استخدام الطائرات العمودية في التخطيط لتفتيش وصيانة ويند توربين

مقدمة: الشقة باتجاه تفتيش السلاحف الناشطة ذات القاعدة الدافئة

وقد شهد قطاع الطاقة الريحية العالمية نموا في المتفجرات خلال العقد الماضي، حيث أصبحت التوربينات أطول وأقوى وأعلى موقعا في بيئات نائية أو خارجية، ويستلزم ضمان عمل هذه الهياكل الضخمة بصورة آمنة وفعالة إجراء عمليات تفتيش منتظمة وشاملة، وهذا يعني في الماضي إرسال فنيين مدربين إلى البرج - عملية تستغرق وقتا طويلا وتتحمل المخاطر وتكلفها، واليوم، فإن الطائرات الآلية تعيد تشكيل هذا الواقع.

وقد أصبحت المركبات الجوية غير المأهولة، المعروفة عموما بالطائرات بدون طيار، المجهزة بكاميرات عالية الاستبانة، والمجسات الحرارية، والشركة الليبرية، حجر الزاوية في صيانة التربينات الريحية الحديثة، حيث أن الطائرات بدون طيار، بواسطة التحليق القريب من الشظايا، والأبراج، والناتسيلات، تلتقط بيانات مرئية وحرارية مفصلة تتيح الكشف المبكر عن العيوب مثل الشق، والتآكل، والهوب الريحية،

لماذا الطائرات؟

إن اعتماد الطائرات بدون طيار لعمليات التفتيش على توربين الرياح يُعزى إلى فوائد واضحة وقابلة للقياس تعالج القيود التي تفرضها النُهج التقليدية القائمة على الوصول إلى الحبل أو الاختناق، كما أن الميزات الرئيسية التي تجعل الطائرات بدون طيار أداة لا غنى عنها بصورة متزايدة لصناعة الطاقة المتجددة.

السلامة أولا: القضاء على التعرض البشري العالي الخطورة

ويمكن أن تتجاوز مسدودات التوربين 80 متراً في طولها، وكثيراً ما تكون الأبراج أطول من 150 متراً، ويعرض تفتيش هذه الهياكل يدوياً العمال إلى المخاطر والطقس الشديد والحوادث ذات الصلة بالإجهاد، ويلغي الطائرون الحاجة إلى تقنيين للتسلق أو التعليق في ارتفاع لفترات طويلة، ويتحكم المشغلون في برامج الأشعة فوق البنفسجية التي تُدفع من مسافة آمنة على الأرض، مما يقلل من خطر التعرض للتحسين المهني إلى الصفر.

السرعة والكفاءة: من ساعات إلى دقائق

ويمكن الآن الانتهاء من عملية تفتيش شاملة على شفرة توربينية، تتطلب مرة إغلاقاً متعدد الأيام، كما يمكن أن يُنجز فريق من المتخصصين في الوصول إلى الحبال في أقل من ساعة لكل توربين باستخدام طائرة واحدة بدون طيار، وقدرة النشر السريع، والطيران حول الهيكل بأكمله، والعودة إلى القاعدة مع البيانات التي تبسط العمليات على الفور، وبالنسبة لمزارع الرياح البحرية، حيث تكون أوقات السفر ونوافذ الطقس حرجة، فإن الطائرات الآلية تقلل بدرجة كبيرة من تبعية السفن والتفتيش.

نوعية البيانات وحلها: رؤية ما يفتقده العين البشرية

وتحمل الطائرات الآلية الحديثة كاميرات ذات قرارات مؤلفة من 20 ميغابيكسل أو أعلى، إلى جانب الاستقرار المتوازن الذي يسمح بتصوير الخلل حتى في ظروف الرياح، ويمكن لهذه أجهزة الاستشعار التي تُستخدم في تحديد المناطق البصرية، أن تلتقط شظايا الشعر، والتحات المتطور، والأضرار التي قد تكون غير مرئية من الأرض أو حتى أثناء تفتيش الحبال.

خفض التكاليف: انخفاض مجموع النفقات على الوقت

وفي حين أن التكلفة الأولية لشراء طائرة بدون طيار وتدريب طيار يمكن أن تكون كبيرة، فإن التكلفة الإجمالية للملكية هي عادة أقل من عقود التفتيش على الحبال على حياة مزرعة الرياح، وتخفض الطائرات العمودية ساعات العمل وتزيل العصيان وتخفض إلى أدنى حد وقت التعطل في التربين، وتسمح بإجراء عمليات تفتيش أكثر تواتراً تلحق مشاكل في التبكير في إجراء إصلاحات باهظة التكلفة في حالات الطوارئ وتوسيع نطاق حياة الأصول، ووفقاً لبيانات الصناعة، يمكن لعمليات التفتيش التي تتم على الطائرات بدون طيار أن تؤدي إلى تخفيض تكاليف التفتيش بنسبة ٥٠ في المائة.

أنواع التكنولوجيا الطائرـة الدرنـة المستخدمة في تفتيشات ويند توربين

ويحدد حمولة أجهزة الاستشعار المحددة التي تحملها طائرة بدون طيار نوع العيوب التي يمكن تحديدها ومعظم الطائرات الآلية التي تقوم بالتفتيش التجاري هي منابر متعددة العناصر (الزبائن أو المروحيات) التي تختار لمعالجتها واستقرارها المزيف، كما أن تكنولوجيات الاستشعار الرئيسية التي تم نشرها اليوم.

كاميرات فيديو عالية الاستصلاح

وهذه هي عملية التفتيش على محور الطائرات بدون طيار التي عادة ما تكون على ثلاثة أكسس، وهي تلتقط صورا لا تزال مرئية ومرئية في ضوء مرئي، وتضع برامجيات ما بعد التجهيز عشرات أو مئات الصور في صور ذات قدرة عالية على الاستبانة أو نماذج من 3D، مما يسمح للمهندسين بالتقريب إلى مناطق ذات أهمية ومقارنة عبر الزمن.

التصوير بالأشعة تحت الحمراء الحرارية

وتكشف الكاميرات الحرارية عن أنماط الحرارة واختلاف درجات الحرارة عبر أسطح التربين، وكثيرا ما تظهر التطهيرات أو الشقوق المليئة بالرطوبة أو الطلاءات المنزوعة كبؤوس ساخنة أو باردة في الصور الحرارية، وهذه الطريقة غير التدميرية للاختبار فعالة بشكل خاص لتحديد العيوب الداخلية التي لم تظهر بعد على أنها أضرار سطحية واضحة.

LiDAR (Light Detection and Ranging)

وتثير أجهزة الاستشعار الليزرية الليزرية الليزرية من أجل إيجاد سحابات دقيقة من عناصر توربينية من ثلاث نقاط إلى دي، وفي حين أنها لا تستخدم عادة في عمليات التفتيش الشفرات الروتينية بسبب وزن الحمولة والتكاليف، فإن ليدار لا تقدر بثمن بالنسبة للتحليل الهيكلي وقياسات التطهير، وتخلق توأمتين رقميتين في مزرعة الرياح بأكملها، كما يمكنها أن تكشف عن التشهير الصارخ وميل البرجين بمرور الوقت، وتغذية في برامج التخطيط للإعالة والرصد الهيكلي.

أجهزة الاستشعار الصوتية والصوتية (الشيخوخة)

وقد بدأت بعض منابر الطائرات بدون طيار متقدمة في إدماج قياسات السميكة فوق الصوتية أو أجهزة استشعار الانبعاثات الصوتية، ويمكن لهذه أجهزة الاستشعار القائمة على الاتصال أو شبه الترددات أن تقيس سميك الجدار الشام، وكشف الشقوق الخفية، وتقييم سلامة السندات، وبينما لا تزال هذه أجهزة الاستشعار في مراحل التبني المبكر، تعد بإضافة طبقة أخرى من القدرة التشخيصية لعمليات التفتيش التي تتم على الطائرات بدون طيار.

تدفق أعمال التفتيش: من الرحلة إلى التقرير

ويتبع التفتيش المعتاد للطائرات بدون طيار من أجل توربين الرياح تدفقا منهجيا للعمل يهدف إلى تحقيق أقصى قدر من جودة البيانات وتقليل المخاطر إلى أدنى حد، ويساعد فهم هذه العملية المخططين على صيانة هذه الطائرات على إدماج بيانات الطائرات بدون طيار في نظم إدارة الأصول القائمة.

التخطيط قبل الطيران والسلامة

يبدأ التفتيش بتقييم الموقع: الأحوال الجوية، سرعة الرياح، حالة توربين (الدوار غير المقفل أو الحريري)، وأي قيود تنظيمية محددة للموقع، ويقوم المشغل بوضع خطة طيران تتضمن نقاطاً تضمن التغطية الكاملة للتربين، وكثيراً ما يستخدم برامجيات تُسدِّد توجهات التربينات ورموزها، كما يتم وضع نظم للتصفح الجغرافي وتجنب الاصطدام لمنع الاتصال العرضي.

In-Flight Data Capture

الطيار (أو نظام الحكم الذاتي) يطير بالطائرة بدون طيار على طول مسارات محددة مسبقاً، بالنسبة لعمليات التفتيش المفروم، يقترب الطائرة بدون طيار عادة من الأسفل، ويتسلق طول النصل بينما يلتقط الصور المتداخلة ويكرر النصائح الثلاثة، ويمكن أخذ الصور الحرارية في وقت واحد أو في تمرير منفصل، ويسجل الفيديو العالي التعريف للتقييم الديناميكي، ولا تزال الصور تُطلق على فترات منتظمة لضمان التغطية الكاملة.

ما بعد التجهيز والتحليل

وبعد الهبوط، يتم تحميل البيانات وتجهيزها، وتُدرج البرمجيات المتخصصة للمسح التصويري (مثلا، Pix4D، أو Drone Deploy، أو أدوات الحيازة الملكية) الصور في نموذج 3D أو في صورة شاملة، وتُعد الآثار يدوية أو بمساعدة خوارزميات من طراز AI التي يمكن أن تُعلّم الهالات مثل الشقوق، وتُصقّق، وتُحدِّقُدُ الإحداثيات.

التكامل مع نظم التخطيط للنفقة

وتتمثل الخطوة الأخيرة في إدخال بيانات العيوب في نظام محوسب لإدارة الصيانة أو منصة إدارة الأصول في المؤسسة، مما يتيح للمخططين إعطاء الأولوية للإصلاحات القائمة على شدة العيوب، ودرجة حرجية الاضطرابات، والنوافذ الجوية المقبلة.

تخطيط الصيانة مع البيانات عن طريق الهاتف: نهج استباقي

البيانات المتجمعة بالطائرات ليست فقط لإشارتها إلى المشاكل إنها أداة استراتيجية لتحقيق أقصى قدر من لوجستيات الصيانة، وعندما يتم دمجها بشكل سليم، فإنها تحول كيف يدير مشغلو الأسطول آلاف التوربينات عبر المناطق الجغرافية الشاسعة.

الصيانة الافتراضية ومعالجة الآثار

ومن خلال إجراء عمليات تفتيش منتظمة للطائرات بدون طيار (مثلاً فصلياً أو نصف سنوية)، يمكن للمشغلين أن يقارنوا حالة اللوم بمرور الزمن، فالتآكل في المراحل الأولى، مثلاً، يتطور ببطء، ولكن يتسارع بعد عتبة معينة، ويتيح الكشف عن علامات مبكرة إجراء إصلاحات وقائية قبل أن تتعرض السلامة الهيكلية للخطر، وقد تؤدي حالات الشذوذ الحراري التي تُظهر من جديد على عمليات التفتيش اللاحقة إلى الحد من البيانات غير الموجهة إلى حد بعيد، مما يؤدي إلى تدخل استباقي.

تحديد الأولويات وتخصيص الموارد

وغالبا ما تحتوي المزارع الفائزة على توربينات من مختلف الأعمار ومن مختلف المصنعين، ويمكن تجميع بيانات التفتيش عن الطائرات العمودية عبر الأسطول بأكمله لتحديد أعلى كثافة عيوب أو أكثر المسائل حدة، ويمكن لأفرقة الصيانة عندئذ أن تخصص موارد محدودة (طاقم النفط، والرافعات، والبرقيات البديلة) للتربينات التي تحتاج إليها أكثر من غيرها، وموازنة التكاليف والمخاطر.

التوائم الرقمية والحياكة

ويمكن لجمع بيانات المقاييس الرقمية والتصوير الضوئي من الطائرات بدون طيار مع SCADA (الرقابة الاستشرافية واقتناء البيانات) أن يتيح إنشاء نماذج رقمية للتوائم - الفيرمونات الفيزيائية، كما يمكن للمهندسين أن يحاكيوا كيف يمكن للشقق أن ينشر في ظروف حمولة مختلفة، أو كيف يتغيّر الأداء الهوائي مع التحات.

وثائق الامتثال والتأمين

وتتطلب العديد من سياسات التأمين واتفاقات الضمان المتعلقة بالتربينات الريحية عمليات تفتيش دورية موثقة، وتوفر عمليات التفتيش عن طريق الطائرات أدلة بصرية لا رجعة فيها عن حالة الأصول، التي يمكن تخزينها رقميا واسترجاعها لأغراض مراجعة الحسابات أو المطالبات، مما يقلل من المنازعات ويكفل وفاء المشغلين بالتزاماتهم التعاقدية.

التحديات والحدود التي تواجه عمليات التفتيش على الطائرات العمودية

وعلى الرغم من سرعة اعتماد الطائرات بدون طيار، فإن عمليات التفتيش على الطائرات بدون طيار ليست رصاصة فضية، ويجب التصدي لعدد من التحديات التقنية والتنظيمية والتشغيلية لتحقيق كامل إمكاناتها.

الرقابات التنظيمية

وتخضع عمليات الطائرات بلا طيار لأنظمة سلطات الطيران الوطنية (مثلاً، القوات المسلحة الأنغولية في الولايات المتحدة، ووكالة الفضاء الأوروبية، ووكالة الطيران المدني الدولية في المملكة المتحدة) وكثيراً ما تقيد هذه القواعد الرحلات الجوية خارج خط البصر، والارتفاع الأقصى، والقرب من الناس والهياكل، والعمليات الليلية، وتواجه عمليات التفتيش في الخارج تعقيداً إضافياً، وفي حين أن الجهات التنظيمية تُدخل تدريجياً الإعفاءات والتصديقات على العمليات التجارية، فإن تركيبة الحالية على القواعد يمكن أن تحد من المرونة وتزيد من المرونة والإدارة.

Battery Life and Environmental Constraints

ومعظم الطائرات المسيرة التجارية لها أوقات طيران تتراوح بين ٢٠ و ٤٠ دقيقة، تكفي لتفتيش توربين واحد ولكنها تتطلب مبادلات بطارية للمزرعة الكاملة، فالرياح المرتفعة )فوق ٢٥ كيلومترا/ساعة(، والمطر، أو درجات الحرارة المنخفضة يمكن أن تكون عمليات برية بالكامل، وتشكل ظروف المياه السطحية، ورش الملح تحديات إضافية، وتعالج أوجه التقدم في تكنولوجيا البطاريات ونظم الطاقة الهجينة هذه القيود، ولكن القيود البيئية لا تزال تشكل عائقا عمليا.

حجم البيانات وتجهيزها

ويمكن أن يولد تفتيش واحد للتربين مئات الصور ذات الاستبانة العالية بالإضافة إلى الأطر الحرارية والفيديو، ويستلزم تجهيز هذه البيانات إلى تقارير عملية برامجيات قوية ومحللين مهرة، ويزداد الكشف عن العيوب آليا باستخدام جهاز الاستخبارات الجوية، ولكن هناك أخطاء إيجابية خاطئة وما زالت بحاجة إلى التحقق من البشر، وقد يفتقر صغار المشغلين إلى القدرة الداخلية على التعامل مع البيانات على نطاق واسع، رغم أن منابر السحاب تقل حاجز الدخول.

التدريب المتخصص والتصديق

ويحتاج العاملون إلى ترخيص تجريبي عن بعد، وكذلك تدريب محدد في تقنيات التفتيش عن الاضطرابات الريحية - الديناميات الشفرة دون المستوى، وزوايا النهج، وبروتوكولات السلامة، وتواجه الصناعة نقصا في الطيارات المصدقة بهذه المعرفة المتخصصة، رغم أن برامج التدريب آخذة في الاتساع بسرعة.

التطورات المستقبلية: ما هي الخطوة التالية بالنسبة للطائرات العمودية في الطاقة الشتوية

إن مسار تكنولوجيا الطائرات بدون طيار يشير إلى زيادة التكامل مع عمليات مزارع الرياح، وعد العديد من التطورات في الأفق بالتغلب على القيود الحالية وتوسيع دور المركبات الجوية غير المصفحة.

أسطول طائرات دروبية ذاتية الدفع وقوارب دوكينغ

أما الطائرات الآلية المستقلة ذاتياً بالكامل التي تقلع وتفتش التوربينات وتعود إلى محطات الشحن وترفع البيانات دون تدخل بشري، فتجري اختبارها بالفعل شركات مثل سكاي سبيكس وريغيتش وغيرها، وبالنسبة للمزارع الريحية النائية أو البحرية، فإن هذه النظم يمكن أن تقلل بشدة من تكاليف العمل وتتيح الرصد المستمر القريب.

AI-Powered Defect Detection and Real-Time Analysis

ويمكن الآن أن تكشف نماذج التعلم من الآلات التي تم تدريبها على آلاف الصور التفتيشية عن الشقوق والتآكل والضرر الخفيف بمعدلات دقة تتجاوز 90 في المائة، ويمكن أن تتيح بيانات تجهيز المركبات على متن الطائرة بدون طيار تنبيهات بالعيوب في الوقت الحقيقي أثناء الرحلة نفسها، مما يتيح للتجربة أن تعيد الصور أو تركز على المناطق المشبوهة على الفور، مما يقلل من وقت التجهيز ويعجل بدورة اتخاذ القرار بشأن الصيانة.

عمليات التفتيش المتعددة الأطراف المتعلقة بالأسلحة الصغيرة

ويمكن للأحزام الآلية المنسقة تفتيش التوربينات المتعددة في وقت واحد، مما يقطع فترة التفتيش الزراعي الإجمالية من أيام إلى ساعات، وتتصل كل طائرة بدون طيار بالغير لتجنب الاصطدامات وتغطية المناطق المخصصة، وفي حين أن تكنولوجيا السوار لا تزال تجريبية، فإنها تعد بمزارع رياحية بحرية كبيرة حيث يكون التقييم السريع حاسما قبل إغلاق نوافذ الطقس.

التكامل مع التحليلات الافتراضية ودائرة إدارة المباني

ومع أن بيانات الطائرات بدون طيار تصبح أكثر تنظيما وتوحيدا، فإنها ستتغذى مباشرة في منابر تحليلية متوقعة تُستخدم في تاريخ الطقس، وبيانات الوكالة الوطنية للتنمية الزراعية، ومواصفات الصانعين، وستُنتج هذه البرامج جداول صيانة آلية، وأوامر قطع الغيار، بل وتسعير دينامي للتأمين، وستشهد مزرعة الرياح الرقمية بالكامل طائرات بدون طيار، وأجهزة الاستشعار، والبرامجيات التي تعمل كنظام إيكولوجي متكامل.

خاتمة

وقد حولت الطائرات العمودية بالفعل كيفية إجراء عمليات تفتيش في توربينات الرياح، مما يوفر تقييمات أكثر أمانا وأسرع وأكثر تفصيلا من الأساليب التقليدية، وبما أن التقدم التكنولوجي قد أحرز من خلال عمليات مستقلة، فإن تحسين التنفيذ، وتحسين الأطر التنظيمية - دورهم في التخطيط للنفقة لن يعمق إلا، فبالنسبة لمديري الأصول ومخططي الصيانة، فإن استخدام تكنولوجيا الطائرات بدون طيار لم يعد مجرد خيار؛ بل أصبح ضرورة تنافسية لزيادة وقت الطاقة المتجددة وتحقيق أرباحها.

رحلة من الوصول اليدوي إلى الأسطول الآلية للطائرات بدون طيار جارية جداً، وصناعة الرياح بدأت فقط بخدش سطح ما يمكن، وبإدماج بيانات التفتيش عن الطائرات بدون طيار في التخطيط الاستباقي للنفقة، يمكن للمشغلين أن يقللوا من التكاليف، وأن يمدوا حياة الأصول، وأن يدعموا التحول العالمي إلى الطاقة النظيفة، وللمزيد من القراءة عن التطورات التنظيمية وأفضل الممارسات، يتشاوروا مع الموارد من أنظمة الطائرات غير المأجرة: