تطبيقات التوأمة الرقمية في الطاقة الكهربائية

أضحت تقنية التوأمة الرقمية من المفاهيم الحديثة التي لاقت رواجا كبيرا في تطبيقات واستخدامات الثورة الصناعية الرابعة، وهي عبارة عن إيجاد نظير افتراضي لأي جسم أو نظام مادي ومن ثـم تكوين رابط بين العالم الحقيقي والرقمي مع استخدام البيانات المرسلة في الوقت الفعلي من أجهزة الاستشعار الموجودة على الجسم أو النظام لمحاكاة السلوك ومراقبة العمليات، وبالتالي نستطيع التحكم فيه في العالم الحقيقي، وترتبط التوأمة الرقمية عادة بتقنيات أخرى، مثل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء. إن هذه التقنية ليست وليدة الأعوام العشرة الماضية فحسب، لكنها تمتد إلى نصف قرن مضى، أي منذ انفجار مركبة أبولو 13 الفضائية التي بحثت وكالة ناسا الفضائية إثر ذلك في طرق جديدة للتحكم في المركبات الفضائية، على الرغم من أن التوأمة الرقمية بمفهومها الشامل لم يتم تطبيقها بشكلها الحالي آنذاك.

لقد استخدمت التوأمة الرقمية في نهائيات كأس العالم في قطر 2022 لتوأمة الملاعب رقميا ونقل المعلومات بالإنذارات وكامل المراقبة على الملاعب، وتعدت التوأمة الرقمية إلى الصناعات الطبية والمنشآت والطيران والمياه والكهرباء والبترول. ويمكن تقسيم تقنية التوأمة الرقمية إلى أربعة أنواع، لكل منها خصائصه وفوائده الفريدة: توأمة المكونات والأصول والأنظمة والعمليات، وتقدم التوأمة الرقمية الرؤى اللازمة لاكتساب الكفاءات التشغيلية عبر سلاسل القيمة. وباستخدام التوأمة الرقمية القائمة على العمليات، يمكن للمنظمات جمع مجموعات مختلفة من البيانات للحصول على معلومات في الوقت الفعلي حول أداء الأصول والإنتاج.

ولعل أقرب مثال عملي على التوأمة الرقمية في التصنيع لهو مجموعة من المعدات المجهزة بأجهزة استشعار. على سبيل المثال، آلة مزودة بمحرك كهربائي وعمود دوران ومجهزة بجهاز استشعار للاهتزاز ومستشعر لدرجة الحرارة ومقياس لعدد دورات المحرك في الدقيقة. وتقوم التوأمة الرقمية بإنشاء نسخ افتراضية من المواقع الفعلية وعمليات المصنع والعمليات التجارية والأصول. وباقتران التوأمة الرقمية مع الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، يمكن لمشغلي المصانع العثور على قيم متجددة ضمن بيانات المصنع تتيح بعد ذلك الاستفادة منها لدفع التحسين والتطوير.

لقد اقتحمت التوأمة الرقمية صناعة الكهرباء من خلال تفعيل هذه التقنية كمصدر للبيانات حول وحدة معدات الطاقة، الذي يستخدم لتنفيذ دعم قرار التشغيل، ويسمح هذا المفهوم بنمذجة وتشخيص ومراقبة الحالة الفنية للوحدات الخاضعة للتحكم. ويمكن أن تعالج التوأمة الرقمية بشكل فاعل التحديات المتعلقة بإدارة الأصول والموثوقية التشغيلية والاستدامة البيئية في مرافق الكهرباء، ما يؤدي إلى تحسين الأداء العام وتهيئة مستقبل أكثر استدامة. ويمكن أن تساعد التوأمة الرقمية كذلك على مراقبة استهلاك الطاقة وتحسينه من خلال توفير نماذج رقمية للمعدات والعمليات. إن أحد التطبيقات الرئيسة للتوأمة الرقمية يرتكز على الصيانة التنبؤية للمولدات وخطوط النقل ووحدات التوزيع، حيث يحتوي التوأم الرقمي على وحدات ذكية تراقب بشكل مستمر حالة المكونات الفردية والنظام بأكمله.

ومن خلال دمج معلومات الفواتير ومعلومات القياس في نموذج التوأمة الرقمية مع الذكاء الاصطناعي، يمكن للأطراف المعنية في مراقبة أنماط استهلاك الطاقة واكتشاف الحالات الشاذة وتحسين العمليات وتجربة التقنيات الجديدة قبل الاستخدام التشغيلي الكامل. ويمكن استخدام التوأم الرقمي لتوربينات الرياح ولألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية من أجل التنبؤ بسلوكياتها وأدائها المستقبلي.

ختاما، من خلال إنشاء نسخ رقمية باستخدام التوأمة الرقمية للمواقع التشغيلية، ستتمكن شركات مرافق الكهرباء من الوصول إلى بيئة محاكاة في الوقت الفعلي، يمكن استخدامها في عديد من الأغراض، مثل تحسين الكفاءة التشغيلية، وتقليل تكاليف الصيانة، وإنشاء قيم جديدة لمرافق الكهرباء.