استخدام الطائرات العمودية لتفتيش وصيانة الهياكل الأساسية للطاقة المتجددة

كما أن التحول يغذيه التطور التنظيمي، ففي العديد من البلدان، قامت سلطات الطيران بتبسيط الإعفاءات من العمليات التجارية بدون طيار، ولا سيما بالنسبة للهياكل الأساسية الحيوية، فقد أصدرت مثلاً الموافقات المتعددة على رحلات شركة BVLOS على مزارع الرياح والزراعة الشمسية، مما أتاح إجراء عمليات تفتيش مستقلة بعيدة المدى، وتخفض هذه الجسور التنظيمية الحواجز التي تحول دون اعتمادها على نطاق واسع، مما يجعل الطائرات الآلية أداة قياسية.

أهم جوانب التفتيش على أساس الطائرة

السلامة أولا: القضاء على التعرض البشري العالي الخطورة

إن أكثر الحجة إلحاحاً للطائرات بدون طيار هي سلامة العمال، فتفتيش تربين الرياح 100 متر يتطلب عادة من الفنيين أن يسحبوا النصل أو يستخدموا سلة مجهزة بالرافعة، ويحمل كلاهما مخاطر خطيرة ومخاطر حرق، وبالمثل، فإن المشي عبر مزرعة شمسية تبلغ مساحتها 500 هكتار تحت درجات حرارة عالية من الكمين يشكل ضغطاً حرارياً وخطراً من الأفاعي.

الكفاءة والسرعة: من ساعات إلى دقائق

فتوفير الوقت أمر مأساوي، إذ يمكن لطائرة واحدة أن تمسح تربين كامل للريح البحرية، بما في ذلك البرج، وناسيل، وبراديس - في حوالي 30 دقيقة، مقارنة بيوم كامل لفريق الوصول إلى الحبل، وبالنسبة للمزارع الشمسية، يمكن للطائرة بدون طيار المجهزة بكاميرا حرارية أن تغطي 150 إلى 200 لوح في الساعة، بينما قد يؤدي جهاز كشف حراري مثبت على الأرض إلى زيادة كفاءة الأداء في الفترة نفسها.

Accuracy and Data Richness

(ج) تُحمل الطائرات الآلية الحديثة حمولات تتجاوز كثيراً كاميرات RGB البسيطة، وتُكتشف أجهزة الاستشعار الحرارية بقع ساخنة في الخلايا الشمسية (نقاط الفشل المحتملة)، وتُنتج عدسات بصرية عالية الاستبانة في شفرات التربين، وتُنتج نماذج ثلاثية الأبعاد للتحليل الهيكلي، عندما تُضاف إلى ذلك عيوب في أجهزة الاستخبارات الاصطناعية وأجهزة التكليل الميكانيكية،

التكلفة - الأثر والقابلية للتأثر

وعلى الرغم من أن الاستثمار المباشر في معدات الطائرات بدون طيار والتدريب التجريبي يمكن أن يكون كبيرا، فإن عائد الاستثمار مُلح، إذ يبلغ المشغلون عن انخفاض التكاليف بنسبة 40 إلى 70 في المائة لعمليات التفتيش الروتينية عند التحول عن الأساليب التقليدية، وتأتي الوفورات من انخفاض العمل، وانخفاض أقساط التأمين (المطالبات المتعلقة بالعاملين) وتخفض إلى أدنى حد الخسائر في الإنتاج لأن عمليات التفتيش يمكن أن تُجرى بسرعة ويمكن تحديدها خلال فترات متدنية دون توقف عمليات التفتيش.

تطبيقات قطاع الطاقة المتجددة

Wind Energy: Blade and Tower Inspections

(ب) إن القصف بالريوبين من بين أكثر العناصر شدّة في أي نظام لتوليد الطاقة، رهناً بإضراب مستمر، وبرق، وتآكل في المحركات، وكسر الشباك في الأوعية الدموية، وفحص المحركات الثلاثة في وقت واحد عن طريق مسارات طيران مبرمجة آلية.

وفيما وراء الشفرة، تقوم الطائرات بدون طيار بتفتيش أبراج التآكل، والثقوب المطلية، والنزاهة اللحام، ويمكنها حتى التحقق من نظم حماية البرق وأضواء تحذير الطيران، وتتحمل بعض الطائرات المتطورة الآن مقاييس سميكية فوق الصوت على منابر محشوة لقياس الدهون المعدنية على جدران البرج - وهي مهمة كانت تتطلب من قبل أن تقطع.

الطاقة الشمسية: رصد الصحة على مستوى الفريق

وتواجه المزارع الجديدة التي تعمل بالأشعة السينية مجموعة من التحديات التي تواجه التفتيش، وقد تحتوي محطة شمسية واحدة تبلغ ١٠٠ ميغاواط على أكثر من ٠٠٠ ٣٠٠ لوح، كما أن رسم الخرائط باستخدام كاميرات محمولة بالأشعة تحت الحمراء هو إخفاق مؤثر وغير متسق ويعرض التقنيين للمخاطر الكهربائية والحرارة القصوى، ويمكن للأجهزة المحمولة المجهزة بأجهزة أشعة RGB وكاميرات حرارية أن تبث أنماطاً مبرمجة مسبقاً، بحيث تكون درجة الحرارة الحرارية في كل جهاز من أجهزة التليف.

كما أن الطائرات الطائره تكتشف التربة (الدروع، سقوط الطيور، القلو) التي تقلل من غلة الطاقة، ومن خلال الإفراط في استخدام البيانات الحرارية مع الصور البصرية، يمكن للمشغلين أن يرتبوا أطقم التنظيف إلى أسوء المناطق المتضررة، وأن ينقذوا المياه والعمال، وتقوم بعض المزارع الشمسية الآن بتفتيش الطائرات بدون طيار أسبوعياً، وأن تدمج البيانات مباشرة في نظمها الخاصة بالوكالة الخاصة للتنمية الزراعية والريفية المستدامة، لتكييف البيئات الداخلية تلقائياً أو استد أوامر الصيانة.

الطاقة الكهرمائية والتفتيش على السدود

وفي حين أن عمليات التفتيش التي تجري على الطائرات بدون طيار أقل انتشاراً، فإنها تكتسب زخماً في الطاقة الكهرمائية، ويمكن للطائرات العمودية أن تفتش وجوه السدود، والطرق المسدودة، والمخزونات، وأجهزة الصمامات، وتوفر صوراً عالية الاستبانة لكشف الشقوق، والغطاء النباتي، ومؤشرات حيوية للسلامة الهيكلية، وتتفادى الأماكن المحصورة مثل الأنفاق أو الغرف المفاجئة، واللوفات العالية.

التطبيقات الحرارية الأرضية والزاخرة بالإنقراض

وتشتمل النباتات الحرارية الأرضية على سوائل عالية الحرارة وفي أماكن نائية كثيرة، ويمكن للطائرات العمودية أن تفتش الأنابيب البخارية للتسرب باستخدام كاميرات تحت الحمراء، وتفحص أبراج التبريد من أجل التدهور الهيكلي، وترصد مناطق الهالات الحرارية، وفي الطاقة المتجددة البحرية (الموجات والميدالية)، بدأت الطائرات بدون طيار تحل محل الدراسات الاستقصائية القائمة على الزوارق من أجل منابر الوقود العائم، وتكاليف التعبئة، وكابلات.

التحديات التي تواجه التبني على أساس الدروني

الرقابات التنظيمية

وعلى الرغم من التقدم المحرز، لا تزال الأطر التنظيمية غير متسقة عبر الولايات القضائية، إذ لا تزال بلدان كثيرة تحظر عمليات BVLOS أو تقيدها بشدة، مما يحد من قدرة الطائرات بدون طيار على تغطية المزارع الشمسية الكبيرة أو منشآت الرياح البحرية بكفاءة، ويمكن أن يكون الحصول على الإعفاءات بطيئا ومكلفة، كما يجب على مشغلي الطائرات العمودية أن يبحروا في تصنيفات مختلفة للمجال الجوي بالقرب من المطارات والمناطق العسكرية والمتنزهات الوطنية، التي قد تتداخل مع مواقع الطاقة المتجددة، وتعمل هذه الصناعة بنشاط على الضغط من أجل وضع المعايير الدولية، مثل تلك المعايير المدنية.

Battery Life and Range

فالوقت الضئيل هو قيد تشغيلي أولي، إذ تطير معظم الطائرات التجارية بدون طيار ٢٠-٤٠ دقيقة للبطارية الواحدة، مما يتطلب مبادلات متعددة للبطارية لتغطية مزرعة كبيرة للريح أو مصنع للشمس، مما يزيد من تكاليف العمل والمعدات، وفي حين أن خلايا الوقود الهيدروجينية والرسومات الشمسية آخذة في الظهور، فإنها تظل جاهزة، أما بالنسبة للريح البحرية، فإن المسافة من سفينة الإطلاق إلى مجمع التربينات تزيد من الحد الأقصى للرحلات.

حجم البيانات وتجهيزها

ويمكن أن يولد تفتيش واحد للطائرات بدون طيار تضاريس من الصور العالية الاستبانة والبيانات الحرارية، كما أن إدارة هذه البيانات وتخزينها وتجهيزها بكفاءة يتطلبان منابر قوية قائمة على الغيوم، وأنابيب متقدمة من أجهزة التشغيل، وقد يكافح صغار المشغلين مع الاستثمار المباشر في البرامجيات والموارد الحاسوبية، وعلاوة على ذلك، يجب أن يكون الإنتاج قابلا للتنفيذ: فالكمية من الصور التي لا تلتقط عيوب آلية لا تستخدم إلا على نحو محدود.

التدريب المتخصص

ويحتاج تشغيل الطائرات بدون طيار في البيئات الصناعية المعقدة إلى مهارات تجريبية أساسية، ويتعين على الفنيين فهم الأصول المحددة التي يفتشونها )مثلا، الديناميكية الصاروخية، والسلوك الكهربائي الخلوي الشمسي(، وتفسير البيانات الحرارية والبصرية، والامتثال لبروتوكولات السلامة في المواقع، ولا تزال هذه الخبرة المزدوجة شحيحة، كما أن برامج التصديق لا تزال قيد الإعداد ببطء.

التطورات المقبلة: ما هي الخطوة التالية للتفتيش على الطائرات العمودية

العمليات ذاتية السلاح

الصيانة الافتراضية

ومع نضج نماذج الصواريخ المضادة للمركبات، يصبح الانتقال من الاسترداد إلى الصيانة المتوقعة ممكناً، فبدلاً من مجرد تحديد العيوب القائمة، يمكن للتعلم الآلي أن يحلل بيانات الطائرات الآلية التاريخية التي يُتوقع أن يُتوقع أن يفشل عنصر ما استناداً إلى مؤشرات مبكرة دون المستوى (مثلاً، مستويات الحرارة الدقيقة أو معدلات التكاثر في المايكروس) ويمكن لهذا النهج أن يحدد بدقة عند الحاجة، ويقلل من الدقة وغير المخطط لها.

الحمولات المسبقة وارتفاع درجة الحس

وسيتضمن الجيل القادم من الطائرات بدون طيار التصوير الفائق الطيفي )لكشف التغيرات الكيميائية في المعاطف الصاروخية أو الكتف الشمسي(، ومفرقعات الغاز )لكشف تسربات سادس فلوريد الكبريت في التبديل الكهربائي(، بل وحتى الميكروفونات الصوتية )لكشف الارتطام في صناديق التروس(.

التكامل مع التوائم الرقمية

وهناك العديد من كبار المشغلين المتجددين يقومون ببناء نماذج رقمية من التوائم - على نحو بيطري لأصولهم المادية، ويمكن باستمرار إدخال بيانات التفتيش على الطائرات العمودية في هذه التوأم الرقمي، مما يتيح للمهندسين تصور التغيرات بمرور الوقت، وتحفيز سيناريوهات الفشل، وتحسين استراتيجيات الصيانة إلى أقصى حد، فمثلاً، يمكن أن تنعكس الرحلة الجوية التي تبث على بعد 2 ملم من الشق الصارخ تلقائياً في التوأم الرقمي، مما يؤدي إلى تنبيه إلى تحقيق التكامل بين الأصول وإصلاح نظام العمل.

الاستنتاج: الطائرات العمودية بوصفها أداة لا يمكن استغناء عنها من أجل مستقبل الطاقة المستدامة

وقد انتقل استخدام الطائرات بدون طيار لتفتيش وصيانة الهياكل الأساسية للطاقة المتجددة إلى ما بعد المرحلة التجريبية لتصبح أداة تشغيلية رئيسية، ومن تعزيز سلامة العمال وفترات التفتيش الممزقة إلى توفير بيانات أكثر ثراء، وبيانات تحليلية تتيح الصيانة المتوقعة، وتثبت الطائرات بدون طيار قيمتها عبر الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الكهرمائية والمنشآت الحرارية الأرضية، ومن التحديات التنظيمية، والقيود على البطاريات، وثغرات تجهيز المهارات، ولكن التقدم السريع في مجال الطاقة.

ومع توسع قطاع الطاقة المتجددة لتحقيق أهداف إزالة الكربون على الصعيد العالمي، ستكون القدرة على إدارة الأصول بكفاءة وموثوقية أمرا بالغ الأهمية، ولا سيما عندما تكون مدمجة مع التوأم الرقمي وجهاز الطاقة الاحتياطية هو طريق قابل للتكرار وفعال من حيث التكلفة لتحقيق ذلك الموثوقية، فالعاملون الذين يستثمرون في برامج الطائرات بدون طيار اليوم سيكونون في وضع أفضل لخفض النفقات التشغيلية، وتحقيق أقصى قدر من إنتاج الطاقة، والحفاظ على حافة تنافسية في سوق يزداد الطلب.