كيف يُمكِّن الذكاء الاصطناعي إنتاج الهيدروجين الأخضر بتكلفة فعّالة

التحكم الفوري في وحدات التحليل الكهربائي باستخدام إشارات توليد الطاقة المتجددة

تقوم أنظمة الذكاء الاصطناعي بضبط عمليات التحليل الكهربائي استنادًا إلى البيانات الفورية القادمة من مصادر الطاقة المتجددة، مما يساعد على تحسين استخدام الطاقة عندما تكون الألواح الشمسية تُولِّد بأقصى طاقتها أو عندما تدور توربينات الرياح بسرعة عالية. وتدرس الخوارزميات الذكية ما هو متوقع حدوثه لاحقًا من حيث أنماط الطقس وطلب الشبكة الكهربائية، ثم تقوم بتعديل عوامل مثل مستويات الجهد، ومعدلات تدفق التيار، ودرجات حرارة التشغيل. ووفقًا لبحث نُشِر العام الماضي في مجلة «Renewable Systems»، يمكن لهذه التعديلات أن ترفع إنتاج الهيدروجين بنسبة تصل إلى ٩٪ تقريبًا، وتقلل النفقات التشغيلية بنسبة تقارب ١٢٪. والفوائد هنا لا تقتصر على توفير المال فحسب؛ بل عندما توجد طاقة زائدة يجب إعادتها إلى الشبكة الكهربائية، فإن هذا النوع من التحكم الذكي يمنع هدر الطاقة. كما أنه يحمي أغشية التحليل الكهربائي الباهظة الثمن من التآكل المتسارع، وهي ظاهرة تُحدث خسارة كبيرة في الميزانيات طويلة الأجل الخاصة بصيانة محطات إنتاج الهيدروجين الأخضر.

دراسة حالة: التحليل الكهربائي باستخدام غشاء بوليمر توصيلي (PEM) المُحسَّن بالذكاء الاصطناعي في ألمانيا

لقد أطلقت إحدى الشركات الرائدة في مجال تكنولوجيا الطاقة مؤخرًا منظومةً لتحليل الماء باستخدام التحليل الكهربائي PEM مدعومةً بالذكاء الاصطناعي في شمال ألمانيا، وتمكّنت من تحقيق نسبة استخدام تبلغ نحو ٩٥٪ من مصادر الطاقة المتجددة. وركّزت الشركة على الاستفادة من طاقة الرياح الأقل تكلفةً في أوقات انخفاض الطلب، ما ساهم في خفض فواتير الكهرباء بنسبة تقارب ١٨٪، مع زيادة إنتاج الهيدروجين السنوي بنحو ٢٢٬٠٠٠ كيلوجرام. كما أسهمت ميزات الصيانة التنبؤية المدمجة في النظام بشكلٍ ملموسٍ أيضًا، إذ قلّلت وقت توقف المعدات بنسبة تقارب ٣٠٪ بفضل اكتشاف مشكلات الضغط المزعجة مبكرًا قبل أن تتفاقم إلى مشكلات جوهرية. ويُظهر هذا النوع من التكامل الذكي بين أنظمة الذكاء الاصطناعي ومصادر الطاقة المتجددة إمكانات واعدةً لخفض تكاليف إنتاج الهيدروجين الأخضر إلى نحو ٣٫٥٠ دولار أمريكي لكل كيلوجرام، ما يجعله أكثر جدوىً للتبني الواسع في السوق.

دمج أنظمة الهيدروجين الأخضر مع مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة

التنبؤ بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتحسين توقيت عملية التحليل الكهربائي

يُعَدُّ الحصول على تنبؤات دقيقةٍ بشأن مستويات أشعة الشمس وظروف الرياح أمراً محورياً إذا أردنا إنتاج الهيدروجين الأخضر بتكلفة معقولة. فعندما تشغِّل الشركات معدات التحليل الكهربائي الخاصة بها في الأوقات التي تصل فيها مصادر الطاقة المتجددة إلى أقصى طاقتها التوليدية، يمكنها خفض التكاليف بنسبة تصل إلى ٢٥٪ مقارنةً بالالتزام بالجداول التشغيلية الاعتيادية، وفقاً لبحث نشرته مجلة «إينيرجي كونفرسيون مانجمنت» عام ٢٠٢٣. وتدمج هذه الأدوات التنبؤية المتطورة بيانات من الأقمار الصناعية والبيانات الجوية وسجلات الأداء السابقة لتحديد أفضل اللحظات لزيادة الإنتاج. وبشكل أساسي، يعني ذلك إنتاج الهيدروجين في الأوقات التي تكون فيها الطاقة النظيفة الرخيصة وافرةً، بدل الاعتماد على الكهرباء المُستمدة من الشبكة العامة باهظة الثمن في الأيام التي لا تتوفر فيها طاقة الرياح أو أشعة الشمس بشكل كافٍ. ويؤدي هذا النهج إلى خفضٍ مزدوجٍ: أولهما الاعتماد على مصادر الطاقة التقليدية، وثانيهما البصمة الكربونية الإجمالية المرتبطة بعمليات التصنيع.

خدمات الشبكة العامة وتجنب التخفيض القسري للإنتاج عبر الطلب المرِن على الهيدروجين الأخضر

تُعتبر منشآت الهيدروجين الأخضر "مصارف طاقة" استجابةً، تمتص فائض الطاقة المتجددة أثناء فترات التوريد الزائد. وفي عام 2022، كلف إهمال (إيقاف) جزء من طاقة الرياح والطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم شركات المرافق ٧٤٠ مليون دولار أمريكي (معهد بونيمون)— وهي خسارة يمكن لأجهزة التحليل الكهربائي المرنة أن تُعوّضها مباشرةً. وبتوسيع نطاق إنتاج الهيدروجين في الوقت الفعلي وفقًا لتوفر مصادر الطاقة المتجددة، فإن هذه الأنظمة:

• تحوِّل الطاقة التي كانت ستُهمَل في الأصل إلى وقود قابل للتخزين وخالٍ تمامًا من الكربون
• توفر خدمات شبكة ثانوية— بما في ذلك استقرار الجهد والتردد
• تحل محل محطات التوليد بالوقود الأحفوري ذات الاستخدام الذروي خلال فترات الطلب المرتفع أو انخفاض التوليد
  وهذا يحوّل منشآت الهيدروجين الأخضر من مستهلكين سلبيين إلى أصول نشطة لتحقيق توازن الشبكة الكهربائية— مما يعزِّز مرونة النظام ويحسّن الجدوى الاقتصادية للمشاريع.

جدولة ذكية لأحمال أعمال الذكاء الاصطناعي عالية الاستهلاك للطاقة باستخدام الهيدروجين الأخضر والمصادر المتجددة

مرافق تدريب الذكاء الاصطناعي والمنشآت المنتجة للهيدروجين الأخضر المُركَّبة في موقع واحد: بنية تحتية ذات فائدتين

وضع مرافق تدريب الذكاء الاصطناعي بجوار إنتاج الهيدروجين الأخضر يُشكِّل نظامًا قويًّا جدًّا للطاقة المتجددة. ويتم جدولة عبء العمل الخاص بالذكاء الاصطناعي بحيث يتطابق مع الأوقات التي تُولِّد فيها الألواح الشمسية وتوربينات الرياح أقصى كمية ممكنة من الطاقة، مما يسمح باستهلاك الكهرباء النظيفة مباشرةً من هذه المصادر. وعندما تتوفَّر طاقة متجددة إضافية لا تُحتاج لأغراض الحوسبة، تُوجَّه هذه الطاقة الفائضة إلى أجهزة التحليل الكهربائي بدلًا من ذلك. وهذه الأجهزة تحوِّل الإلكترونات الفائضة إلى هيدروجين يمكن تخزينه لاستخدامه لاحقًا. وعندما تنخفض إمدادات الطاقة المتجددة، يُستخدم هذا الهيدروجين المخزَّن لتغذية التوربينات أو خلايا الوقود، مما يضمن استمرار التشغيل دون أي انبعاثات كربونية. وتتولَّى خوارزميات ذكية إدارة هذه العملية المتوازنة بكفاءة، حيث تتنبَّأ بموعد توافر مصادر الطاقة المتجددة وباحتياجات الحوسبة في الأوقات المختلفة. والنتيجة التي تراها الشركات هي انخفاضٌ يبلغ نحو ٣٠٪ في الطاقة المهدرة، وتوفيرٌ مستمرٌ للطاقة النظيفة اللازمة لعملياتها الخاصة بالذكاء الاصطناعي، ووفورات تصل إلى نحو ٤٠٪ في نفقات التشغيل مقارنةً بالنظم المنفصلة. علاوةً على التخلُّص الكامل من أنظمة الدعم القائمة على الوقود الأحفوري، مع الحفاظ في الوقت نفسه على مستويات أداء جيدة.

أسئلة شائعة

كيف يسهم الذكاء الاصطناعي في إنتاج الهيدروجين الأخضر؟

يُحسِّن الذكاء الاصطناعي عمليات أجهزة التحليل الكهربائي باستخدام بيانات لحظية من مصادر الطاقة المتجددة، مما يعزز كفاءة استهلاك الطاقة وإنتاج الهيدروجين، ويقلل في الوقت نفسه من تكاليف التشغيل.

ما الفوائد المترتبة على الصيانة التنبؤية المدعومة بالذكاء الاصطناعي في إنتاج الهيدروجين؟

تقلل الصيانة التنبؤية القائمة على الذكاء الاصطناعي من توقف المعدات عن العمل وتمنع حدوث أعطال جسيمة، ما يؤدي إلى خفض التكاليف وزيادة موثوقية عمليات إنتاج الهيدروجين.

كيف تعمل محطات الهيدروجين الأخضر كمصارف طاقية؟

تمتص محطات الهيدروجين الأخضر فائض الطاقة المتجددة خلال فترات التوريد الزائد، وتحوله إلى وقود قابل للتخزين وخالٍ تمامًا من الكربون، وبالتالي تعزز استقرار الشبكة الكهربائية ومرونتها.