برنامج محاكاة التوأم الرقمي للأمونيا الخضراء في قطر: من المحلّل الكهربائي إلى رصيف التصدير

معظم الهيدروجين الأخضر الذي سيعبر المحيطات سيُنقل على شكل أمونيا. لذلك الأمونيا الخضراء هي النقطة التي تلتقي فيها الكهرباء المتجددة والتحليل الكهربائي وعملية كيميائية عمرها قرن، وهي الجزء الأصعب في التدريس، لأن حلقة التخليق تريد تغذية ثابتة بينما لا توفّرها الشمس والرياح. برنامج محاكاة التوأم الرقمي للأمونيا الخضراء يُظهر هذا التوتر لحظياً.

ينمذج برنامج التوأم الرقمي للطاقة المتجددة من أصفان مشروع نيوم للهيدروجين الأخضر في السعودية حتى منتجه النهائي: 1.2 مليون طن من الأمونيا الخضراء سنوياً، تُصنع من الهيدروجين والنيتروجين وتُشحن من رصيف تصدير في ميناء أوكساجون. ويستطيع الطلاب تتبّع كيلوغرام من الهيدروجين من قاعة التحليل الكهربائي حتى خزانات الأمونيا. هذا الدليل موجّه للجامعات والكليات التقنية ومراكز التدريب في قطر.

ما الذي يحاكيه التوأم الرقمي لـالأمونيا الخضراء

المحطة المرجعية هي مشروع نيوم للهيدروجين الأخضر (مصنع الأمونيا في ميناء أوكساجون) في السعودية. أرقامها مأخوذة من البيانات المنشورة للمشغّل، وتظهر في بطاقة بيانات المحطة داخل البرنامج.

يُضغط الهيدروجين الناتج عن 2.2 غيغاواط من المحلّلات القلوية في تخزين احتياطي. وتوفّر وحدة فصل الهواء النيتروجين، ويجمع تخليق هابر-بوش بينهما (N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃). ولأن الموقع كله يعمل خارج الشبكة على الشمس والرياح والبطاريات، فالتخزين الاحتياطي هو ما يُبقي تخليق الأمونيا مغذّى عندما يتغيّر الطقس. ويعرض التوأم إنتاج الأمونيا كقيمة حية إلى جانب إنتاج الهيدروجين ومستوى التخزين وحالة شحن البطاريات.

القيم الحية في لوحة المتابعة

تعرض لوحة المتابعة مؤشرات بعلامات الحدود، ورسوماً بيانية للاتجاهات على مدى ساعة أو 24 ساعة أو 31 يوماً، ومخطط سانكي لتدفق الطاقة، وقائمة الإنذارات الحية. وأهم المؤشرات في هذه المحطة:

• إنتاج الأمونيا
• إنتاج الهيدروجين
• مستوى التخزين الاحتياطي
• القدرة المتجددة المتاحة
• حالة شحن البطاريات
• قدرة التحليل الكهربائي
• الاستهلاك النوعي للطاقة
• التكلفة المستوية للهيدروجين

سيناريوهات للتشغيل في الصف

كل سيناريو يغيّر المحطة بنقرة واحدة، وتتبعه كل القيم المرتبطة به. شغّل أحدها، واطلب من الصف توقّع ما سيحدث، ثم قارنوا بما يُظهره التوأم:

• التشغيل التصميمي: إمداد ثابت من الهيدروجين وإنتاج كامل من الأمونيا.
• عاصفة غبارية (40 % شمس ورياح ضعيفة): ينخفض الهيدروجين ويفرغ التخزين، ويرى الطلاب إلى متى يصمد تخليق الأمونيا.
• تخزين هيدروجين كبير + بطارية 1 غيغاواط ساعة: تخزين أكبر بين المحلّلات والتخليق، وإنتاج أمونيا أكثر انتظاماً.
• متصل بالشبكة (استيراد 500 ميغاواط): إمداد كهربائي ثابت وأثره على إنتاج الأمونيا.
• تكاليف 2030: كيف تغيّر المعدات الأرخص تكلفة الهيدروجين الداخل في الأمونيا.

مكونات المحطة التي يمكن فحصها

انقر على أي تسمية في المشهد ثلاثي الأبعاد، أو على أي مكوّن في القائمة الجانبية، لترى قيمه الحية ووصفاً مختصراً له:

• قاعات التحليل الكهربائي
• الضغط والتخزين الاحتياطي للهيدروجين
• وحدة فصل الهواء
• تخليق الأمونيا بطريقة هابر-بوش
• خزانات الأمونيا ورصيف التصدير
• الحقل الشمسي الكهروضوئي
• مزرعة الرياح
• تخزين البطاريات

ما الذي يتعلّمه الطلاب

لكل تقنية صفحات تعلّم خاصة بها (نظرة عامة، والعملية خطوة بخطوة، والمعادلات الأساسية، وبطاقة بيانات المحطة الحقيقية، والبيئة، ومسرد مصطلحات) وبنك أسئلة خاص بها. ومن نواتج التعلّم النموذجية:

• كتابة ميزان كتلة الأمونيا: الهيدروجين يشكّل نحو 17.8 % من كتلة الأمونيا، لذا تحتاج 1.2 مليون طن أمونيا سنوياً إلى نحو 213,000 طن هيدروجين، أي قرابة 585 طناً يومياً، وهو ما يتسق مع تصميم نيوم البالغ 600 طن يومياً.
• شرح لماذا تُستخدم الأمونيا لنقل الهيدروجين إلى أسواق التصدير.
• تحديد حجم التخزين الاحتياطي للهيدروجين مقابل تذبذب إمداد الشمس والرياح.
• تتبّع تكلفة الأمونيا الخضراء رجوعاً إلى الكهرباء والتحليل الكهربائي والتخزين.

تعمل الاختبارات بوضع التدريب أو الامتحان المؤقّت، وتتضمن أسئلة على البيانات الحية، وتطبع الشهادات. ومع ترخيص المشرف تُجمع نتائج الصف كاملاً في مجلد مشترك دون حاجة إلى خادم. وللتدريب العملي على المعدات، استخدم التوأم مع تدريب الهيدروجين الأخضر بالواقع الافتراضي من أصفان.

ابنِ محطة الأمونيا الخضراء الخاصة بك

تخطّط لمشروع تحويل الكهرباء إلى أمونيا؟ ابنِ محطة الهيدروجين الأخضر الخاصة بك في البرنامج بإدخال قدرة المحلّلات وإمداد الشمس والرياح والتخزين، وادرس كمية الهيدروجين المتاحة لتخليق الأمونيا.

هذا التوأم واحد من سبعة في البرنامج نفسه. اطّلع على الدليل الشامل برنامج محاكاة التوأم الرقمي للطاقة المتجددة لمعرفة المحطات الست الأخرى.

النسخة التجريبية والتراخيص ومتطلبات التشغيل

تفتح النسخة التجريبية لمدة 14 يوماً التوائم الرقمية السبعة بقيمها الحية وزوايا الكاميرا وإضاءة الليل والنهار، وكل صفحات التعلّم، ولغتي الواجهة، وسرعات محاكاة حتى 10 أضعاف. ويفتح الترخيص لوحة المتابعة وبيانات المحطة والسيناريوهات، والاختبارات والشهادات، والتقارير وتصدير البيانات، وسرعات المحاكاة الأعلى، ومنشئ المحطات، ووضع الصف. التراخيص شهرية أو سنوية، ويمكن أن تغطي التقنيات السبع أو ما تدرّسه منها فقط، وتضيف تراخيص المشرف جدول نتائج الصف.

• نظام التشغيل: ويندوز 10 أو 11، 64 بت
• الذاكرة: 4 غيغابايت كحد أدنى، ويُنصح بـ 8 غيغابايت أو أكثر
• الرسوميات: أي شريحة تدعم WebGL 2 (Intel HD 500 أو أحدث)
• مساحة القرص: 600 ميغابايت كحد أدنى، ويُنصح بـ 1 غيغابايت
• الإنترنت: غير مطلوب، ويُستخدم فقط للتحديثات التلقائية وصور الأقمار الصناعية
• صلاحيات المستخدم: مستخدم عادي، دون كلمة مرور المسؤول

الأسئلة الشائعة: برنامج محاكاة التوأم الرقمي للأمونيا الخضراء

ما هو برنامج محاكاة التوأم الرقمي للأمونيا الخضراء؟

هو برنامج ينمذج إنتاج الأمونيا الخضراء كجزء من محطة ثلاثية الأبعاد حية: الكهرباء المتجددة تغذّي المحلّلات، ويُخزّن الهيدروجين احتياطياً، ويأتي النيتروجين من وحدة فصل الهواء، وينتج تخليق هابر-بوش الأمونيا. ويقوم برنامج التوأم الرقمي للطاقة المتجددة من أصفان بذلك لمشروع نيوم.

كم تنتج نيوم من الأمونيا الخضراء في التوأم؟

التصميم المرجعي 1.2 مليون طن أمونيا خضراء سنوياً من 600 طن هيدروجين يومياً، ويظهر إنتاج الأمونيا كمؤشر حي.

هل ينمذج البرنامج عملية هابر-بوش؟

تخليق هابر-بوش ووحدة فصل الهواء وخزانات الأمونيا ورصيف التصدير جزء من نموذج المحطة ويمكن فحصها في التوأم ثلاثي الأبعاد. هو نموذج تعليمي وليس أداة تصميم تفصيلية للمفاعل.

لماذا يهمّ تذبذب الطاقة المتجددة في الأمونيا الخضراء؟

تخليق الأمونيا يفضّل تغذية ثابتة، بينما تتذبذب الشمس والرياح. وتُظهر سيناريوهات العاصفة الغبارية والتخزين كيف يحدّد التخزين الاحتياطي والبطاريات مدى انتظام تشغيل مصنع الأمونيا.

هل أرى مصنع الأمونيا في النسخة التجريبية؟

نعم. تفتح النسخة التجريبية لمدة 14 يوماً توأم نيوم بما فيه قسم الأمونيا بقيمه الحية وكل صفحات التعلّم.