IoT + KI, oder wie man die Energiekosten in einem Unternehmen senken kann | KI im Geschäft #88

Was ist das Internet der Dinge? (IoT)

Das Internet der Dinge, auch bekannt als IoT, ist eine Technologie, die die Verbindung und den Austausch von Daten zwischen verschiedenen Geräten, die mit dem Internet verbunden sind, ermöglicht. Es ist ein Netzwerk physischer Objekte – “Dinge” – die mit Sensoren, Software und Technologien ausgestattet sind, die es ihnen ermöglichen, Daten mit anderen Geräten und Systemen über das Internet auszutauschen. Aber warum sollten alle Geräte mit dem Internet verbunden werden – von Druckern und Kühlschränken bis hin zu Klimaanlagen, Lastwagen und Industriemaschinen?

Forschungen von Transforma Insights zeigen, dass die Produktion neuer IoT-Geräte den globalen Stromverbrauch bis 2030 um 34 Terawattstunden (TWh) erhöhen wird. In der Zwischenzeit könnte das Training und die Nutzung großer Sprachmodelle, wie ChatGPT, dazu führen, dass Rechenzentren bis zu 21% des weltweiten Strombedarfs verbrauchen.

Allerdings werden IoT-Lösungen auch den Stromverbrauch im Vergleich zur Nutzung derselben Art von sensorlosen Geräten um über 1,6 Petawattstunden (PWh) senken. Um das Ausmaß zu veranschaulichen – das ist die Menge an Strom, die benötigt wird, um den Verbrauch von über 136,5 Millionen Haushalten für ein Jahr zu decken. Unternehmen können jedoch ohne immer neue Geräte nicht gedeihen, und künstliche Intelligenz kann erheblich dazu beitragen, den Energieverbrauch weiter zu minimieren.

Quelle: Transforma Insights (https://www.6gworld.com/)

Was ist die Verbindung zwischen IoT und KI?

Künstliche Intelligenz analysiert Daten von Internet der Dinge-Geräten, identifiziert Trends und Strategien zur Energieeinsparung. Dank dessen eröffnen IoT und KI neue Möglichkeiten für ein effizientes Energiemanagement. Zum Beispiel kann KI Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) basierend auf:

• Nutzungsmustern von Räumen – zum Beispiel die Temperatur in einem unbesetzten Raum an einem bestimmten Tag zu senken,
• Wetterbedingungen – die Leistung der Klimaanlage an einem bewölkten oder windigen Tag zu reduzieren,
• der Raumluftqualität – die Lüftungseffizienz nur während eines Meetings mit vielen Personen zu erhöhen.

Darüber hinaus ermöglicht KI, unterstützt durch IoT, die Erstellung digitaler Zwillinge zur Optimierung von Fertigungsprozessen, wie die Vorhersage des Verbrauchs von Maschinenbauteilen oder die Analyse der Häufigkeit und Ursachen von Ausfällen, die zu Stillstand führen.

IoT-KI-Technologien sind vorteilhaft für die gesamte Stromversorgungskette – Verbraucher, Verteiler und Kraftwerke. Das Internet der Dinge ermöglicht die Automatisierung verschiedener Prozesse, wie das Sammeln von Energiedaten für Messungen und Analysen. Die Anwendung von Hardware-Leistungsbeschränkungen und die Optimierung der Trainingszeit von KI-Modellen können den Energieverbrauch um etwa 12% bis 15% mit minimalen Auswirkungen auf die Modellleistung reduzieren.

Wie können IoT und KI die Energiekosten in Ihrem Unternehmen senken?

IoT-Sensoren in Gebäuden senden Echtzeitdaten zum Energieverbrauch zur Analyse, beschleunigen Reparaturen und reduzieren Energieverluste durch fehlerhafte Geräte. Hier sind Beispiele für Sensoren, die in Gebäuden installiert werden können:

• Temperatursensoren – überwachen Temperaturänderungen in Räumen und ermöglichen die Optimierung des Energieverbrauchs für Heizung oder Kühlung,
• Lichtsensoren – erkennen den natürlichen Lichtpegel und passen automatisch die Intensität der künstlichen Beleuchtung an,
• Bewegungssensoren – ermöglichen die Aktivierung des Systems nur, wenn Personen im Raum anwesend sind, wodurch unnötiger Energieverbrauch reduziert wird,
• intelligente Zähler – sammeln Daten zum Energieverbrauch, die eine detaillierte Analyse und Optimierung ermöglichen,
• Luftqualitätssensoren – regulieren den Betrieb von Belüftungssystemen und gewährleisten eine angemessene Luftqualität bei minimalem Energieverbrauch.

Intelligente Thermostate und Beleuchtungssysteme können sich an die Nutzungsmuster von Räumen anpassen und die Energiekosten senken. IoT-Geräte können den Stromverbrauch und die Kosten in Gebäuden während der Spitzenzeiten durch Nachfragereaktionsprogramme und Zeitplanung senken. Die Implementierung von IoT- und KI-basierten Lösungen kann zu Energieeinsparungen von bis zu 40% führen. Darüber hinaus optimieren KI-gesteuerte Energiespeicherlösungen deren Nutzung durch das Management von Speicherung und Verteilung.

Quelle: DALL·E 3, Eingabeaufforderung: Marta M. Kania (https://www.linkedin.com/in/martamatyldakania/)

Vorteile der Nutzung von IoT und KI

Die Einführung intelligenter IoT- und KI-Technologien bringt viele Vorteile mit sich. Es ist nicht nur eine Möglichkeit, die Rechnungen zu senken, sondern auch den Komfort der Bürounutzung zu verbessern, insbesondere:

• bessere Temperaturkontrolle und Energieeinsparungen dank intelligenter Thermostate,
• Kontrolle der Lichthelligkeit, was eine signifikante Reduzierung des Stromverbrauchs bedeutet, insbesondere während der Herbst-Winter-Periode,
• Regulierung der Luftfeuchtigkeit – besonders wichtig bei der Lagerung von Dokumenten oder empfindlichen, spezialisierten Geräten.

IoT-Geräte werden auch zunehmend ausgeklügelter, und als Reaktion auf die wachsende Nachfrage sinken die Preise für Sensoren. Ein Beispiel ist Flex2X, eine Lösung, die von dem britischen Unternehmen Grid Edge (https://gridedge.ai/) entwickelt wurde. Dieses System integriert Informationen von bereits installierten Sensoren in Gebäuden, wie Temperatur- oder Feuchtigkeitssensoren, mit zusätzlichen Daten, wie Wetterbedingungen. Es analysiert diese dann mithilfe von KI-Algorithmen und optimiert kontinuierlich die Energienutzung im Gebäude.

Quelle: DALL·E 3, Eingabeaufforderung: Marta M. Kania (https://www.linkedin.com/in/martamatyldakania/)

Nachteile des IoT – wie viel Energie benötigt KI?

Leider bringt die Kombination von Internet der Dinge und KI auch ihre Nachteile mit sich. Die Nutzung von IoT und KI ist hauptsächlich mit dem Bedarf an erheblichem Energieverbrauch verbunden. Detaillierte Informationen über die Menge an Energie, die benötigt wird, um das leistungsstärkste und bekannteste GPT-4-Modell zu trainieren, das in der kommerziellen Version von ChatGPT und BingChat verwendet wird, wurden nicht öffentlich bekannt gegeben. Basierend auf verfügbaren Daten können wir jedoch das Ausmaß dieses Vorhabens umreißen.

Das GPT-4-Modell hat über 175 Milliarden Parameter und wurde auf einem Datensatz von über 45 TB trainiert. Dies erfordert einen intensiven Prozess der Datenanalyse und der Feinabstimmung der Modellparameter, was zu einer erheblichen Nachfrage nach Rechenleistung führt und hohen Energieverbrauch zur Folge hat.

Für das Training des GPT-4-Modells wurden fortschrittliche Grafikprozessoren (GPUs) und Tensorverarbeitungseinheiten (TPUs) verwendet, die für ihren intensiven Energieverbrauch bekannt sind.

Zusammenfassung

IoT und KI können nicht nur einen erheblichen Einfluss auf die finanziellen Ergebnisse eines Unternehmens haben, sondern auch auf die Umwelt, indem sie die Energieeffizienz verbessern. Ein durchschnittliches großes Gebäude verbraucht jährlich etwa 230.000 kWh Strom, was Kosten von rund 25.000 USD entspricht. Die Implementierung des Internet der Dinge kann dazu beitragen, den Energieverbrauch um 10% bis 15% zu senken. Die Integration von IoT und KI ist auch entscheidend, um das Potenzial von Smart Factories in Bezug auf nachhaltige Entwicklung und Kosteneinsparungen vollständig auszuschöpfen.

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