الابتكارات في نظم إغلاق حالة الطوارئ في ويند توربين من أجل السلامة والقابلية للاعتماد

وقد أصبحت التوربينات الفائزة حجر الزاوية في التحول العالمي إلى الطاقة المتجددة، حيث تتسع آلاف المنشآت على السواحل والبيئات الخارجية، وفي حين أن هذه الهياكل تُصمم على مدى عقود من العمليات الموثوقة، فإنها تعمل في ظل ريح شديدة، وإضرابات البرق، والاضطرابات على الشبكة، والارتفاع الميكانيكي، فإن ضمان إمكانية وضع نظام للتحكم في التربين في وضع آمن خلال حدث حرج ليس مجرد شرط تنظيمي؛

أهمية نظم إغلاق حالة الطوارئ

إن نظام وقف العمل في حالات الطوارئ هو آخر خط دفاع عندما تكون الضوابط التشغيلية العادية غير كافية أو مضرة، وقد تهدف هذه النظم إلى التعجيل بفك الدوار، وفصل المولد، وإغلاق المكابح في تشكيلة متوقفة، كما أن المخاطر عالية: فالإخفاق في وقف الترسبات الميكانيكية أثناء عاصفة شديدة يمكن أن يؤدي إلى إخفاق حاد في الصيانة الصارخة، أو انهيار الاضطرابات.

الابتكارات الأخيرة في مجال تكنولوجيا إغلاق الطوارئ

التكامل المتقدم في مجال الاستشعار

وتجهز هذه الاضطرابات الحديثة بشبكة مكثفة من أجهزة الاستشعار التي ترصد باستمرار الصحة الهيكلية، والظروف البيئية، والبارامترات التشغيلية، وتُحدِّد الابتكارات في تكنولوجيا الاستشعار، مثل قياسات الإجهاد الضوئي، وأجهزة الانذار بالصدمات الدقيقة، وأجهزة الإنذار بالصدمات الحرارية، وتُحدِّد هذه البيانات من درجة الحرارة الحقيقية، وتُحدِّد من درجة الحرارة القصوى التي تُحدِّد من الاضطرابات.

التفعيل الآلي والمتكرر

كما أن فترة اتخاذ القرارات المتعلقة بالتوقف اليدوي لا يمكن أن تفسح المجال أمام الاستجابة الآلية بالكامل، ويمكن أن تقوم الدائرة الحديثة بتنفيذ سلسلة إغلاق في غضون مليئ من الثانية من اكتشاف حدث مسبب، وهو ما يمكن أن يستجيب له أي عامل من مشغلي البشر، وهو ما يعد له قيمة خاصة في المواقع البحرية التي يكون فيها الوصول محدوداً، ويزيد من التأخير في الاتصالات، كما أن قدرات التشغيل عن بعد تمكن المشغلين من البدء في إغلاق مركز التحكم في التناوب أو حتى الحصول على أجهزة متنقلة.

The next-Generation Braking and Pitch Systems

بالإضافة إلى أن معظم المكابح الهيدرولوجية التقليدية وآليات القذف الصارخة لا تزال معيارية، فإن الابتكارات تجعل هذه المكونات أكثر موثوقية وسلامة، حيث أن المحركات الكهربية الخفيضة غالباً ما تكون كهربائية بدلاً من أن تكون معالجات هيدروليكية يمكن أن تُنثر حتى لو فقد النظام الأساسي تنبيهه، وبعض التصميمات تتضمن الآن البطاريات الاحتياطية أو أجهزة التحكم التي توفر سلطة الإطفاء في حالات الطوارئ مستقلة عن الشبكة.

تعزيز موثوقية

ويقاس موثوقية نظام تقييم الأداء ليس فقط بقدرته على العمل حسب الطلب، بل أيضا بمقاومته للرحلات التي لا تحتاج إلى نتيجة، والتي تُحدث حالات توقف في استخدام الطاقة الكهربائية، وتُستخدم فيها أكثر النظم تقدماً هيكلاً مطبقاً يجمع بين الحماية الأولية والثانوية والجامعية، ومن ذلك مثلاً أن الإغلاق الأولي يمكن أن يستخدم أداة واضحة لجلب المطاطس، وأن تُستخدم المولدات الثانوية في ميكانيكية.

الفلسفة في تصميم مصفوفة

وكل عنصر حاسم في نظام المراقبة الداخلية مصمم بحيث يفشل بطريقة آمنة، فعلى سبيل المثال، يتم تحميل الصمامات الهيدروليكية بحيث تتحول، في حالة فقدان الضغط، إلى موقع المكابح، وتصمم نظم الخياطة بحيث تؤدي فقدان القدرة أو التحكم إلى استئصال شظايا الريش بصورة تلقائية، كما أن المولد الرئيسي يفتح عادة، ويحتاج إلى إشارة مؤثرة لكسر الإشارة المصداقية.

خوارزميات مكافحة الذكاء والإدماج في الأنشطة المنفذة تنفيذاً مشتركاً

وربما كان أكثر الابتكار تحولاً هو استخدام التعلم الآلاتي وخوارزميات التحكم المتقدمة من أجل تحقيق الحد الأمثل من قرارات الإغلاق، فالنظم التقليدية القائمة على القواعد تعمل على عتبات ثابتة، مثل " تهدئة سرعة الرياح إذا تجاوزت 25 متراً/متر " أو " إن كانت اليقظة تتجاوز 0.3 غراماً " ، وفي حين أن هذه العتبات تكون متحفظة ويمكن أن تؤدي إلى انخفاض غير ضروري في الوقت.

الاتجاهات والتحديات المستقبلية

وفي الختام، سيتيح العقد القادم قدرات أكثر تطوراً، إذ سينتقل إدماج الاستخبارات الاصطناعية من الكشف عن الشذوذ إلى التجنب الاستباقي للمخاطر، مثلاً، فإن التربين قد يُضفي تلقائياً على أعلى مستوياته من أجل تقليل الحمل من واجهة العاصفة، وتجنب الحاجة إلى وقف كامل للطوارئ، وسيتيح حساب الحجم إمكانية التجهيز مباشرة على جهاز التحكم في التربين، مما يقلل من درجة التساهل والاعتماد على وصلات.

أجهزة التتبع الرئيسية للصناعة

وعلى العموم، فإن الابتكارات الجارية تجعل نظم وقف الطوارئ في حالة الطوارئ في الرياح أكثر قوة واستجابة وموثوقية، مما يدعم نمو الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم، ومع نضج هذه التكنولوجيات، ستعمل مزارع الرياح بقدر أكبر من التوافر وتدني المخاطر، مما يعجل بتحول الطاقة دون المساس بالسلامة.

For further reading, explore resources from the U.S. Department of Energy on turbine safety systems, the NREL report on advanced control and safety, and Windpower Engineering & Development for industry case studies]