مقدمه

کشورهای عضو شورای همکاری خلیج فارس (بحرین، کویت، عمان، قطر، عربستان سعودی و امارات متحده عربی) در مقطع حساسی از گذار انرژی خود قرار دارند. این کشورها که سابقه اتکای تاریخی به سوخت‌های فسیلی دارند—که تقریباً ۳۰٪ ذخایر جهانی نفت و ۲۰٪ ذخایر گاز طبیعی را شامل می‌شوند—به طور فزاینده‌ای در انرژی‌های تجدیدپذیر سرمایه‌گذاری می‌کنند تا سبد انرژی خود را متنوع سازند و به اهداف پایداری مندرج در چشم‌اندازهای ملی مانند «چشم‌انداز عمان ۲۰۴۰»، «چشم‌انداز ۲۰۳۰ عربستان سعودی» و «چشم‌انداز ملی قطر ۲۰۳۰» دست یابند. فناوری Digital Twin و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی به عنوان ابزارهای تحول‌آفرین در حمایت از این گذار ظهور کرده‌اند و با افزایش کارایی انرژی، بهینه‌سازی ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر و کاهش تأثیرات زیست‌محیطی، نقش مؤثری ایفا می‌کنند. این مقاله به بررسی کاربردها، مزایا و چالش‌های این فناوری‌ها در توسعه انرژی پایدار در منطقه GCC می‌پردازد.

درک فناوری Digital Twin و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی

Digital Twin یک بازنمایی پویا و مجازی از یک دارایی فیزیکی، سیستم یا فرآیند است که با استفاده از داده‌های لحظه‌ای دریافت‌شده از حسگرها، دستگاه‌های اینترنت اشیا و منابع دیگر، عملکرد را شبیه‌سازی و تحلیل می‌کند. این فناوری امکان نگهداری پیش‌بینانه، پایش بلادرنگ و آزمون سناریوها را بدون ایجاد اختلال در عملیات فیزیکی فراهم می‌آورد. شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی که اغلب در Digital Twin ادغام می‌شوند، نمایش‌های بصری دقیقی از سیستم‌ها ارائه می‌دهند و به ذی‌نفعان اجازه می‌دهند تا زیرساخت‌های پیچیده انرژی را مدل‌سازی کنند، نتایج را پیش‌بینی کرده و طراحی‌ها را بهینه‌سازی کنند.

در زمینه سیستم‌های انرژی، این فناوری‌ها به‌ویژه برای مدیریت تغییرپذیری منابع تجدیدپذیر مانند خورشید و باد، بهینه‌سازی شبکه‌های هوشمند و تضمین رعایت استانداردهای زیست‌محیطی ارزشمند هستند. در منطقه GCC، جایی که سهم انرژی‌های تجدیدپذیر هنوز کمتر از ۱٪ مصرف انرژی اولیه است، Digital Twin و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی مسیر مؤثری برای تسریع توسعه پایدار ارائه می‌دهند.

کاربردها در توسعه انرژی پایدار

فناوری Digital Twin و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی در حوزه‌های مختلف در کشورهای GCC به کار گرفته می‌شوند تا از ابتکارات انرژی پایدار حمایت کنند. کاربردهای کلیدی به شرح زیر است:

1. ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر
   ماهیت ناپایدار منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید و باد، چالش‌هایی برای پایداری شبکه ایجاد می‌کند. Digital Twin با شبیه‌سازی تأثیر ادغام انرژی تجدیدپذیر بر شبکه، به اپراتورها امکان پیش‌بینی نوسانات و بهینه‌سازی عملکرد سیستم را می‌دهد. به عنوان مثال، Digital Twin یک نیروگاه خورشیدی می‌تواند تولید انرژی را تحت شرایط آب‌وهوایی مختلف مدل‌سازی کند و در تعادل عرضه و تقاضا کمک کند. شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی این فرآیند را با نمایش بصری جانمایی دارایی‌های تجدیدپذیر و بهینه‌سازی آن‌ها برای بیشینه‌سازی کارایی تقویت می‌کنند. در امارات، مؤسسه Masdar از چنین فناوری‌هایی برای تطبیق سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر با شرایط اقلیمی محلی بهره می‌برد.
2. بهینه‌سازی شبکه‌های هوشمند
   شبکه‌های هوشمند که امکان جریان دوطرفه انرژی و داده را فراهم می‌کنند، برای سیستم‌های انرژی پایدار حیاتی هستند. Digital Twin نسخه مجازی شبکه را ارائه می‌دهد و امکان پایش بلادرنگ، نگهداری پیش‌بینانه و شناسایی خطاها را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، یک Digital Twin می‌تواند خطوط بیش‌گرم‌شده یا تلفات انتقال را شناسایی کرده و ضایعات انرژی را کاهش دهد. شبکه برق سازمان اتصال GCC که برای تسهیل تجارت برق درون‌منطقه‌ای طراحی شده، می‌تواند از Digital Twin برای افزایش کارایی و مقاومت عملیاتی بهره‌مند شود. شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی نیز با مدل‌سازی الگوهای بار و طراحی زیرساخت، برنامه‌ریزی شبکه را پشتیبانی می‌کنند.
3. کارایی انرژی در ساختمان‌ها
   ساختمان‌ها بخش قابل توجهی از مصرف انرژی در GCC را تشکیل می‌دهند، به‌ویژه به دلیل نیازهای سرمایشی در اقلیم خشک منطقه. ترکیب Digital Twin با مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM) امکان پایش بلادرنگ مصرف انرژی، کیفیت محیط داخلی و عملکرد تجهیزات را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، Digital Twin یک ساختمان هوشمند در دبی می‌تواند استراتژی‌های صرفه‌جویی انرژی مانند بهینه‌سازی سیستم‌های HVAC را شبیه‌سازی کند و تا ۳۰٪ صرفه‌جویی انرژی ایجاد نماید. شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی نیز طراحی ساختمان را نمایش می‌دهند و به معماران کمک می‌کنند مواد و پیکربندی‌های کم‌مصرف را برای رعایت استانداردهایی مانند LEED و BREEAM انتخاب کنند.
4. نگهداری پیش‌بینانه زیرساخت‌های انرژی
   Digital Twin با تحلیل داده‌های بلادرنگ از دارایی‌های انرژی مانند توربین‌های بادی یا پنل‌های خورشیدی، نگهداری پیش‌بینانه را تسهیل می‌کند و خرابی‌های احتمالی را قبل از وقوع پیش‌بینی می‌کند. این امر باعث کاهش زمان توقف، افزایش طول عمر دارایی و کاهش هدررفت انرژی می‌شود. در پروژه NEOM عربستان، از Digital Twin برای پایش و نگهداری زیرساخت‌های انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌شود تا پایداری بلندمدت تضمین شود. شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی نیز با نمایش فرسودگی تجهیزات، تعمیرات پیشگیرانه را تسهیل می‌کنند.
5. کاهش انتشار کربن
   Digital Twin با شبیه‌سازی سیستم‌های انرژی، از اهداف خنثی‌سازی کربن در GCC حمایت می‌کند و فرصت‌های کاهش انتشار را شناسایی می‌نماید. به عنوان مثال، Digital Twin یک سیستم چندانرژی می‌تواند ادغام انرژی خورشیدی، ذخیره انرژی و فناوری‌های جذب کربن را مدل‌سازی کند تا انتشار CO2 به حداقل برسد. شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی منابع انتشار در طول چرخه انرژی، از تولید تا مصرف، را نمایش می‌دهند و مداخلات هدفمند را ممکن می‌سازند. تعهد GCC به اهداف COP26، از جمله توسعه پنل‌های خورشیدی و جذب کربن، با این فناوری‌ها تقویت می‌شود.

مطالعات موردی در کشورهای حوزه خلیج فارس

چندین ابتکار در کشورهای GCC کاربرد عملی Digital Twins و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی را نشان می‌دهند:

• شهر سلطان هیتام، عمان:
  
  این پروژه برای طراحی و شبیه‌سازی سیستم‌ها قبل از پیاده‌سازی واقعی استفاده می‌شود. با استفاده از نرم‌افزار CAD و شبیه‌سازی‌ها، مهندسان می‌توانند عملکرد سیستم‌ها را در شرایط مختلف ارزیابی کنند.
  
• NEOM، عربستان سعودی:
  
  این پروژه شهری آینده‌نگر از Digital Twins برای بهینه‌سازی سیستم‌های انرژی، از جمله مزارع خورشیدی و بادی، برای دستیابی به کربن صفر استفاده می‌کند. شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی زیرساخت‌های شهری را مدل‌سازی می‌کنند تا برنامه‌ریزی شهری با مصرف انرژی بهینه تضمین شود.
  
• شهر مصدر، امارات متحده عربی:
  
  مؤسسه Masdar از Digital Twins برای افزایش کارایی سیستم‌های انرژی خورشیدی استفاده می‌کند و آنها را با دمای بالا و شرایط گرد و غبار منطقه تطبیق می‌دهد. شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی از طراحی ساختمان‌های کم‌مصرف انرژی پشتیبانی می‌کنند.
  
• پروژه دریای سرخ، عربستان سعودی:
  
  Digital Twins دارایی‌های انرژی تجدیدپذیر را پایش کرده و مصرف انرژی در زیرساخت‌های گردشگری پروژه را بهینه می‌کند. تجسم‌های سه‌بعدی اطمینان می‌دهند که طراحی پایدار با استانداردهای محیط‌زیستی مطابقت داشته باشد.
  

مزایای Digital Twins و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی

استفاده از این فناوری‌ها مزایای قابل‌توجهی برای توسعه انرژی پایدار در کشورهای حوزه خلیج فارس به همراه دارد:

مسیرهای آینده

برای به حداکثر رساندن تأثیر Digital Twins و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی در کشورهای GCC، استراتژی‌های زیر پیشنهاد می‌شوند:

1. سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه:
   افزایش بودجه برای مؤسساتی مانند موسسه Masdar جهت توسعه فناوری‌های بومی. نسبت تحقیق و توسعه به تولید ناخالص داخلی در کشورهای GCC (۰.۱–۰.۸٪) نسبت به کشورهای صنعتی (۲–۳٪) عقب است و نیاز به سرمایه‌گذاری بیشتر را نشان می‌دهد.
2. استانداردسازی:
   توسعه آنتولوژی‌ها و پروتکل‌های استاندارد برای همخوانی داده‌ها در سراسر سیستم‌های انرژی.
3. توانمندسازی ظرفیت‌ها:
   ایجاد مراکز Digital Twin و برنامه‌های آموزشی برای ساخت تخصص محلی، همان‌طور که برای بخش ساخت و ساز GCC پیشنهاد شده است.
4. ادغام با هوش مصنوعی و اینترنت اشیا:
   Digital Twins دارایی‌های انرژی تجدیدپذیر را رصد کرده و مصرف انرژی در زیرساخت‌های گردشگری پروژه را بهینه می‌کند. شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی اطمینان می‌دهند که طراحی پایدار با استانداردهای زیست‌محیطی منطبق است.
5. حمایت سیاستی:
   همسو کردن پذیرش Digital Twin با اهداف ملی پایداری از طریق مشوق‌ها و چارچوب‌های قانونی.

نتیجه‌گیری

فناوری Digital Twin و شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی در حال تحول توسعه انرژی پایدار در کشورهای شورای همکاری خلیج (GCC) هستند. این فناوری‌ها با امکان ادغام بهینه انرژی‌های تجدیدپذیر، بهینه‌سازی شبکه‌های هوشمند و کاهش انتشار کربن، نقش کلیدی ایفا می‌کنند. پروژه‌هایی مانند شهر سلطان حیتّم، NEOM و شهر مصدر، پتانسیل تحول‌آفرین این فناوری‌ها را نشان می‌دهند، در حالی که چالش‌هایی مانند هزینه‌های بالا و کمبود نیروی متخصص نیازمند راه‌حل‌های استراتژیک هستند. با سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه، استانداردسازی چارچوب‌های داده‌ای و ایجاد تخصص محلی، کشورهای GCC می‌توانند از این فناوری‌ها برای دستیابی به اهداف بلندپروازانه پایداری خود بهره ببرند و راه را برای آینده‌ای سبزتر و مقاوم‌تر در حوزه انرژی هموار کنند.