تحسين أداء توربينات الرياح باستخدام حلول الاستشعار

تُعدّ توربينات الرياح عنصرًا أساسيًا في انتقال العالم إلى صافي انبعاثات صفري. نستعرض هنا تقنية الاستشعار التي تضمن تشغيلها الآمن والفعال.
يبلغ متوسط عمر توربينات الرياح 25 عامًا، وتلعب المستشعرات دورًا أساسيًا في ضمان تحقيقها لعمرها الافتراضي. من خلال قياس سرعة الرياح والاهتزاز ودرجة الحرارة وغيرها، تضمن هذه الأجهزة الدقيقة تشغيل توربينات الرياح بأمان وكفاءة.
يجب أن تكون توربينات الرياح مجدية اقتصاديًا، وإلا فسيُعتبر استخدامها أقل جدوى من استخدام أشكال أخرى من الطاقة النظيفة، أو حتى طاقة الوقود الأحفوري. توفر أجهزة الاستشعار بيانات الأداء التي يمكن لمشغلي مزارع الرياح استخدامها لتحقيق ذروة إنتاج الطاقة.
ترصد أبسط تقنيات الاستشعار لتوربينات الرياح الرياح والاهتزازات والإزاحة ودرجة الحرارة والإجهاد الفيزيائي. تساعد المستشعرات التالية في تحديد الظروف الأساسية واكتشاف أي انحرافات كبيرة عنها.
تُعدّ القدرة على تحديد سرعة الرياح واتجاهها أمرًا بالغ الأهمية لتقييم أداء مزارع الرياح والتوربينات الفردية. وتُعدّ مدة الخدمة، والموثوقية، والوظائف، والمتانة المعايير الرئيسية عند تقييم أجهزة استشعار الرياح المختلفة.
معظم أجهزة استشعار الرياح الحديثة ميكانيكية أو فوق صوتية. تستخدم مقاييس سرعة الرياح الميكانيكية كوبًا دوارًا وريشة لتحديد السرعة والاتجاه. ترسل أجهزة استشعار الموجات فوق الصوتية نبضات فوق صوتية من أحد جانبي وحدة الاستشعار إلى جهاز استقبال على الجانب الآخر. يتم تحديد سرعة الرياح واتجاهها بقياس الإشارة المستقبلة.
يُفضّل العديد من المُشغّلين أجهزة استشعار الرياح بالموجات فوق الصوتية لعدم حاجتها إلى إعادة المعايرة، مما يُتيح تركيبها في الأماكن التي يصعب صيانتها.
يُعدّ اكتشاف الاهتزازات وأي حركة أمرًا بالغ الأهمية لمراقبة سلامة توربينات الرياح وأدائها. تُستخدم مقاييس التسارع عادةً لمراقبة الاهتزازات داخل المحامل والمكونات الدوارة. كما تُستخدم مستشعرات الليدار غالبًا لمراقبة اهتزازات الأبراج وتتبع أي حركة مع مرور الوقت.
في بعض البيئات، قد تُولّد المكونات النحاسية المستخدمة لنقل طاقة التوربينات كميات كبيرة من الحرارة، مما يُسبب حروقًا خطيرة. تُراقب أجهزة استشعار درجة الحرارة المكونات الموصلة المعرضة لارتفاع درجة الحرارة، وتمنع تلفها من خلال إجراءات استكشاف الأخطاء وإصلاحها تلقائيًا أو يدويًا.
تُصمَّم توربينات الرياح وتُصنَّع وتُزيَّت لمنع الاحتكاك. ومن أهم المناطق التي يُمنع فيها الاحتكاك المنطقة المحيطة بعمود الدفع، ويتحقق ذلك أساسًا بالحفاظ على مسافة حرجة بين العمود والمحامل المرتبطة به.
تُستخدم مستشعرات التيار الدوامي غالبًا لمراقبة خلوص المحامل. إذا انخفض الخلوص، يقل التزييت، مما قد يؤدي إلى انخفاض الكفاءة وتلف التوربين. تحدد مستشعرات التيار الدوامي المسافة بين الجسم ونقطة مرجعية. وهي قادرة على تحمل السوائل والضغط ودرجة الحرارة، مما يجعلها مثالية لمراقبة خلوص المحامل في البيئات القاسية.
يُعدّ جمع البيانات وتحليلها أمرًا بالغ الأهمية للعمليات اليومية والتخطيط طويل الأمد. يتيح ربط أجهزة الاستشعار ببنية تحتية سحابية حديثة الوصول إلى بيانات مزارع الرياح والتحكم عالي المستوى. ويمكن للتحليلات الحديثة دمج البيانات التشغيلية الحديثة مع البيانات التاريخية لتوفير رؤى قيّمة وإنشاء تنبيهات آلية للأداء.
تُبشّر الابتكارات الحديثة في تكنولوجيا الاستشعار بتحسين الكفاءة وخفض التكاليف وتعزيز الاستدامة. وتتعلق هذه التطورات بالذكاء الاصطناعي، وأتمتة العمليات، والتوائم الرقمية، والمراقبة الذكية.
كما هو الحال مع العديد من العمليات الأخرى، سرّع الذكاء الاصطناعي معالجة بيانات المستشعرات بشكل كبير لتوفير المزيد من المعلومات وتحسين الكفاءة وخفض التكاليف. طبيعة الذكاء الاصطناعي تعني أنه سيوفر المزيد من المعلومات بمرور الوقت. تستخدم أتمتة العمليات بيانات المستشعرات والمعالجة الآلية ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة لضبط درجة الصوت وناتج الطاقة تلقائيًا والمزيد. تُضيف العديد من الشركات الناشئة الحوسبة السحابية لأتمتة هذه العمليات لتسهيل استخدام التكنولوجيا. تتجاوز الاتجاهات الجديدة في بيانات مستشعرات توربينات الرياح القضايا المتعلقة بالعمليات. تُستخدم البيانات التي يتم جمعها من توربينات الرياح الآن لإنشاء توائم رقمية للتوربينات ومكونات مزارع الرياح الأخرى. يمكن استخدام التوائم الرقمية لإنشاء عمليات محاكاة والمساعدة في عملية صنع القرار. تُعد هذه التقنية لا تُقدر بثمن في تخطيط مزارع الرياح وتصميم التوربينات والتحليل الجنائي والاستدامة وغيرها. وهذا أمر ذو قيمة خاصة للباحثين والمصنعين وفنيي الخدمة.