التكنولوجيا: تعزيز مستقبل الطاقة
في أعماق قلب الشمس ، يصطدم بروتونان من ذرات الهيدروجين بعنف. تحت ضغط هائل يندمجون معًا ويطلقون كميات هائلة من الطاقة في عملية تعرف باسم الاندماج النووي. السفر بسرعة الضوء ، بعض هذه الطاقة الشمسية تصل إلى الأرض ، حيث تزود كوكبنا بالطاقة. من الغلايات إلى السيارات ، تنبع كل الطاقة التي نعتمد عليها تقريبًا من الشمس: كان الوقود الأحفوري ذات يوم نباتات يتم تنشيطها عن طريق التمثيل الضوئي ؛ تمتص الألواح الشمسية ضوء الشمس وتحولها إلى كهرباء ؛ حتى مزارع الرياح ومحطات الطاقة الكهرومائية تعتمد على طاقة الشمس لتدفئة الأرض والبحر لخلق الرياح والأنهار البعلية التي تدير توربيناتها. لتشغيل حياتنا المكهربة بشكل متزايد ، هناك وفرة من مصادر الطاقة النظيفة والمتجددة التي يمكننا الاعتماد عليها. والتكنولوجيا هي في طليعة استخدام هذه الطاقة المتجددة بكفاءة أكبر.
تعد الألواح الشمسية واحدة من أكثر الطاقات المتجددة انتشارًا ، حيث تولد بالفعل أكثر من 3.5 في المائة من كهرباء العالم. لكن هناك مجال للتحسين: التقاط ساعة واحدة فقط من ضوء الشمس في العالم من شأنه أن يمد الكوكب بالطاقة لمدة عام. لا يتم تركيب المزيد من الألواح الشمسية فحسب ، بل تجد التكنولوجيا أيضًا طرقًا لجعلها أكثر كفاءة. يمكن أن يؤدي وضع العدسات السداسية في طلاء الزجاج الواقي للوحة ، على سبيل المثال ، إلى تركيز الضوء الوارد لتحقيق معدل كفاءة يبلغ حوالي 30 بالمائة ، مقارنةً بمعيار صناعي يتراوح بين 15 و 22 بالمائة. تؤدي إضافة طبقات رقيقة من السيليكون إلى جانبي الخلية الشمسية إلى زيادة كفاءتها إلى حوالي 25 بالمائة.
ومع ذلك ، مع السيليكون ، وهو أحد المكونات الأكثر كثافة للطاقة في الألواح الشمسية التقليدية ، طور العلم بديلاً باستخدام بلورات البيروفسكايت. يمكن جعلها شفافة ومرنة ، مما يوفر إمكانية استخدام مواد البناء الكهروضوئية مثل النوافذ وبلاط الأسقف ، وحتى الأقمشة التي يمكن ارتداؤها. هناك تقدم كبير آخر هو تقنية PERC (خلية الباعث الخلفي المجهول) ، التي تعكس الضوء غير الممتص مرة أخرى إلى الخلية الشمسية للحصول على فرصة ثانية للتحويل إلى كهرباء. تمكّن PERC أيضًا الألواح الشمسية من أن تكون ثنائية الوجه – حيث تلتقط ضوء الشمس على كلا الجانبين باستخدام تقنية تتبع الشمس التي تحرك اللوحة لضمان أقصى قدر من التعرض.
من بين أكثر أشكال الطاقة المتجددة التي يمكن التعرف عليها هي طاقة الرياح ، حيث أصبحت توربينات الرياح سمة شائعة بشكل متزايد لكل من المناظر الطبيعية والسواحل. تولد الرياح بالفعل أكثر من ستة في المائة من الكهرباء العالمية ، ويتم تطوير تقنيات من شأنها أن تجعل توربينات الرياح أرخص وأكثر كفاءة وأكثر قوة. كان التركيز الرئيسي على الشفرات التي تلتقط طاقة الرياح الحركية ، مع التحسينات التكنولوجية ، بما في ذلك الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مما يسمح ببناء الشفرات لفترة أطول وأخف وزناً لتحقيق كفاءة أكبر. أضافت الأبحاث أيضًا طرفًا منحنيًا برفق إلى الشفرة مما يساعدها على تحقيق أقصى استفادة من الرياح الخفيفة ، وشفرات ذكية يمكنها ضبط نفسها مع تدفق الرياح لتحقيق أعلى أداء.
لا تحدد النمذجة الحاسوبية للفيزياء المعقدة لتدفق الرياح أفضل المواقع لطاقة الرياح فحسب ، بل تحدد أيضًا التكوين الدقيق لتوربينات الرياح لتعظيم الرياح التي تلتقطها أثناء تدفقها عبر المزرعة. تم تطوير توربينات انحراف الرياح حتى تعمل على تحويل الرياح التي تضرب البرج إلى الشفرات بحيث يتم تسخير المزيد من الطاقة. علاوة على ذلك ، فإن التطورات المستقبلية التي يتم استكشافها تشمل Airborne Wind Energy التي تعمل مثل الطائرة الورقية ، وعدم وجود برج يجعلها أرخص لنشرها وقادرة على الوصول إلى ارتفاعات أعلى حيث تكون الرياح أقوى في كثير من الأحيان.
تعد الطاقة المائية أكبر منتج للطاقة المتجددة إلى حد بعيد ، حيث تولد المياه الجارية حوالي 17 بالمائة من الكهرباء في العالم. على الرغم من وجود أكثر من قرن من الخبرة وراء ذلك ، لا تزال تكنولوجيا الطاقة الكهرومائية تحقق تحسينات. واحدة من أكبر الفرص هي الطاقة الكهرومائية منخفضة الرأس التي يمكن أن تولد الكهرباء حتى من منحدر لطيف. لقد أظهر تطوير نظام لولبي هيدروديناميكي أرخميدس ، حيث يتدفق الماء إلى أسفل المسمار ، ويقلبه أثناء نزوله ، كيف يمكن نشر الطاقة الكهرومائية منخفضة الرأس بشكل فعال لتوليد الطاقة الكهرومائية على نطاق واسع وعلى نطاق صغير.
يؤدي استخدام التكنولوجيا لجمع البيانات وتحليلها أيضًا إلى تحسين الكفاءة: العديد من محطات الطاقة الكهرومائية عمرها عقود ، لذا فإن تقييم تفاصيل تدهورها يمكن أن يستبق المشاكل بشكل استباقي. علاوة على ذلك ، فإن الأدوات التحليلية مثل التنبؤ الهيدرولوجي وتحليل النظم المائية الموسمية وجدولة اليوم السابق والعمليات في الوقت الفعلي تساعد المحطات المائية على العمل بكفاءة أكبر. يصبح هذا أكثر أهمية مع تغير المناخ الذي يجلب المزيد من التدفقات المائية المتغيرة والمتطرفة ، والتي سيكون التنبؤ بالطقس عالي التقنية أمرًا بالغ الأهمية.
مع كل هذه الطاقة المنبعثة من الشمس ، يعمل العلماء على محاكاة اندماج الشمس النووي على الأرض. لطالما اعتبرت حقيقة الاندماج النووي التي توفر طاقة آمنة وفيرة على الأرض ، والتي تعتبر منذ فترة طويلة من مواد الخيال العلمي ، مسألة “متى” لا “إذا”. أحد المشاريع التي تعمل على إثبات جدوى الاندماج النووي هو ITER ، المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي. من خلال مواجهة واحدة من أكبر التحديات التقنية والتكنولوجية التي تمت مواجهتها على الإطلاق ، يجمع مشروع ITER العلماء من جميع أنحاء العالم لبناء أكبر آلة في العالم من نوعها ، ITER Tokamak. هذا هو المكان الذي سيتم فيه تسخين نظائر الهيدروجين إلى 150 مليون درجة مئوية ، نظريًا تندمج معًا لإطلاق طاقة أكثر بعشر مرات مما تستوعبه. مع وجود أكثر من مليون مكون و 10 ملايين جزء ، تعد التكنولوجيا مفتاحًا لمشروع بهذا الحجم. وتعمل شركة خدمات التكنولوجيا Capgemini مع ITER منذ سنوات.
تتعاون Capgemini مع الشركات والمؤسسات لتحويل أنشطتها من خلال تسخير قوة التكنولوجيا. من خلال العمل مع ITER ، قدمت Capgemini مجموعة كبيرة من الدعم لتحقيق رؤيتها في الحياة من خلال الجمع بين الخبرة في الهندسة والتكنولوجيا وإدارة المشاريع. من دعم تشييد المباني التقنية إلى تطبيق الخبرة الهندسية المتقدمة للتأكد من أن رؤى العلماء والمهندسين ممكنة ، عملت Capgemini مع ITER لأكثر من عقد على تحقيق هذا المشروع غير المسبوق. كما أنها تعمل على تطوير ميزات التوأم الرقمي – نسخة رقمية دقيقة من التوكاماك المقترح. من خلال الجمع بين جميع البيانات المتاحة بطريقة تجعلها في متناول جميع المعنيين ، سيسمح التوأم الرقمي باختبار كل عنصر ، ومحاكاة مراحل البناء وتحسين التصميم من خلال تحديد المشكلات وحلها. من خلال وضع جميع البيانات في مصدر واحد موحد ، ستمكن Capgemini ITER من اتخاذ قرارات أكثر استنارة وتحسين الكفاءة والأداء العامين للمشروع. تتمثل الرؤية في أن يكون التوأم الرقمي عنصرًا حاسمًا في تشغيل هذه التجربة للأجيال القادمة.
نظرًا لأن العالم يتطلع إلى إنهاء اعتماده على الوقود الأحفوري ، فإن التحسينات التي يتم إجراؤها في الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة المائية – جنبًا إلى جنب مع الوعد بالاندماج النووي – ضرورية لتحقيق هدف التنمية المستدامة للأمم المتحدة المتمثل في توفير تكلفة معقولة وموثوقة ومستدامة و الطاقة الحديثة للجميع. لدينا القدرة على توليد طاقة خالية من الكربون: لقد وفرت الشمس الإجابة – وتساعد التكنولوجيا على إطلاقها.
