فناوری‌های نوپدید، راهکاری برای چالش‌های نفت و گاز و انرژی

برپایه گزارش آژانس بین‌المللی انرژی، سالیانه 25 درصد میزان انرژی تولیدی، در بخش صنایع مصرف می‌شود و این رقم تا سال 2035 (1414) به حدود 75 درصد می‌رسد. روندهای کنونی نشان می‌دهد در آینده نزدیک کاهش منابع انرژی فسیلی و افزایش تقاضای صنایع مختلف برای انرژی، موجب افزایش سرسام‌‌آور هزینه‌های مرتبط با تامین انرژی می‌شود. از سوی دیگر قوانین مرتبط با توسعه پایدار، حفظ محیط زیست و کاهش آلودگی، فشار زیادی بر صنایع مرتبط با نفت، گاز و انرژی وارد می‌کند. توافقنامه‌های جهانی هر روز فعالیت‌های پرمصرف را محدودتر می‌کنند و در نتیجه شرکت‌های بیشتری به دنبال راهکارهای نوآورانه با هدف کاهش سوخت مصرفی هستند.

هم‌اکنون حرکت بسوی دیجیتالی شدن روندها، موثرترین و پایدارترین گزینه در بهینه‌سازی است. گروه «ابتکار نقشه‌راه» که همکار سازمان ملل در پویش «رقابت تا صفر» برای کاهش میزان انتشار کربن خالص است، اعلام کرده که تا سال 2030 میلادی (1409) پیشرفت‌های فناورانه موجب کاهش 15درصدی تولید دی‌اکسیدکربن در سطح جهان خواهد شد و بطور ویژه در صنایع حوزه فناوری، میزان دی‌اکسید کربن تولید شده به نصف میزان کنونی می‌رسد.

نتایج پژوهش دیگری که سال 2021 منتشر شد، نشان می‌دهد، فناوری‌هایی مانند همزاد دیجیتالی و بلاکچین در حوزه نفت و گاز، می‌توانند هدررفت انرژی را به بهینه‌ترین نقطه ممکن برسانند و انتشار کربن را بسیار کاهش بدهند و حتی به صفر برسانند. برای مثال، نیروگاه‌های مجازی بخش عظیمی از مطالعات امکان‌سنجی را با دقت بسیار بالایی انجام می‌دهند، فرایندی که هیچ هدررفت انرژی ندارد و در آن دی‌اکسیدکربنی هم تولید نمی‌شود.

سرمایه‌گذاری کلان دولت‌های پیشرو در حوزه فناوری

بسیاری از کشورها و قطب‌های اقتصادی دنیا، در دو دهه اخیر در زمینه بهره‌وری انرژی سرمایه‌گذاری‌های ویژه‌ای کرده‌اند، برای نمونه، دولت لهستان در سال‌های 2015 تا 2018، حدود 510 میلیارد یورو در این حوزه سرمایه‌گذاری کرده است. کشورهای پیشرفته و درحال توسعه، با هدف بهره‌وری انرژی در زمینه بهبود فرایند‌های تولید، بروزرسانی تجهیزات و ساختمان‌ها و همچنین معرفی فناوری‌های نوپدید کارهای ویژه‌ای کرده‌اند.

بنا بر گزارشی که در سال2020 (1399) منتشر شد، در حوزه فناوری‌های مرتبط با توسعه پایدار، 10 کشور اول اقتصاد جهان، 90 درصد تمام حق امتیازها و 70 درصد صادرات این فناوری‌ها را در اختیار دارند. همچنین 40 کشور دیگر در فهرست دنبال‌کنندگان فعال این روند قرار دارند و اکنون در حال بروزرسانی صنایع مختلف و حرکت در مسیر بهره‌وری انرژی هستند.

بلاکچین چگونه به حل چالش‌های حوزه انرژی کمک می‌کند

بلاکچین از نوآورانه‌ترین‌ و امن‌ترین ابزارهای موجود در فناوری امروز است که ابزاری همه‌کاره در انقلاب صنعتی چهارم به‌شمار می‌آید. تقریبا تمام شبکه‌های تعریف شده در هوشمندسازی صنعتی، مانند شبکه‌های‌ مبتنی بر اینترنت اشیا و همزاد‌های دیجیتالی به بلاکچین وابسته‌اند.

هم‌اکنون در حوزه معامله انرژی بطور ویژه از فناوری بلاکچین برای ایجاد بستری امن در تبادل محصولات و هزینه‌ها استفاده می‌شود اما بلاکچین افزون بر کارکرد ایمن‌سازی سایبری در تحولات عملیاتی و دیجیتالی‌کردن زیرساخت شرکت‌های حوزه انرژی هم نقش بنیادی پیدا کرده است. با اطمینان می‌توان گفت که سامانه‌های تولید و انتقال انرژی در آینده، سیستم‌هایی هوشمند خواهند بود که به فراخور درخواست‌های آنی و پیش‌بینی آینده نزدیک به تولید و ذخیره انرژی اقدام می‌کنند.

نقش همزادهای دیجیتالی در مدیریت بهینه انرژی

همزادهای دیجیتالی، نسخه‌های مجازی از دنیای فیزیکی هستند که شبیه‌سازی مجازی را امکان‌پذیر و تغییر در فرایندهای دنیای واقعی را کم‌هزینه‌تر می‌کنند. امروزه سازمان‌ها برای بهینه‌سازی فرایندها بیش از پیش، به استفاده از همزادهای دیجیتالی روی آورده‌اند، همزادهای دیجیتالی به صنایع این امکان را می‌دهند که در لحظه، تصمیم‌های داده‌محور مناسب‌تری را بگیرند و محصولات، خدمات و مدل‌های کسب و کاری نوینی طراحی کنند.

دنیای صنعتی آینده، شبیه خیابانی است که همزاد‌های دیجیتالی، چراغ‌های روشنایی آن هستند. همگام‌سازی داده‌ها میان همزاد فیزیکی و دیجیتالی، با هدف نظارت، شبیه‌سازی و در نهایت بهینه‌سازی فعالیت همزاد فیزیکی، وظیفه اصلی یک همزاد دیجیتالی است. نیروگاه‌ها و کارخانه‌های هوشمند، مهم‌ترین محصول این فناوری هستند. برای مثال در توسعه معادن و حفاری‌ چاه‌های نفت و گاز، ماه‌ها پیش از اجرای فیزیکی عملیات‌ها، در مدل شبیه‌سازی شده با همزاد دیجیتالی انجام می‌شود، تا ظرفیت‌ها و احتمالات بررسی بشوند و فقط در صورت تشخیص مطلوبیت نتیجه، عملیات اجرایی می‌شود.

اکنون حدود 25 درصد برق تولید شده در انگلیس را نیروگاه‌های بادی تامین می‌کنند که نزدیک به 100 درصد آنها از فناوری همزاد دیجیتالی بهره گرفته‌اند. بر پایه پژوهشی که آژانس بین‌المللی انرژی انجام داده است، ظرفیت استخراج الکتریسیته از نیروی موج‌ها نزدیک به 8 ‌تا 80 هزار تراوات ساعت است. این عدد برای انرژی گرمایی اقیانوس‌ها نزدیک به 10هزار تراوات ساعت و برای جریان‌های زیردریایی در حدود 1100 تراوات ساعت است. نکته جالب اینکه، ساخت و بهره‌برداری از تمام نیرو‌گاه‌های متناظر با این نوع از تولید انرژی، به فناوری همزاد دیجیتالی وابسته است.

فناوری‌های نوپدید حکمرانان دنیای جدید

در یک دهه آینده، دنیا در پرتو درخشش ارتباطات هوشمند و رباتیک پیش می‌رود، صنایع به شکلی حداکثری با هوش مصنوعی اداره می‌شوند و مفاهیمی مانند همزاد دیجیتالی و اینترنت اشیا، زیرساخت شبکه‌های دیجیتالی پیاده‌سازی فرایندهای مجازی و عملیاتی را تشکیل می‌دهند. صنایع و کشورهایی که از این جریان پیروی نکنند، مانند نقاط کوری از خیابان خواهند بود که نوری بر آنها نمی‌تابد و مسیری هم برای انتقال جریان به آنها تعبیه نشده است.

شاید مهم‌ترین نکته پژوهش‌های آینده‌نگر که بتازگی منتشر شده‌اند این است که «همزاد دیجیتالی» اصلی‌ترین نقش را در آینده تولید و انتقال انرژی، بازی خواهد کرد. توسعه این فناوری باید همزمان با پیشرفت‌های اینترنت اشیا رخ بدهد؛ فناوری پرظرفیتی که برآورد می‌شود تا سال 2030 (1409) مفهومی بسیار پرکاربرد و همه‌فهم بشود و همچون اینترنت تمام شئون فعالیت‌های جوامع انسانی را در بر بگیرد.

ضرورت تحول دیجیتالی برای پایداری در صنعت انرژی

اصلی‌ترین دغدغه امروز بسیاری از دولت‌ها و سازمان‌ها، کاهش دی‌اکسیدکربن، افزایش بهره‌وری در تولید و مصرف انرژی و البته حرکت 100 درصدی بسوی استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر است. اما نکته بنیادی درباره تولید این‌گونه انرژی‌ها مانند انرژی الکتریسیته حاصل از توربین‌های بادی، وابستگی تجهیزات و فرایند استخراج آنها به فناوری‌هایی مانند همزاد دیجیتالی است. بنابراین، اصلی‌ترین هدف‌گذاری شرکت‌های فعال در حوزه انرژی باید تحول دیجیتالی با رویکرد هوشمندسازی صنعت باشد، فرایندی که از تغییر دیدگاه و تامین زیرساخت آغاز می‌شود و با بروزرسانی‌ تکنیک‌ها، ابزارها و دانش نیروها در حوزه‌های مختلف فناوری ادامه پیدا می‌کند.

منابع:

1.  P.T.Borowski, “Digitization, Digital Twins, Blockchain, and Industry 4.0 as Elements of Management Process in Enterprises in the Energy Sector”2021.
2. McKinsey & Company, “How tapping connectivity in oil and gas can fuel higher performance” November 2020
3. European Environment Agency, “Primary energy consumption and linear trajectory levels to reach 2020 targets” 2021.
4.  www.gep.com, “The Increasing Popularity of Digital Twins in Oil and Gas”
5. https://dataprot.net/statistics/iot-statistics/
6. https://exponentialroadmap.org/