PROGRAMMA PRIN 2022 - Bأندو PRIN2022 D.D. N.104 DEL 2 فبراير 2022

TITOLO DEL PROGETTO: التحكم والتعاون والمرونة في مجتمعات الطاقة الريفية (CORRECT)

رمز CUP: D53D23000970006

الميزانية: € 172.016

الباحث الرئيسي ومسؤول الوحدة البحثية في جامعة البوليتكنيك في باري: Prof.ssa Mariagrazia Dotoli

وحدة بحثية أخرى: جامعة جنوة (المسؤول: الأستاذ روبرتو ساسيلي)

وصف موجز للمشروع

يندرج مشروع CORRECT في سياق التحول في مجالَي الطاقة والرقمنة، مع تركيز خاص على المناطق الريفية التي تتميز بخصائص محددة من حيث توافر الموارد والبنية التحتية والطلب على الطاقة. وفي هذه المناطق، يؤدي دمج مصادر الطاقة المتجددة وأنظمة التخزين والأحمال الكهربائية الزراعية والتقنيات الرقمية إلى نشوء أنظمة معقدة وموزعة، تتطلب إدارتها اتباع مناهج متقدمة في النمذجة والتحكم والتحسين.

واجه المشروع هذه التحديات من خلال اقتراح نهج منظومي لدراسة مجتمعات الطاقة الريفية (Rural Energy Communities, RECs)، بوصفها أنظمة متعددة الأطراف ومتعددة حوامل الطاقة، حيث ترتبط عمليات الإنتاج والاستهلاك والتخزين ارتباطًا وثيقًا. وفي هذا الإطار، طُوّرت منهجيات مبتكرة لنمذجة هذه الأنظمة والتحكم فيها وإدارتها على النحو الأمثل، مع إيلاء اهتمام خاص للتكامل بين الطاقة والزراعة (مثل الزراعة الكهروضوئية، والدفيئات الذكية، والزراعة الدقيقة).

أهداف المشروع

تمثل الهدف الرئيسي للمشروع في تصميم هياكل للتحكم وأدوات متقدمة لدعم اتخاذ القرار، بما يضمن تشغيل مجتمعات الطاقة الريفية بكفاءة واستدامة ومرونة.

وعلى وجه الخصوص، سعى المشروع إلى تحقيق الأهداف التالية:

• تطوير نماذج متقدمة لوصف السلوك الديناميكي لأنظمة الطاقة الريفية والبنى التحتية الزراعية؛

• تصميم استراتيجيات للتحكم الموزع والقائم على البيانات من أجل الإدارة المنسقة لموارد الطاقة؛

• إتاحة آليات للتعاون بين الجهات الفاعلة في النظام، بما في ذلك من خلال مناهج التحسين الموزع ونظرية الألعاب؛

• تحسين الاستهلاك الذاتي وكفاءة الطاقة، والحد من الاعتماد على شبكة الكهرباء التقليدية؛

• زيادة مرونة الأنظمة في مواجهة التغيرات في الطلب والظروف البيئية وديناميات السوق؛

• التحقق من صحة الحلول المقترحة باستخدام بيئات محاكاة متقدمة وتقنيات التوأم الرقمي.

النتائج المتوقعة للمشروع

تعلقت النتائج المتوقعة للمشروع بالجوانب المنهجية والتطبيقية على حد سواء. وعلى وجه الخصوص، كان من المتوقع ما يلي:

• تطوير نماذج متعددة المستويات لتمثيل أنظمة الطاقة الريفية والأحمال الزراعية؛

• تحديد هياكل متقدمة للتحكم من أجل الإدارة المتكاملة للإنتاج والاستهلاك والتخزين؛

• استحداث أدوات للتحسين بهدف تحقيق التوازن بين إنتاج الطاقة والأنشطة الزراعية؛

• تصميم استراتيجيات لزيادة مرونة الأنظمة واستهلاكها الذاتي وقدرتها على الصمود؛

• إنشاء بيئات للتحقق من صحة الحلول تستند إلى التوأم الرقمي ودراسات حالة واقعية؛

• إنتاج نتائج علمية عالية التأثير ونشرها في أوساط المجتمع العلمي الدولي.

النتائج التي حققها المشروع

تتوافق النتائج المحققة توافقًا تامًا مع أهداف المشروع، بل وتتجاوز التوقعات الأولية في حالات عدة. فقد أسفر المشروع عن تطوير إسهامات منهجية وتطبيقية بارزة في المجالات التالية، كما يتضح من المنشورات الصادرة:

• نمذجة أنظمة الطاقة والأنظمة الزراعية والتحكم فيها، مع التركيز بوجه خاص على البيوت المحمية الذكية والأنظمة الزراعية الكهروضوئية، من خلال دمج النماذج الفيزيائية والأساليب القائمة على البيانات؛

• تطوير خوارزميات للتحكم التنبؤي والمتين، قادرة على التعامل مع عدم اليقين وضمان أداء عالٍ في ظروف تشغيل متغيرة؛

• وضع أطر موزعة وقائمة على نظرية الألعاب لإدارة موارد الطاقة في سياقات متعددة الأطراف؛

• تصميم حلول لتعزيز القدرة على الصمود وكهربة المناطق الريفية، بما في ذلك البنى التحتية للتخزين وأنظمة الطاقة الموزعة؛

• التحقق من صحة المنهجيات المقترحة باستخدام بيئات محاكاة متقدمة ومنصات التوأم الرقمي، استنادًا إلى بيانات حقيقية.

من الناحية العلمية، نُشرت نتائج المشروع في دوريات دولية مرموقة وعُرضت في مؤتمرات علمية بارزة. ونورد أدناه، اختصارًا، المنشورات في الدوريات فقط.

أبرز المنشورات في الدوريات الدولية الناتجة عن المشروع

فيما يلي بعض أبرز المنشورات في الدوريات الناتجة عن المشروع:

1. Mignoni, N.; Zero, E.; Scarabaggio, P.; Carli, R.; Sacile, R.; Dotoli, M. (2026) “A Robust Data-driven MPC for Greenhouses Temperature Control”, Control Engineering Practice, 173, 106983. doi: 10.1016/j.conengprac.2026.106983. In press.

2. Mignoni, N.; Scarabaggio, P.; Carli, R.; Dotoli M. (2026) “Controlling PV Panels Tilt Orientation for Optimal Crop Shading and Power Generation in Agrivoltaics,” IEEE Transactions on Control Systems Technology. doi: 10.1109/TCST.2026.3675731. In press.

3. Soussi, A.; Zero, E.; Herrera, C. D. C.; Zahmoun, S.; Bozzi, A.; Sacile, R. (2026) “Integrating Digital Twins and MPC for Sustainable Greenhouse Management in Smart Agriculture,” in IEEE Transactions on AgriFood Electronics, vol. 4, no. 1, pp. 39-55. doi: 10.1109/TAFE.2025.3572808.

4. Zhukovskii, K.; Scarabaggio, P.; Ovsiannikova, P.; Jhunjhunwala, P.; Carli, R.; Dotoli, M.; and Vyatkin, V. (2025) “Decentralized Control of Crop Growth Conditions in Vertical Farms under Dynamic Energy Markets” IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, vol. 22, pp. 21498-21511. doi: 10.1109/TASE.2025.3609694.

5. Soussi, A., Zero, E., Bozzi, A., Sacile, R. (2024). Enhancing energy systems and rural communities through a system of systems approach: A comprehensive review. Energies, 17(19), 4988. doi: 10.3390/en17194988.

6. Soussi, A., Zero, E., Sacile, R., Trinchero, D., Fossa, M. (2024). Smart sensors and smart data for precision agriculture: a review. Sensors, 24(8), 2647. doi: 10.3390/s24082647.

Fig. 1 - تظليل النباتات في الأنظمة الزراعية الكهروضوئية
 

Fig. 2 – نموذج أولي لوحدة مزودة بصوانٍ للزراعة العمودية

Fig. 3 - دفيئة صغيرة مستخدمة في أنشطة التحقق