بدأت هذا العام في مقاطعة جيانغسو التشغيل الكامل لأكبر محطة في العالم لتخزين الطاقة بالهواء المضغوط في الكهوف الملحية. وأفاد المراسلون أن هذا "البنك الاحتياطي للطاقة" العملاق للشبكة الكهربائية لم يتحقق نجاحه إلا بفضل الدعم التقني المتين من فريق البحث العلمي بجامعة هاربين للهندسة، حيث ساهمت تقنيات المحاكاة الرقمية في تجنب المخاطر التي تهدد المعدات الأساسية، وتوفير أكثر من مائة مليون يوان من تكاليف الاختبارات.

تستخدم المحطة الكهوف الملحية الطبيعية على عمق 1500 متر تحت الأرض كـ"مستودع لتخزين الكهرباء": في فترات انخفاض الطلب على الكهرباء، يتم استخدام الطاقة المتبقية لضغط الهواء وتخزينه في الكهوف الملحية؛ وفي فترات ذروة الطلب، يتم إطلاق الهواء عالي الضغط لتشغيل المولدات لإنتاج الكهرباء.

في نظام تخزين الطاقة بأكمله، يُعتبر المبادل الحراري بالملح المنصهر "القلب الأساسي"، حيث يتحكم في نقل الطاقة بالكامل، ويحدد بشكل مباشر ما إذا كانت المحطة قادرة على العمل بأمان واستقرار وكفاءة.

هذا "القلب" العملاق ذو حجم هائل، يبلغ طوله 16 مترًا وارتفاعه 6 أمتار، وتتميز بيئة عمله بقسوة شديدة، حيث يجب أن يتحمل درجات حرارة عالية وضغوطًا مرتفعة لفترات طويلة، بالإضافة إلى التعرض المتكرر لدورات التبريد والتسخين. تصل تكلفة المبادل الواحد إلى مئات الملايين من اليوانات، مما يجعل هامش الخطأ في تصميم وتشغيل المعدات ضئيلًا للغاية، وأي خلل قد يؤدي إلى خسائر لا تُقدّر.

لمواجهة هذه المشكلة الأساسية، استخدم فريق أبحاث هندسة المفاعلات من كلية العلوم والتقنيات النووية بجامعة هاربين للهندسة تقنيات المحاكاة عالية الدقة لإجراء فحص رقمي شامل واختبار افتراضي كامل للمبادل الحراري العملاق بالملح المنصهر.

تؤدي المعدات فائقة الضخامة إلى عمليات محاكاة حسابية هائلة، كما أن تحسين الهياكل المعقدة يمثل تحديًا كبيرًا. وللتغلب على معضلة القدرة الحاسوبية، قام الفريق، مع الحفاظ على دقة الحسابات، بتحسين نموذج المحاكاة المزدوجة للتدفق الحراري بشكل مبتكر، وبناء نموذج مصغر، وإجراء مقارنات وحسابات متكررة، لتحديد أفضل خطة لدخول الملح وهي "الدخول من الأسفل والخروج من الأعلى"، مما أدى بنجاح إلى تقليل انخفاض الضغط في المعدات بنسبة 15%.

في الوقت نفسه، ومن خلال تقنية المحاكاة المزدوجة للحرارة والهيكل، تم تحديد المناطق عالية الخطورة للإجهاد بدقة، مثل الأنابيب المنحنية على شكل حرف U، مما وفر دعمًا دقيقًا للبيانات لتعزيز هيكل المعدات واختيار المواد، وبالتالي تجنب مخاطر فشل المعدات في ظل ظروف التبديل بين التبريد والتسخين من جذورها.

لم تقتصر هذه "الوصفة الرقمية" المخصصة على تمكين تطوير المبادل الحراري العملاق دفعة واحدة وبشكل مثالي يتوافق مع ظروف التشغيل، وتجنب خسائر محتملة تصل إلى مئات الملايين من اليوانات نتيجة التجارب والخطأ، وتقصير دورة تطوير المعدات بشكل كبير فحسب، بل ضمنت أيضًا التشغيل المستقر للمعدات الأساسية في البيئات القاسية ذات درجات الحرارة والضغوط العالية، مما أدى إلى حل "مشكلة الإجهاد" في المعدات، وأرسى ضمانًا مزدوجًا للتشغيل الآمن وطويل الأمد للمحطة.