إعلان PRIN 2022D. D. N. 104 بتاريخ 2 فبراير 2022
عنوان المشروع: HERA (وكيل استعادة الطاقة الشامل)
رمز CUP: D53D23003910006
الميزانية: € 68.500
المسؤول عن الوحدة البحثية: Prof. Umberto Berardi
وحدات بحث أخرى أو وحدات فرعية محتملة:
جامعة نابولي فيديريكو الثاني (المسؤول الرئيسي: الأستاذة أناماريا بونومانو)
جامعة سابينزا في روما (المسؤول عن الوحدة البحثية – الأستاذ دافيدي أستياسو غارسيا)
وصف موجز للمشروع
يندرج مشروع HERA (وكيل استعادة الطاقة الشامل) في سياق التحول في مجال الطاقة الحضرية، ويعالج الحاجة المتزايدة إلى خفض الانبعاثات، وتحسين كفاءة الطاقة، وتعزيز قدرة الأنظمة الحضرية على الصمود. ويركز المشروع، على وجه الخصوص، على تطوير نهج شامل لتصميم المناطق الحضرية للطاقة المستدامة وإدارتها، وهي تجمعات من المباني المترابطة القادرة على التفاعل بذكاء مع شبكات الطاقة. وتدمج هذه الأنظمة مصادر الطاقة المتجددة، وأنظمة التخزين، واستراتيجيات متقدمة لإدارة الطاقة، مع مراعاة دور التنقل الكهربائي وسلوك المستخدمين أيضًا. ويستند النهج المقترح إلى منصة محاكاة ديناميكية متعددة المقاييس، تتيح نمذجة المباني والبنى التحتية للطاقة وتدفقاتها، وتقييم أدائها من النواحي المتعلقة بالطاقة والبيئة والاقتصاد.
الغرض
تهدف غايات المشروع إلى دعم تصميم مناطق الطاقة القادرة على الصمود والمرنة والمنخفضة الانبعاثات وتحسينها، من خلال تعزيز التكامل بين التخطيط الحضري والطاقة. وفي هذا السياق، يسعى HERA إلى سد الثغرات القائمة في أدوات النمذجة الحضرية، عبر تطوير حلول تتيح تمثيل المباني وأنظمة الطاقة والشبكات بصورة متكاملة، ودعم عمليات اتخاذ القرار من خلال عمليات المحاكاة المتقدمة وخوارزميات التحسين. كما يهدف المشروع إلى تشجيع اعتماد استراتيجيات مبتكرة مثل الاستجابة للطلب، وتقاسم الطاقة، والربط بين القطاعات، بما يسهم في تعزيز الاكتفاء الذاتي من الطاقة في المناطق وتقليل الاعتماد على مصادر الوقود الأحفوري.
النتائج المتوقعة
تشمل النتائج المتوقعة للمشروع، في المقام الأول، تطوير منصة مبتكرة للمحاكاة والتحسين، قادرة على تحليل السلوك الطاقي لمناطق حضرية معقدة وتحديد التكوينات الأكثر كفاءة من حيث التقنيات والأنظمة واستراتيجيات الإدارة. ويضاف إلى ذلك وضع نماذج متقدمة لتمثيل المباني وأنظمة الطاقة، بما في ذلك نماذج مبسطة (Reduced Order Models) لتقليل أوقات الحساب وتيسير التطبيق على نطاق واسع. كما يتضمن المشروع تنفيذ دراسات حالة واقعية وتمثيلية وتحليلها، للاستفادة منها في التحقق من صحة المنهجيات المطورة وإنشاء مجموعات بيانات ومعارف قابلة للنقل. وتتمثل نتيجة أخرى في إعداد مبادئ توجيهية ومعايير تصميمية لإنشاء مناطق طاقة مستدامة وإدارتها، فضلاً عن تطوير استراتيجيات متقدمة لإدارة الطاقة تستند إلى التحسين والذكاء الاصطناعي والنماذج التنبؤية.
النتائج المحققة
في ختام أنشطة المشروع، حقق مشروع HERA نتائج مهمة على الصعيدين العلمي والتطبيقي، وأسهم إسهاماً ملموساً في تطوير المعارف والأدوات اللازمة للتحول الطاقي للأنظمة الحضرية.
أولاً، جرى تطوير منصة مبتكرة للمحاكاة الديناميكية والتحسين، قادرة على نمذجة السلوك الطاقي لمجموعات المباني والمناطق الحضرية المعقدة بصورة متكاملة، بالاستناد إلى نموذج تحسين متعدد العقد طويل الأمد (H2RES). وتتيح هذه المنصة تحليل التفاعلات بين الطلب على الطاقة والإنتاج من مصادر متجددة وأنظمة التخزين والبنى التحتية للشبكات، بما يسمح بتحديد التكوينات المثلى من حيث كفاءة الطاقة وخفض الانبعاثات ومرونة النظام.
وبالتوازي مع ذلك، أفضى المشروع إلى تطوير نماذج متقدمة لتمثيل المباني وأنظمة الطاقة، بما في ذلك نماذج مبسطة (Reduced Order Models) قادرة على تحقيق توازن جيد بين الدقة ومدة الحساب. وقد أتاحت هذه الأدوات محاكاة مناطق حضرية بأكملها بكفاءة، مما جعل من الممكن تحليل سيناريوهات معقدة واستكشاف استراتيجيات متنوعة للتحديث وإدارة الطاقة.
وتتعلق نتيجة أخرى بتحديد استراتيجيات متقدمة لإدارة الطاقة وتنفيذها، استناداً إلى مفاهيم الاستجابة للطلب (demand response) وتقاسم الطاقة (energy sharing) والتكامل متعدد النواقل (الكهرباء والحرارة والتنقل). وفي هذا المجال، طُوّرت خوارزميات للتحسين وأساليب قائمة على الذكاء الاصطناعي والتعلّم الآلي، قادرة على تحسين إدارة تدفقات الطاقة وتعزيز الاكتفاء الذاتي والقدرة على الصمود في المناطق، حتى عند وجود مصادر متجددة متقطعة.
