في دراسة علمية رائدة، أثبت ستة باحثين من جامعات من خمس دول، من بينهم باحث من الجامعة الأمريكية في رأس الخيمة، أنه من خلال تصميم محطة هجينة يمكن لمحطات توليد الطاقة باستخدام التوربينات الغازية أن تقلل بشكل كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، فضلاً عن زيادة الكفاءة وخفض التكاليف.
تشكل محطات توليد الطاقة التي تعمل بتوربينات الغاز حجر الزاوية في إنتاج الطاقة العالمية، فهي مسؤولة عن توليد ما يقرب من نصف الطاقة الكهربائية في العالم؛ ومع ذلك، فإن لها تأثيرًا بيئيًا سلبيًا، حيث تساهم بنسبة 15% من جميع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بالطاقة.
في الدراسة الحالية، يقترح الباحثون تصميمًا هجينًا للمحطة يوفر انخفاضًا بنسبة 18% في تكاليف التشغيل في الساعة واسترداد 1.2 سنة من تكاليف التشغيل، مما يجعل التعديلات التحديثية على مرافق التوربينات الغازية الحالية مقنعة من الناحية المالية، بالإضافة إلى انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 27%.
ويلاحظ أن هذا النظام يتفوق على نظام استرداد الحرارة المهدرة التقليدي من خلال استخدام دورة رانكين لتوليد الطاقة المعززة من خلال الاستفادة من تقنيات لم يتم استكشافها من قبل لتحقيق المزيد من المكاسب في الكفاءة. ويتيح هذا النهج متعدد المراحل لاستعادة الحرارة للنظام تحقيق فوائد ثلاثية تشمل الكهرباء والتبريد وإنتاج الهيدروجين. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام جزء من الكهرباء المولدة لتحلية مياه البحر باستخدام طريقة التناضح العكسي (RO).
وقال الدكتور ديفيد أ. شميت، رئيس الجامعة الأمريكية في رأس الخيمة: “إنه لمن دواعي فخرنا وسعادتنا أن نرى أحد باحثينا يساهم في هذه الدراسة المهمة التي تنطوي على إمكانية المساعدة في الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري. إنه بمثابة تأييد للمستوى العالي من العمل البحثي الذي يتم إجراؤه في الجامعة الأمريكية في رأس الخيمة كجزء من تركيزنا على إجراء البحوث التي تؤدي إلى حلول عملية. وسيعمل مثل هذا النشاط على إلهام خريجينا الشباب على تطوير رؤى قابلة للتنفيذ أثناء مواصلة عملهم الأكاديمي”.
من جانبه، قال الدكتور عدي كومار نوتاكي، الأستاذ المشارك في الهندسة الكيميائية والرئيس التنفيذي للاستدامة في الجامعة الأمريكية في رأس الخيمة: “إن محطة التوربينات الغازية الهجينة المقترحة ليست مجرد نظرية بل قابلة للتنفيذ. وقد تم التحقق من صحة كل نظام فرعي مقابل معايير الصناعة، مع انحرافات أقل من 1.5 في المائة، مما يدل على دقة النموذج. ومن خلال الاستفادة من التقنيات الجاهزة في ظروف تشغيل واقعية، يتوافق التصميم مع قدرات التصنيع الحالية.”
أجرى هذه الدراسة متعددة التخصصات باحثون من جامعاتهم. قاد باحثون من معهد يانتاي للتكنولوجيا (الصين) عملية تحسين متعددة الأهداف قائمة على الذكاء الاصطناعي باستخدام الخوارزميات الجينية ومنهجية اتخاذ القرار LINMAP. قام الدكتور عدي كومار، بصفته مؤلفًا مشاركًا من الجامعة الأمريكية في رأس الخيمة ، بتصميم ودمج نظام تحلية المياه بالتناضح العكسي. تولى باحث من جامعة طشقند التربوية الحكومية (أوزبكستان) النمذجة الديناميكية الحرارية الأساسية لتوربينات الغاز ودورة رانكين. قام باحث متعاون من جامعة الملك سعود (المملكة العربية السعودية) بتطوير وحدة التحليل الكهربائي PEM وتقييمها اقتصاديًا. كما ساهم باحث من الجامعة الإسلامية في النجف (العراق) في تصميم مبرد الامتصاص وحلقة توليد الطاقة الثلاثية منخفضة الحرارة.
وقام كل فريق ببناء الوحدة الخاصة به والتحقق من صحتها، ثم تعاونوا من خلال مستودعات مشتركة واجتماعات افتراضية منتظمة لتقديم إطار عمل ديناميكي حراري اقتصادي متكامل تماماً.
ووفقًا للدكتور عدي كومار، سيواصل الاتحاد البحثي تطوير هذا الإنجاز من خلال التكرار التعاوني للتصميم المتكامل، والاستفادة من دورات التحسين المنتظمة باستخدام الخوارزمية الجينية وأساليب LINMAP، وتحسين استراتيجيات التحكم من خلال التنبؤ بالحمل والصيانة المستند إلى الذكاء الاصطناعي، والتحقق من صحة الأداء في التنفيذ على نطاق تجريبي. ومن خلال الحفاظ على قاعدة شفرة مشتركة للتكامل في الوقت الحقيقي ودمج الملاحظات الواردة من أصحاب المصلحة في الصناعة، سيضمن الفريق أن كل تحسين يتماشى مع الأهداف التجارية والبيئية على حد سواء، والتقدم من التوصيات الواردة في الدراسة نحو نظام جاهز للتطبيق الميداني
