هياكل دعم توربينات الرياح البحرية قد لا يفي بعضها بتوقعات "عمر الإجهاد" (تقرير)

قد لا يفي بعض هياكل دعم توربينات الرياح البحرية بتوقعات عمر الإجهاد المطلوب؛ ما قد يؤدي إلى أضرار وخسائر جسيمة.

ووفق تقارير طالعتها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، تشير دراسة حديثة أجرتها جمعية خدمات التصنيف البحري "لويدز ريجيستر" (Lloyd’s Register) إلى أن الفحص القائم على الموثوقية يمكن أن يُساعد في إدارة المخاطر الناتجة عن الإجهاد.

وحسبما تُشير جمعية التصنيف، تُستعمل الصيانة التنبؤية بشكل شائع في الهياكل البحرية، ويمكن تطبيقها على توربينات الرياح البحرية، إلا أن التوربينات والهياكل الداعمة لها تواجه إجهادا شديدًا ناتجًا عن الرياح، ولا يزال التنبؤ بالإجهاد أمرًا صعبًا.

من ناحية ثانية، يمكن أن يؤدي الإجهاد إلى أعطال في المكونات الرئيسة مثل الشفرات والأبراج والأساسات.

تحليل إجهاد توربينات الرياح البحرية

يأخذ تحليل إجهاد توربينات الرياح البحرية في الاعتبار الجاذبية، والقوى الديناميكية الهوائية والهيدروديناميكية، وأحمال الرياح والأمواج لتقدير الضرر التراكمي.

وأشارت جمعية خدمات التصنيف البحري "لويدز ريجيستر" إلى أن هياكل دعم توربينات الرياح غالبًا ما تكون مدفوعة بالإجهاد، مقارنةً بهياكل منصات النفط والغاز، نظرًا إلى حِمل الإجهاد الكبير الناتج عن الرياح.

بدورها، توفر الصيانة التنبؤية باستعمال نماذج موثوقية الإجهاد لمشغلي توربينات الرياح البحرية نهجًا للتفتيش القائم على المخاطر (RBI) لتركيز الجهود على الجوانب المهمة.

وأوضحت "لويدز ريجيستر": "على الرغم من فاعلية تخطيط التفتيش القائم على الإجهاد؛ فإنه يتطلب مساهمة خبراء ونماذج موثوقة وأدوات برمجية قادرة على التعامل مع حسابات معقّدة".

وأكدت أن "اختيار طريقة التفتيش المناسبة أمر بالغ الأهمية لتحقيق التوازن بين السلامة والتكلفة".

تقييم مزرعة رياح بحرية

قيَّمت دراسة "لويدز ريجيستر"، بعنوان "موثوقية إجهاد هياكل توربينات الرياح البحرية: دراسة حالة"، مزرعة رياح بحرية في شمال الأطلسي بقدرة تتراوح بين 500 و600 ميغاواط، وتضم 60-70 توربينًا.

وأشارت "لويدز ريجيستر" إلى أن توربينات الرياح البحرية تُصمم عادةً لمدة 25 عامًا من الخدمة، باستعمال عامل تصميم إجهاد يبلغ 3، ما يعني أن الحد الأدنى المطلوب لعمر الإجهاد هو 75 عامًا.

في المقابل، قد تؤدي المبالغة في تقدير عمر الإجهاد إلى تكاليف غير ضرورية، في حين يُهدد التقليل من التقدير السلامة، وفق ما تابعته منصة الطاقة المتخصصة.

لذلك، تُعد دقة منهجية التحليل، ونماذج الأحمال، وخصائص المواد -مثل منحنيات الإجهاد-العمر، وحدود الإجهاد- أمرًا بالغ الأهمية لتقييم الإجهاد، بصفته العامل الرئيس المُحرك لتحسين التصميم الهيكلي لضمان سلامة الأصول على المدى الطويل.

ووجدت دراسة "لويدز ريجيستر" أن المفصل الحرج في أساس السترة سيصل إلى نهاية عمر الإجهاد بعد 52 عامًا فقط، وهو ما يقل عن متطلبات التصميم هذه.

نهج التفتيش القائم على المخاطر

بدلًا من إعادة تصميم المفصل، اتبعت الدراسة نهج التفتيش القائم على المخاطر (RBI) لتحديد الأعطال المحتملة والتخفيف منها من خلال صيانة مُستهدفة قائمة على المخاطر.

وجمعت الدراسة بين نموذج الإجهاد مقابل عدد الدورات لتقدير متى تنخفض السلامة الإنشائية عن الحدود المقبولة، وتحليل نمو الشقوق باستعمال ميكانيكا الكسر، للتنبؤ باحتمالية الأعطال بمرور الوقت وتحديد أوقات التفتيش.

ويدمج هذا النهج نتائج التفتيش عبر منحنيات احتمال الكشف (PoD) للسماح بتحديث جداول التفتيش ديناميكيًا، استجابةً للظروف الواقعية ونتائج التفتيش.

وتشير النتائج إلى ضرورة إجراء الفحص الأول في نحو السنة التاسعة بعد التركيب.

بعد ذلك، وبناءً على طريقة الفحص، قد يلزم إجراء المزيد من الفحوصات سنويًا للحفاظ على هوامش أمان مقبولة.

وتُسلّط دراسة الحالة الضوء على قيود طرق الفحص الحالية، ووجدت أن عمليات الفحص البصرية والموجات فوق الصوتية أقل فاعلية للمكونات الحساسة للإجهاد.

وبالنسبة للتقنيات الأكثر تقدمًا، مثل قياس التيار الدوامي أو التيار المتردد، فتُوفّر موثوقية أكبر وتسمح بأوقات فحص أطول، ولكن فقط عندما يكون المشغّلون على استعداد لاعتماد عتبات أمان أقل قليلًا.

وعلى الرغم من أن تخطيط التفتيش القائم على المخاطر فعال في تقليل تكاليف عمر الخدمة وضمان طول عمر وسلامة هياكل توربينات الرياح البحرية؛ فإنه يتطلب مساهمة الخبراء ونماذج موثوقة وأدوات برمجية قادرة على التعامل مع الحسابات المعقدة.

وأوضحت "لويدز ريجيستر" أن الأبحاث الجارية تهدف إلى تحسين النماذج ومعالجة التحديات في أثناء تطبيقها. ويتطلب تحديث الموثوقية، خصوصًا عند دمج منحنيات احتمالية الطلب (PoD)، نماذج معقدةً ومعايرةً دقيقةً لمعايير مثل حجم الشق الأولي وعوامل شدة الإجهاد، وهي مجالاتٌ غالبًا ما تكون غير مدروسةٍ عمليًا.

وقال الرئيس العالمي لتكنولوجيا الطاقة البحرية وتحت سطح البحر لدى "لويدز ريجيستر" كوروش بارسا: "صُمم العديد من أصول طاقة الرياح البحرية وفقًا لعامل إجهاد قياسي، ولكن الظروف الواقعية غالبًا ما تكشف عن نقاط ضعف حرجة".

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصدر..