إطار عمل مساعد رقمي غير متصل لدعم اتخاذ القرار للتناضح العكسي الديناميكي في ظل ظروف توفر الطاقة الشمسية في الكويت

يُعد التناضح العكسي (RO) لتَحلية المياه تقنية رئيسية لإنتاج المياه العذبة في المناطق الجافة، لكن الطلب على الطاقة يصبح أكثر تحدياً عندما يتم تزويد النظام بالطاقة المتجددة المتغيرة. تقدم هذه الدراسة إطار عمل مساعد رقمي غير متصل لدعم اتخاذ القرار للتناضح العكسي الديناميكي في ظل ظروف توفر الطاقة الشمسية في الكويت. ضمن هذا الإطار، يتم تشغيل النماذج التنبؤية بشكل أساسي من خلال متغيرات عملية التناضح العكسي الديناميكي، بينما توفر بيانات NASA Prediction Of Worldwide Energy Resources (POWER) سياق توفر الطاقة الشمسية في الكويت، ويخدم هامش طاقة الخلايا الشمسية كمؤشر للطاقة على مستوى السيناريو. الهدف هو التنبؤ بمعدل تدفق النفاذية الفوري، وتقدير استهلاك الطاقة النوعي، وتحديد ظروف التشغيل الموفرة للطاقة باستخدام التعلم الآلي. تم استخدام مدينة الكويت كموقع دراسة حالة للطاقة الشمسية. تم الحصول على بيانات الطاقة الشمسية والأرصاد الجوية كل ساعة من NASA POWER، بينما تم الحصول على بيانات غشاء التناضح العكسي الديناميكي من مجموعة بيانات تجارب تحلية المياه المفتوحة المنشورة من قبل المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) عبر Data.gov ومستودع بيانات البحرية والهيدروكينية. تتضمن مجموعة بيانات التناضح العكسي تجارب الضغط/التدفق في الحالة المستقرة، والمنحدر، والجيبي، ومحاكاة محول طاقة الأمواج (WEC-Sim). تم أخذ صورة تدفق العملية المستخدمة في وصف النظام أيضًا من مجموعة بيانات NREL نفسها ويتم الاستشهاد بها في تعليق الشكل. تم تنظيف ملفات التناضح العكقي الخام، وتوحيدها، وتحويلها إلى مجموعة بيانات نمذجة مستنيرة بالعملية. تضمنت الميزات المشتقة معدل الضغط، ونسبة الاسترداد، ورفض الملح، وقوة المضخة المقدرة، واستهلاك الطاقة النوعي (SEC)، وهامش طاقة الخلايا الشمسية، وميزات الضغط/التدفق المتداول. تم اختبار ثلاثة نماذج انحدار خاضعة للإشراف: Gradient Boosting، وRandom Forest، وXGBoost. تم استخدام مجموعة فرعية تمثيلية من 60,000 سجل للحفاظ على ظروف التجربة الرئيسية مع تقليل التكرار في البيانات المتسلسلة المأخوذة بكثافة. تُظهر النتائج أنه يمكن التنبؤ بمعدل تدفق النفاذية بدقة عالية باستخدام Gradient Boosting (R2 = 0.981؛ RMSE = 0.161 لتر/دقيقة). أدى أداء التنبؤ بالطاقة المعتدل إلى تحقيق R2 بقيمة 0.654 وRMSE بقيمة 7.570 كيلوواط ساعة/متر مكعب لـ Random Forest. كانت دقة تنبؤات موصلية النفاذية أقل (R2 = 0.257؛ RMSE = 245.44 ميكرو سيمنز/سم) لأن معلمات توصيف الغشاء والتغذية يجب أن تُدرج لتحقيق سيطرة كافية على جودة المياه. يُعد النهج المقترح الأنسب كإطار عمل غير متصل لدعم اتخاذ القرار لتحليل عملية التناضح العكسي الديناميكي.