Muhammad Al Saiyari

تدخل أنظمة الطاقة مرحلة أكثر تطلبًا، تتشكل بفعل التحولات الهيكلية وتزايد عدم اليقين الجيوسياسي. وقد أبرزت الاضطرابات الأخيرة في أسواق الطاقة العالمية مدى سرعة ظهور قيود العرض وتقلبات الأسعار ومخاطر الأمن.

وفي الوقت نفسه، يضع التحول الكهربائي ضغطًا متزايدًا على الشبكات. يرتفع الطلب على الطاقة من الذكاء الاصطناعي والبنية التحتية الرقمية، بينما يجعل دمج الطاقة المتجددة العمليات أكثر ديناميكية وأقل قابلية للتنبؤ. ومن المتوقع أيضًا أن تعمل شركات المرافق والطاقة على تعزيز المرونة، وتحسين القدرة على تحمل التكاليف، والدفاع عن الأنظمة المتزايدة الاتصال ضد التهديدات السيبرانية.

في الولايات المتحدة وحدها، تكلف الانقطاعات بالفعل الشركات حوالي 150 مليار دولار سنويًا. ومع توقع نشر أكثر من 3 مليارات عداد ذكي عالميًا بحلول عام 2030، يدخل القطاع فترة من التعقيد التشغيلي الأكبر.

بدأت هذه الضغوط المتضافرة في الكشف عن حدود بعض الأدوات الرقمية التقليدية. ستظل الحوسبة الكلاسيكية والحوسبة عالية الأداء والذكاء الاصطناعي ضرورية، لكن العديد من أصعب مشاكل القطاع أصبحت أكثر صعوبة في النمذجة والتحسين والتأمين.

تخلق الشبكات التي تعتمد بشكل كبير على الطاقة المتجددة تحديات تخطيط غير خطية. يعتمد ابتكار الطاقة النظيفة على التفاعلات الجزيئية التي تكون محاكاتها بدقة مكلفة. يجب أيضًا حماية البنية التحتية طويلة الأمد من المخاطر السيبرانية التي قد تتطور على مدى عقود.

في هذا السياق، تجذب التقنيات الكمومية الانتباه كأدوات تكميلية لمشاكل محددة وذات قيمة عالية.

لماذا تزداد أهمية التقنيات الكمومية؟

تتناول الورقة البيضاء للمنتدى الاقتصادي العالمي، “الكمومية للطاقة والمرافق.. الفرص الرئيسية لتحول الطاقة”، والتي تم تطويرها بالتعاون مع أرامكو، نظرة عملية لهذه الفرصة. تركز على الحوسبة الكمومية، والاستشعار الكمومي، والاتصالات الكمومية، وتحدد أربعة مجالات ذات قيمة محتملة.. تسريع ابتكار المواد، وتحسين التحسين التشغيلي، وتعزيز أمن البنية التحتية، وتمكين مراقبة أكثر دقة. في حالات استخدام مختارة، قد تساعد التقنيات الكمومية أنظمة الطاقة على إدارة التعقيد بشكل أكثر فعالية.

حالات استخدام متعددة للمراقبة

المجال الأكثر إلحاحًا للاهتمام هو التحسين التشغيلي. أصبحت أنظمة الطاقة تتحدد بشكل متزايد بمشاكل التنسيق.. كيفية تحقيق التوازن بين توليد الطاقة المتجددة المتغيرة، والطلب المرن، والتخزين، وقيود الشبكة في الوقت الفعلي تقريبًا. هذا هو المكان الذي تبدأ فيه الأساليب الكمومية الكلاسيكية الهجينة بالاختبار. أحد الأمثلة في الورقة البيضاء يأتي من EDF و Pasqal، اللذين استكشفا حالة استخدام الشحن الذكي للمركبات الكهربائية على منصة كمومية ذات ذرات محايدة. جمع عملهما بين التنبؤ والجدولة لمواءمة طلب الشحن بشكل أكثر فعالية مع توفر الطاقة المتجددة وقيود الشبكة، وأظهر مكون تحسين الجدولة يعمل على أكثر من 100 كيوبت.

هذا لا يعني أن التقنيات الكمومية قد حلت محل أدوات الشبكة الحالية، ولكنه يوضح أن مشاكل التنسيق الحقيقية يتم فحصها الآن في سير عمل هجين، حيث يمكن أن تترجم المكاسب المتواضعة في جودة الجدولة أو سرعتها إلى قيمة تشغيلية.

تكمن فرصة ثانية في تحديات المواد والكيمياء وراء تحول الطاقة. غالبًا ما يعتمد التقدم في البطاريات والهيدروجين واحتجاز الكربون وتقنيات الطاقة الشمسية المتقدمة على اكتشاف مواد ذات مزيج صحيح من الأداء والمتانة والتكلفة. يمكن للطرق الكلاسيكية نمذجة بعض هذه الكيمياء، لكن المفاضلة بين السرعة والدقة لا تزال تمثل عنق الزجاجة الرئيسي. تشير الورقة البيضاء إلى الاهتمام المتزايد باستخدام الأساليب الكمومية لمحاكاة كاثودات البطاريات والمحفزات والمواد الممتزة بدقة أكبر. بمرور الوقت، يمكن أن يقلل ذلك من سنوات التجربة والخطأ في البحث عن تقنيات طاقة نظيفة أفضل.

يظهر الاستشعار الكمومي في جدول زمني أقرب. تعد القياسات الأفضل مهمة عبر أنظمة الطاقة، من تحديد التسربات والانبعاثات إلى مراقبة الأصول المدفونة ورسم خرائط التغيرات تحت السطح. على سبيل المثال، في تجربة ميدانية عام 2023 في محطة فلوتا النفطية في اسكتلندا، اختبرت شركة Repsol Sinopec Resources UK ليدار الميثان من QLM Technology على مدار أسبوع. تم استخدام نظامين مثبتين على ارتفاع يصل إلى 20 مترًا للكشف عن الميثان وقياسه عبر الموقع، بما في ذلك الانبعاثات الطفيفة والمتقطعة التي يصعب التقاطها من خلال الفحص الدوري. سيستفيد المشغلون من هذه الطرق الأكثر دقة والأقل تدخلاً لمراقبة البيئات المعقدة.

الأمن السيبراني للبنية التحتية هو مجال آخر قد يكون فيه الإجراء المبكر هو الأكثر أهمية. تعمل أصول الطاقة والمرافق على دورات حياة طويلة، ومع ذلك فإن أنظمتها الرقمية تتعرض بشكل متزايد لمشهد سيبراني يتغير بسرعة. تؤكد الورقة البيضاء على الحاجة الملحة للتشفير ما بعد الكمومي والاتصالات الآمنة كموميًا. كما تسلط الضوء على تجربة ميدانية أجرتها شركة Verbund النمساوية لتزويد الكهرباء عام 2024، حيث اختبرت تقنيات الاتصالات الآمنة كموميًا في بيئة شبكة حية باستخدام أجهزة من Hitachi Energy وأنظمة توزيع المفاتيح الكمومية من ID Quantique. وقد أمنت التجربة الاتصالات بين محطة طاقة ومحطة فرعية عبر وصلة ألياف هوائية وأظهرت أن الأساليب الآمنة كموميًا يمكن دمجها في البنية التحتية للمرافق الحالية دون تعطيل العمليات.

ما الذي لا يزال يعيق توسيع نطاق التقنيات الكمومية؟

تتوخى الورقة البيضاء الحذر في عدم المبالغة في تقدير الجاهزية. فمستوى نضج الأجهزة، وقابليتها للتوسع، ومعدلات الأخطاء لا تزال تحد من قدرة الأنظمة الكمومية على العمل بشكل موثوق. كما أن الدمج مع بيئات تكنولوجيا التشغيل وتكنولوجيا المعلومات الحالية صعب. ولا تكون حالات الأعمال واضحة دائمًا، وتظل المواهب المتخصصة نادرة. وهذا يعني أن التحدي ليس ببساطة الاستثمار مبكرًا؛ بل هو الاستثمار بانضباط.

من المشاريع التجريبية إلى القدرة العملية

يحتاج قادة الطاقة إلى إدراك أن أصعب مشاكل القطاع تزداد تعقيدًا، وليس العكس، وأن بعض التقنيات الكمومية بدأت تظهر أهمية عملية. ستكون المنظمات الأكثر استعدادًا للمرحلة التالية هي تلك التي تشارك مبكرًا، وتركز على حالات الاستخدام الموثوقة، وتبني الأسس اللازمة لتوسيع نطاق ما ينجح. سيعتمد التقدم على المعايير، وتنمية القوى العاملة، وجاهزية الأمن السيبراني، والتعاون متعدد القطاعات. أصبحت التقنيات الكمومية جزءًا من المحادثة الاستراتيجية حول كيفية بناء أنظمة أكثر كفاءة ومرونة وتكيفًا.

استطلاع المجتمع

المدى القريب “خلال عامين”

يجب على المنظمات تحديد ميزانيات مخصصة للمشاريع التجريبية، وإطلاق عدد محدود من حالات الاستخدام عالية التأثير المرتبطة بنقاط الضعف التنظيمية، وتأمين رعاية تنفيذية.
تخلق هياكل الحوكمة متعددة الوظائف، والمسح الأولي للمخاطر المتعلقة بالتشفير، والمشاركة التنظيمية المبكرة، والمشاريع التجريبية المشتركة مع شركاء النظام البيئي بيئة مضبوطة للتجريب.
الهدف هو التحقق من الجدوى التقنية والأهمية التشغيلية دون تعريضها لمخاطر الأنظمة الحيوية.

المدى المتوسط “خلال 3-5 سنوات”

يجب دمج التقنيات الكمومية في استراتيجية الشركات وخرائط طريقها الرقمية/التشغيلية.
تدعم الميزانيات المخصصة للتوسع، والفرق الدائمة، وأطر التعاون الرسمية توسيع نطاق التشفير الآمن كموميًا والاستشعار إلى ما بعد المشاريع التجريبية.
يتحول التركيز إلى دمج التقنيات الكمومية في سير العمل القياسي، ومواءمة نماذج المشتريات والموردين، وضمان الأداء القابل للقياس مقابل مؤشرات الأداء الرئيسية المحددة.

المدى الطويل “بعد 5 سنوات”

تصبح القدرات الكمومية جزءًا من التخطيط الرئيسي للبنية التحتية.
يؤدي تحقيق حالة الأمان الكمومي الكامل، ونشر الاستشعار على نطاق واسع، واعتماد المحاكاة المعززة كموميًا كأدوات قياسية إلى وضع التقنيات الكمومية جنبًا إلى جنب مع الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء كركيزة ابتكارية دائمة.
يضمن التوافق طويل الأجل للنفقات الرأسمالية، والتنسيق التنظيمي، وتطور القوى العاملة، والتعاون متعدد القطاعات أنظمة طاقة مرنة ومحايدة تقنيًا وقادرة على التحديث المستمر.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر: World Economic Forum