التوائم الرقمية تكنولوجيا تقود التحول إلى الطاقة المتجددة

الدكتور حسام شودري، أستاذ مشارك بجامعة هيريوت وات، دبي
شهد العالم تغيرات سريعة وغير متوقعة في السنوات القليلة الماضية، مما يسلط الضوء على التقلبات العالمية المستمرة. وبالتالى هناك التزام عالمي راسخ بمعالجة تغير المناخ وتحويل المجتمعات الصناعية نحو اقتصاد مستدام خالٍ من الكربون. ويعتبر هذا التحول إحدى المهام الحاسمة في عصرنا. وقد وضعت الاقتصادات الرائدة أهدافا طموحة. على سبيل المثال، تعتمد استراتيجية الحياد المناخى في الإمارات العربية المتحدة 2050 على مبادرتين رئيسيتين، مبادرة لتحقيق الحياد المناخي في الإمارات العربية المتحدة بحلول عام 2050، والتي تحدد المسار للوصول إلى صافي الصفر بحلول عام 2050، والمسار الوطني للحياد المناخى بحلول عام 2050، الذي يوضح بالتفصيل الجدول الزمني وطرق هذا التحول. وتهدف هذه الاستراتيجية إلى دفع التقدم الاقتصادي والمجتمعي من خلال قيادة التحول إلى صافي الانبعاثات الصفرية.
مع توجه العالم نحو مستقبل مستدام، يشهد قطاع الطاقة المتجددة تطورات سريعة. إن التوائم الرقمية تُعد واحدة من أكثر التقنيات التحويلية التي تدفع هذا التحول. تعمل تقنية المحاكاة هذه على إنشاء نسخ طبق الأصل افتراضية من الأصول المادية أو الأنظمة أو العمليات، مما يسهل سُبل المراقبة والتحليل والتحسين في الوقت الفعلي. ومن خلال الاستفادة من التوائم الرقمية، يمكن لقطاع الطاقة المتجددة تعزيز الكفاءة، وخفض التكاليف، وتسريع اعتماد حلول الطاقة الخضراء. على سبيل المثال، في قطاع طاقة الرياح، تعمل تقنية التوأم الرقمي على إحداث تحول في تصميم التوربينات وصيانتها وتشغيلها. تعمل التوائم الرقمية على إنشاء نسخ طبق الأصل افتراضية من توربينات الرياح، مما يسهل عملية مراقبة الأداء في الوقت الفعلي، وجدولة الصيانة التنبؤية، وتحسين إنتاج الطاقة. يعمل هذا التقدم على تعزيز الكفاءة وتقليل الأعطال، وبالتالى يقلل من تكلفة إنتاج طاقة الرياح.
أما في مجال الطاقة الشمسية، أثبتت التوائم الرقمية فعاليتها من خلال مطابقة الألواح الشمسية ومزارع الطاقة الشمسية بشكل كامل. يمكن للمشغلين مراقبة مقاييس الأداء، والتنبؤ بالفشل المحتمل، والتخطيط لأنشطة الصيانة بشكل استباقي. ويضمن هذا النهج الاستباقي عمل منشآت الطاقة الشمسية بأعلى مستويات الكفاءة والموثوقية. علاوة على ذلك، تحاكي التوائم الرقمية تأثير المتغيرات البيئية مثل التظليل وتراكم الغبار والظروف الجوية على أداء الألواح الشمسية. تتيح هذه الإمكانية للمشغلين تطبيق استراتيجيات تخفف من هذه العوامل، وبالتالي تحسين إنتاج الطاقة. وفي مجال تخزين الطاقة، تعد التوائم الرقمية أمرًا بالغ الأهمية لإدارة موثوقية البطارية وكفاءتها. حيث يتم مراقبة العوامل في الوقت الفعلي مثل الشحن ودرجة الحرارة والصحة، مما يسمح بالتدخلات في الوقت المناسب.
توفر تقنية التوائم الرقمية ميزة كبيرة من خلال إمكانيات الصيانة التنبؤية. على سبيل المثال، في قطاع الطاقة المتجددة، تقوم التوائم الرقمية بمراقبة حالة الأصول مثل توربينات الرياح أو الألواح الشمسية في الوقت الفعلي. ومن خلال تحليل اتجاهات البيانات، يمكنهم التنبؤ بحالات الفشل المحتملة وجدولة الصيانة قبل ظهور المشكلات. يعمل هذا النهج الاستباقي على تقليل الأعطال وبالتالى توفير الوقت، وإطالة عمر المعدات، وبالتالى تقليل نفقات الصيانة. علاوة على ذلك، تعمل التوائم الرقمية على تحسين الكفاءة التشغيلية من خلال تحسين أداء أنظمة الطاقة المتجددة. ومن خلال محاكاة سيناريوهات مختلفة وتحليل البيانات الحية، فإنها تساعد المشغلين على تحديد الاستراتيجيات الأكثر فعالية لتوليد الطاقة وتوزيعها. وهذا لا يؤدي إلى زيادة إنتاج الطاقة فحسب، بل يقلل أيضًا من تكاليف التشغيل الإجمالية من خلال ضمان استخدام الموارد على النحو الأمثل.
اليوم ومع تزايد الطلب على التحول إلى الطاقة المتجددة بسبب اللوائح الحكومية والضغوطات العالمية، من الضروري تسخير قوة التقنيات مثل التوائم الرقمية. سيؤدي تبنى هذه التكنولوجيا إلى تعزيز الكفاءة التشغيلية لأنظمة الطاقة المتجددة، وتعزيز الجهود لمكافحة تغير المناخ، وتعزيز ممارسات الطاقة المستدامة على مستوى العالم.
تعتبر التوائم الرقمية أيضًا ضرورية لإدارة الشبكات الحديثة. فهي تمنح المشغلين رؤية كاملة للشبكة، مما يساعدهم على التنبؤ بالمشكلات المحتملة ومعالجتها قبل أن تصبح خطيرة. ومن خلال محاكاة سيناريوهات مختلفة، تضمن التوائم الرقمية بقاء الشبكة مستقرة وموثوقة. كما أنها تساعد على التنبؤ بأنماط استهلاك الطاقة وإيجاد طرق لمنع التحميل الزائد على الشبكة، وتحسين الكفاءة التشغيلية. على سبيل المثال، خلال أحد أيام الصيف الحارة، يصل الطلب على الطاقة إلى ذروته عندما يقوم السكان بتشغيل مكيفات الهواء. وباستخدام التوائم الرقمية، يمكن لمشغلي الشبكات التنبؤ بهذه الزيادة في الطلب وتعديل توزيع الكهرباء وفقا لذلك. وفي الوقت نفسه، تعمل الألواح الشمسية الموجودة على أسطح المنازل على توليد الطاقة، ولكن الغطاء السحابي يقلل من إنتاجها بشكل غير متوقع. يقوم التوأم الرقمي بمراقبة هذه التقلبات في إنتاج الطاقة الشمسية في الوقت الفعلي وضبط توازن الشبكة عن طريق إعادة توزيع الطاقة من مصادر أخرى، مثل مزارع الرياح أو أنظمة تخزين الطاقة. وتضمن هذه الإدارة الديناميكية بقاء الشبكة مستقرة وموثوقة، حتى في ظل الظروف الجوية المتغيرة ومتطلبات الطاقة المتغيرة على مدار اليوم.