تقييم أثر أنظمة الحركة الجوية والطيران على تنمية الرياح البحرية

وقد أصبحت الطاقة الريحية الخارجية حجر الزاوية في الاستراتيجيات العالمية للطاقة المتجددة، مما يتيح إمكانات هائلة لتوفير الكهرباء النظيفة للسكان الساحليين، غير أن التوسع السريع في مزارع الرياح البحرية يستحدث تفاعلا مع إدارة الطيران وحركة النقل الجوي، ويمكِّن تحقيق توازن بين تطوير الطاقة والسلامة الجوية ليس مجرد عقبة تنظيمية - بل هو تحد هندسي وسوقي وسياسي يتطلب التخطيط والابتكار الدقيقين.

الطاقة الشتوية البحرية وتحدي الفضاء الجوي

وتقع المزارع الريحية البحرية عادة في أعماق ضحلة إلى أعماق متوسطة من المياه الساحلية، وغالبا ما تقع في مناطق ذات سرعة الرياح العالية وقرب مراكز الطلب، ومع ذلك فإن نفس المناطق الجغرافية كثيرا ما تستضيف ممرات جوية مزدحمة ومناطق تدريب عسكرية وطرق طائرات الهليكوبتر التي تخدم منشآت بحرية، كما أن الاقتحام الرأسي للمناطق الريحية - التي تصل في كثير من الأحيان إلى مستويات إجمالية تتراوح بين 100 و 250 مترا فوق سطح البحر يمثل خطرا على الطائرات المتدنية التدريب.

وتقوم سلطات الطيران في جميع أنحاء العالم بإنفاذ أنظمة تحدد أسطح العقبات، وحماية خط التتبع، ومناطق سلامة المعونة الملاحية، وتؤثر هذه القواعد تأثيرا مباشرا على المناطق التي يمكن فيها وضع التوربينات، ومدى طولها، وما هي معدات الأمان التي يجب أن تحملها، وبما أن الرياح البحرية تستهدف المياه العميقة والمربينات الكبيرة، فإن واجهة الطيران تصبح قيدا متزايدا على قدرة المشروع على البقاء.

دور أنظمة الطيران

وتستند أنظمة الطيران إلى المعايير الدولية التي وضعتها منظمة الطيران المدني الدولي وتنفذها هيئات وطنية مثل إدارة الطيران الاتحادية في الولايات المتحدة، وهيئة الطيران المدني في المملكة المتحدة، ووكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي، وتهدف هذه الأنظمة إلى الحفاظ على هوامش أمان الطائرات أثناء العمليات العادية وعمليات الطوارئ، أما بالنسبة لتطوير الرياح البحرية، فإن أهم الأنظمة ذات الصلة تندرج في ثلاث فئات هي: إزالة العقبات، والتدخل في الرادار والاتصال، والإضاءة.

سطح التقادم وطول توربين

ويحدد المرفق 14 لشركات الطيران المدني الدولية أسطح العقبات المحيطة بالمطارات والموانئ، وهي مظروف غير مرئية من ثلاثة أبعاد لا ينبغي أن يخترقها أي هيكل، وبالنسبة للمزارع الريحية البحرية القريبة من المطارات الساحلية، قد تقيد طول التربين لمنع حدوث تجاوزات مفصلة في مناطق النهوج أو الاقلاع أو التداول، عندما تكون دراسة التربينات خارج المستوى العام الأقصى المباشر البالغ 150 بلداً.

ويفاقم هذا القيد دفعة التوربينات الكبيرة (مثل 15 ميغاواط + بمرتفعات محورية تبلغ 150 متراً، وتصل ارتفاعات الذكاء الإجمالية إلى 300 متر)، وفي بعض المناطق، مثل بحر الشمال، يتجاوز التوربين عادة 250 متراً، ويتطلب حالات سلامة محددة في المشاريع وتدابير التخفيف من آثارها، ويجب على المطورين أن ينخرطوا في وقت مبكر مع سلطات الطيران لتحديد أقصى مستويات المسموح بها والتفاوض بشأن حالات الانحراف حيثما يكون مبرراً.

External link:] ]ICAO Annex 14 Standards and Recommended Practices]

التدخل في شؤون الرادار والتخفيف من حدتها

فالتركيبات الشتوية كبيرة، وهي هياكل معدنية تدور حولها ويمكن أن تبعث اشارات رادارية متدهورة تستخدم في مراقبة الحركة الجوية، ورصد الطقس، والمراقبة العسكرية، وهذا الأثر ذو شقين: يمكن أن تُساء تفسير عمليات الرادار من التوربينات على أنها طائرات (تُعد مؤامرة زائفة) أو أن تحجب أو تُستنبط إشارات من طائرات حقيقية.

ويحتاج المُنظمون عادة إلى مُطورين لإجراء تقييمات الأثر بالرادار، وإذا كان هناك توقع غير مقبول، فإن المطورين يجب عليهم تمويل تدابير التخفيف بتكلفة كبيرة في كثير من الأحيان، وتشمل الحلول رفع مستوى الرادار (مثلاً، معالجة خوارزميات المعالجة الجديدة لأجهزة التربين، ونقل الرادار، وتركيب أجهزة رادار مُلفة من الثغرة، أو اعتماد رادار ثانوي مُرسلة إلى سلك.

متطلبات الإضاءة والعلامة

ولكفالة إبراز الهياكل الطويلة للطائرات، تُسند لوائح الطيران إلى الإضاءة، أما بالنسبة للطوابق الريحية البحرية، فإن هذا ينطوي عادة على أضواء حمراء متوسطة الضوضاء على الناتيل، مرئية على الأقل 10 أميال بحرية، مع وجود أضواء منخفضة الضغائن على البرج على مستويات متوسطة، كما أن متطلبات التكوين والكثافة والثبات والمواصفات الوطنية المستمدة من المرفق 14 يجب أن توفر نظماً أقل للضوء.

وفي مزارع الرياح المكتظة، كثيرا ما يُسمح لمجموعات التوربينات بأن تشعل ترابا واحدا لكل مجموعة، مما يقلل من التلوث الخفي مع الحفاظ على السلامة، غير أن الشواغل البيئية والمجتمعية بشأن الأثر البصري قد أثارت بحوثا في الإضاءة البديلة، مثل الإضاءة حسب الطلب ] التي تنشط بواسطة أجهزة الاستشعار عن الطائرات، وتحظى هذه النظم بقبول تنظيمي في أوروبا.

Impact on Offshore Wind Project Lifecycle

وتمارس أنظمة الطيران نفوذا في كل مرحلة من مراحل مشروع رياح البحر، من الجدوى الأولية إلى وقف التشغيل، ويعتبر فهم هذه الآثار أمرا أساسيا للتخطيط الواقعي للتكاليف والجداول.

اختيار الموقع وتوقيته

وأثناء اختيار الموقع، يمكن لأجهزة الفرز من أجل الوصول إلى المطارات والمجال الجوي العسكري والمسافات الحلقية والبراهرات، ويمكن للمناطق البوفرية - التي تبلغ مساحتها ٥-١٠ كيلومترات من المطارات الساحلية - أن تزيل مناطق كبيرة من النظر فيها، وفي بعض البلدان، يمكن أن يحظر وجود مسار تدريبي عسكري منخفض الطراز )مثلا، حركة السيارات، اتفاقات التجارة الحرة في الولايات المتحدة( ارتفاعات تربينية فوق ٢٠٠ قدما ما لم تتم الموافقة على تعديل جوي خاص.

ويمتد نطاق فترات التقادم إلى أن يتفاوض المطورون مع أصحاب المصلحة المتعددين في مجال الطيران: متعهدو المطارات والقيادات العسكرية ومقدمو خدمات النقل الجوي ومنظمو الخدمات الوطنية، ويمكن أن تؤدي مسألة تدخل راداري واحدة لم تحل إلى تأخير تنفيذ مشروع ما قبل سنوات، ويحتاج مكتب إدارة الطاقة في المحيط في الولايات المتحدة الآن إلى تقييم شامل للطيران كجزء من خطة التشييد والعمليات المتعلقة بإيجارات الرياح البحرية.

External link:] ] ]BOEM Aviation Assessment Guidelines]

التشييد

وأثناء البناء، تتطلب الهياكل المؤقتة مثل شواطئ الرافعات وأجهزة التنظيف أيضاً إضاءة مخاطر الطيران وقد تحتاج إلى تنسيق خاص مع شركة ATC. وكثيراً ما تخلق سفن البناء عقبات مؤقتة يمكن أن تؤثر على التغطية الرادارية، ويجب على المطورين تقديم خطط مؤقتة للعقبات وقد يلزمهم لتقديم إشعارات إلى شركة الطيران، وفي المجال الجوي المشغّل، يمكن قصر أنشطة البناء على النوافذ الجوية أو على فترات زمنية تتفادى فيها حركة المرور القصوى.

العمليات والصيانة

ويجب أن تحافظ المزارع الريحية التشغيلية على العقبة التي تضاءل في نظام العمل، كما أن عدم الإضاءة على التربين يؤدي إلى رد الصيانة في فترات محددة (مثلا 30 دقيقة للأضواء المتوسطة الأجل)، كما أن التفتيش المنتظم واستبدال المصابيح يضيف إلى النفقات التشغيلية، بالإضافة إلى أن أي تغيير في ارتفاع التربين (مثلا، إعادة الضبط الصارخ) قد يتطلب إعادة تقييم آثار الطيران.

ويُعد الوصول إلى طائرات الهليكوبتر أمرا شائعا لصيانة الترابينات البحرية، إذ يجب على أسطح الهبوط على منابر التربين الريحية أو سفن الخدمات أن تمتثل لأنظمة النقر الخفيف (المرفق 14، المجلد الثاني). ويشمل ذلك وضع العلامات وإطفاء الحرائق، وطرق الاقتراب/المغادرة خالية من الترابينات الأخرى، والتفاعل بين مخططات المزارع الريحية وممرات طائرات الهليكوبتر هو من الاعتبارات الرئيسية للتصميم.

الأطر التنظيمية والتنسيق

ولا ينظم أي إطار عالمي واحد التفاعلات بين الريح؛ بل ينطبق على مجموعة من القواعد الوطنية والدولية، فالتنسيق الفعال بين أصحاب المصلحة أمر حاسم لتجنب الصراعات وتحقيق النتائج على النحو الأمثل.

المعايير الدولية

وتوفر منظمة الطيران المدني الدولي معايير شاملة لعلامات العقبة والإضاءة (المرفق 14) ولصيانة المعونات الملاحية اللاسلكية (المرفق 10)، غير أن هذه المعايير مسموح بها لدى السلطات الوطنية، وقد نشرت الوكالة الدولية للطاقة مبادئ توجيهية لأفضل الممارسات في مجال الطاقة الريحية والطيران من خلال مهمتها الفائزة 37 بشأن الدينامية الجوية والسيطرة عليها، ولكن لا يوجد اتفاق ملزم.

النهج الوطنية والإقليمية

وتستخدم المملكة المتحدة سياسة " CAP 764 " من وكالة الطيران المدني التي توفر إطاراً قائماً على المخاطر لتقييم أثر المزارع الريحية على الطيران، وتستخدم هولندا " بروتوكولاً لتخفيف آثار الارتداد " يتطلب من المطورين المساهمة في صندوق للارتفاعات الرادارية، وتطبق ألمانيا نموذجاً للزوابق يحدد فيه المسافات من المطارات المرتفعات المسموح بها دون تقييم فردي.

وفي الولايات المتحدة، تجري وكالة الطيران الاتحادية دراسة جوية في إطار الباب 77 من الباب 14 من فرنكات الجماعة المالية الأفريقية لأي هيكل يزيد على 200 قدم، وتدير وزارة الدفاع ووزارة الطيران معا الفريق العامل المعني بالطاقة والطيران، وقد قامت الإصلاحات الأخيرة بتبسيط عملية الرياح البحرية من خلال تعيين مناطق محددة للتأجير على أنها " متوافقة مع المألوف " رهنا بالتخفيف.

الحلول التكنولوجية التي تمزج الغاب

فالابتكارات تقلل من الاحتكاك بين الرياح البحرية والطيران، ويجري نشر عدة تكنولوجيات للتقليل إلى أدنى حد من التدخل وتعزيز السلامة.

Radar Upgrades and Infill

ويمكن لعملية تجهيز الإشارات الرادارية المتقدمة أن ترشّح "القطعة" من التوربينات الريحية باستخدام التمييز الذي يمارسه دوبلر (تروبينز يتدحرج بمعدلات أبطأ من الطائرات) أو بواسطة مواقع تربين معروفة، حيث يتم تركيب رادارات في المستودعات، وأجهزة ذات ولايات صلبة في كثير من الأحيان، بالقرب من مزارع الرياح لتغطية الثغرات في التغطية التي تسببها كبس الرادار.

الكشف عن هوية المستجيبين

وبدلا من الاعتماد على الرادار الرئيسي وحده، فإن العديد من النظم الجوية تتحرك نحو المراقبة المستقلة ] (ADS-B) حيث تبث الطائرات موقعها، وهذا أقل تأثرا بالقطع الترابية، فاللوائح التي تتطلب من جميع الطائرات نقل مودي S أو ADS-B إلى الخارج تتيح لأجهزة التحكم في الرحلات الجوية حتى لو تم تلفها بالرادارات العامة ولكن لا تكون مفيدة.

الهوية عن بعد والأبراج الرقمية

ويمكن وضع أبراج رقمية عن بعد - مدافع ومستشعرات تغذي البيانات لأجهزة التحكم في موقع مركزي - على التوربينات الريحية لتوفير الوعي بالوضع المحلي، ويمكن لهذه النظم، مع الكشف الآلي عن النزاعات، أن تقلل من الحاجة إلى مناطق عازلة كبيرة خالية من العوائق، وقد أظهرت المحاكمات في بحر الشمال أن الأبراج الرقمية على منصات الرياح يمكن أن تدعم نهج طائرات الهليكوبتر بما يعادل السلامة للتحكم البصري التقليدي.

دراسات حالة في مجال المواءمة

وتوضح الأمثلة على العالم الحقيقي كيفية التصدي للتحدي الذي يواجهه الطيران.

منطقة البحر الشمالي

البحر الشمالي هو أكثر المناطق تركيزاً في العالم من الرياح البحرية مع آلاف التوربينات وبعض أغرب المناطق في أوروبا فريق تنسيق الطيران الشمالي يجمع بين المطورين والمنظمين والمستعملين العسكريين لتبادل البيانات والتخطيط للمواءمة، وقد أثبت مشروع الرادرابين الهولندي أن سلسلة من مزارع الريح يمكنها أن تتعايش مع الرادارات العسكرية باستخدام قيود التصفية الريحية

External link:] ]WindEurope Position on Offshore Wind ' Aviation]

الولايات المتحدة (BOEM ' FAA)

الرياح البحرية في الولايات المتحدة تتركز قبالة ساحل المحيط الأطلسي، ووقعت منظمة الطيران المدني الدولي ومنظمة الطيران المدني الدولي مذكرة تفاهم في عام 2021 لتحسين التنسيق، وحصلت مناطق مثل تلك الواقعة قبالة ماساتشوستس ونيويورك على تحليلات أولية للطيران حددت فيها مسائل التدخل بالرادار التي تستخدمها شركة كيب كود ونانتكيت، واتُخذت اتفاقات تخفيف تلزم مطورين لتمويل عمليات تحديث الرادار وإنشاء مناطق خالية من السفن

مستقبل الرياح البحرية والتعايش مع الطيران

ومع انتقال الرياح البحرية العائمة إلى المياه العميقة بعيدا عن الشاطئ، فإن آثار الطيران قد تنخفض فعلا لأن هذه المواقع أبعد من أنماط حركة المرور في المطارات ومناطق التدريب العسكري، غير أن ارتفاعات التربين لا تزال تزيد من منابر التربينات، كما أن عدد التوربينات لكل مشروع يزداد، وسيتطلب الأثر التراكمي للمزارع الريحية الكبيرة على المجال الجوي الإقليمي تخطيطا أكثر تطورا.

ثانيا - تطور السياسات

فالهيئات تتجه نحو معايير قائمة على الأداء بدلا من الحدود الطولية، على سبيل المثال، تقوم وكالة الطيران المدني الدولي باستكشاف تقييمات قائمة على المخاطر التي تعتبر أحجام وارتفاعات حركة المرور الفعلية، وفي أوروبا، تسمح أنظمة الوكالة الأوروبية للطاقة الذرية المتعلقة بـ "مراقبة وعلامات الأعشاب" باستخدام نظم إضاءة كشف الطائرات كمكافئة للإضاءة المستمرة.

الابتكار في مجال إدارة الفضاء الجوي

ويمكن أن يصبح من الشائع إعادة تشكيل المجال الجوي الديناميكي - حيث تتحول المناطق العسكرية أو المحدودة استجابة لعمليات مزارع الرياح - أن يصبح نموذجان رقميان من المواد الجوية يسمحان بإجراء محاكاة في الوقت الحقيقي حيث يمكن للمراقبين أن يروا أثر تشكيلات مزارع الرياح على التغطية الرادارية، وأن يكون إدماج التوربينات الريحية في مفهوم " السماء الذكية " الأوسع نطاقاً (الحيز الجوي في أوروبا، UTM في الولايات المتحدة) أساسياً لأن تكون المركبات الجوية المتقدمة أكثر قدرة على التنقل.

خاتمة

إن أثر أنظمة الحركة الجوية والطيران على تنمية الرياح البحرية عميق، إذ يمتد كل مرحلة من مرحلة التوقف عن العمل، ومع ذلك فإن السرد ليس من الصراعات البسيطة، ومن خلال التعاون الاستباقي، والابتكار التكنولوجي، والتنظيم التكييفي، فإن قطاعي الرياح البحرية والطيران يجدان سبلاً للتعايش، والأهم من ذلك هو المشاركة المبكرة، وتقاسم البيانات على نحو شفاف، والاستعداد للاستثمار في تكنولوجيات التخفيف التي تعود بالنفع على أهداف السلامة والطاقة النظيفة على حد سواء.

External link:] ]NREL Offshore Wind Research]