美国政府或任何机构的陈述或回复。 其中，Argonne国家实验室或UChicagoArgonne，LLC。 阿贡国家实验室的封面设计。通过Shutterstock提供的封面图像。 高级研究方向 AI能源 美国能源部（DOE）2023年冬季研讨会系列报告 面向能源的人工智能(AI) 项目委员会 克劳斯丹尼尔阿贡国家实验室副实验室主任 KirstenLaurin-Kovitz 里克·史蒂文斯 美国能源部 CerenSusut-BennettKeithBenes 阿贡国家实验室副实验室主任阿贡国家实验室副实验室主任 美国能源部项目经理美国能源部高级研究员 肯尼思火腿美国能源部技术经理 TassosGolnas 迈克·C·罗宾逊 美国能源部技术经理 美国能源部高级技术顾问 主要贡献者 阿贡国家实验室国家可再生能源实验室 MihaiAnitescu,AlecPoczatek,AndrewSiegel,SibenduSom, 理查德·维利姆 雷·格劳特，本杰明·克罗波斯基 国家能源技术实验室 布鲁克海文国家实验室凯莉·罗斯 孟悦 橡树岭国家实验室 爱达荷州国家实验室PrasannaBalaprakash,PrashantJain,TejaKuruganti 克里斯托弗·里特·艾哈迈德·阿尔·拉什丹 西北太平洋国家实验室 劳伦斯伯克利国家实验室罗伯特·拉洛·科利法院 玛丽·安·皮莱特，天振·洪 桑迪亚国家实验室 劳伦斯利弗莫尔国家实验室马特·里诺 约翰·格罗什，布莱恩·范·埃森 洛斯阿拉莫斯国家实验室 HariViswanathan 社论 弗兰克·亚历山大 EmilyM.Dietrich 阿贡国家实验室AI研究与战略发展主任战略计划传播主管，阿贡国家实验室 特别感谢 至阿贡国家实验室通讯与公共事务部门的写作卓越中心，包括关键部分安德里亚·曼宁和洛伦萨·萨利纳斯的支持 CONTENTS Executive摘要……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………1 简介………………………………………………………………………………………………………………………………… K…e…yF…ind…in…gs…fo…r建…立…th…e…交…叉…As…pe…cts…of…A…I至…高…无…上…需要…t…o…确保…成…功3 in能源Mission区域5 High-Consequence5 紧迫性…………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………6 复杂性7 01.核能源………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………8 1.1Grand挑战……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………8 1.2AdvancesintheNext十年11 1.3Accelerating发展……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………13 02.P1o.4wer预G期rid结...果...................................................................................................................................................................................................................................................................................1..518 12.1参Gr考an文d献挑.战....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…....…..1…5………………………… …………………………………………………………………………………………………………18 2.2AdvancesintheNext十年19 2.3Accelerating发展……………………………………………………………………………………………………………………… 21 2.4预期结果24 03.C2a.5rbon参管考理文献2625 3.1Grand挑战26 3.2AdvancesintheNext十年29 3.3Accelerating发展……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………31 3.4预期结果32 3.5参考文献32 04.能源储存… 4.1Grand挑战……………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………34 4.2AdvancesintheNext十年36 4.3Accelerating发展39 4.4预期结果42 4.5参考文献42 05.能源Materials44 5.1Grand挑战……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………44 5.2AdvancesintheNext十年46 5.3Accelerating发展……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………47 5.4预期结果49 附录55.15参考文献49 AA.议程…………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………52 AB.研讨会与会者…… AC.首字母缩略词and缩写56 AD.参考文献by章………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……58 执行摘要 来自 能源报告的AI章节 01核能：加快许可和监管流程 02电网:构建网络和所有危害弹性和安全的能源系统 03碳管理：实现一个虚拟地下地球模型 04储能:公平和无障碍部署 05能源材料:超越材料 实现生命周期的性能和性能- 感知材料设计 人工智能(AI)提供了一个转型机会 快速部署新的清洁能源，保护关键的电网能源资产来自威胁参与者，并降低资本和运营成本 下一代能源技术和互联系统体现了转变的需求方。联合 各国将需要在能源基础设施上投资数万亿美元到2050年达到国家清洁、有弹性的目标。在能源部（DOE）国家实验室，AI 在核，可再生和碳领域具有令人难以置信的潜力由于能够表示管理域 前所未有的系统模型大小，提供强大的计算资源，并从国家的劳动力中获取知识 顶级科学家。总的来说，人工智能可以降低设计成本，许可、部署、运营和维护能源基础设施 数千亿美元，如果以下应用能源挑战已经实现。 AI为加速设计提供了突破性的机会， 部署和许可新的能源产能。商业发电厂设计和许可是一个多年的努力， canaccountforupto50%oftimetomarketfornewenergydeployments.DOEestimatestheonboardingof1.6TWofnew 太阳能容量和200吉瓦的新核能容量，同时实现氢、地热、关键矿物和其他清洁 到2050年的能源资源，伴随着可能接近数万亿美元的国家投资成本以应对全球日益增长的需求。清洁能源需求。此外，DOE估计需要将成本降低到低于100美元/净公吨二氧化碳 等同于碳捕获与存储，以应对碳污染。人工智能有潜力缩短时间表至新的清洁能源设计约20%，到2050年可能节省数千亿美元。 此外，人工智能可以增加和扩大对能源开发劳动力的需求。 能源电网的发电能力和需求侧需求正在经历对安全性的快速变化要求，可靠且具有韧性的规划与运营控制。不断增长的通讯、控制、数据量以及 信息的增长正在塑造数字景观，通过提高电网的灵活性、可靠性和敏捷性。 增加运营商和消费者对系统可见度。整合电网操作中的能源系统一体化可能能够节省通过自动优化发电和需求侧需求，每年数十亿美元。 自主操作技术可以提供跨各种清洁领域的监控、控制和维护自动化。 能源技术。分散式、消费者端的技术正在通过电动