تقنية تحمي توربينات الرياح من خطر الصواعق (فيديو)

لا تسلم توربينات الرياح من ضربات الصواعق التي تتعرّض لها بصفة دورية في ظروف مناخية معينة؛ ما يؤثر في العمر التشغيلي لتلك الأدوات التي تُعَد المكون الرئيس المولد للكهرباء النظيفة في صناعة الرياح العالمية.

ويتعرض كل توربين رياح للصاعقة بمعدل يتراوح من 0.6 إلى مرة واحدة سنويًا في المتوسط، ويحدث التأثير عادةً في الشفرة الدوارة للتوربين، وفق ما طالعته منصة الطاقة المتخصصة.

ويكون الخطر أعلى بالنسبة للتوربينات متعددة الميغاواط؛ إذ تشير الدراسات إلى أن توربينات الرياح تتعرض لضربات البرق المباشرة 10 مرات على الأقل سنويًا؛ نظرًا إلى موقعها المكشوف على التلال أو قبالة السواحل.

خطر الصواعق

رغم أن توربينات الرياح وشفراتها مصممة لتحمل شدة معينة من البرق؛ فإنها قد تفشل بذلك في بعض الأحيان؛ ما يسبب ضررًا بالغًا للهيكل، يكون إصلاحه مكلفًا للغاية، وفق بيان صادر عن شركة أركتورا (Arctura).

ويُعزى هذا إلى أن التوربين سيحتاج إلى إيقاف التشغيل وإصلاح الأضرار؛ الأمر الذي قد يشمل الآلات الثقيلة مثل الرافعات، وتزداد التحديات مع ازدياد حجم الهياكل وتعقيدها.

وتكون توربينات الرياح غالبًا عُرضة لمخاطر الصواعق التي تمثل تحديًا كبيرًا لقطاع الرياح العالمي؛ إذ من الممكن أن تتسبب الأضرار الناجمة عن البرق في إصلاحات باهظة التكلفة وتوقفات العمل؛ ما يؤثر سلبًا في إنتاجية الكهرباء المستدامة.

وتُكبد الأضرار المصاحبة للبرق صناعة الرياح العالمية ما يزيد على 100 مليون دولار سنويًا، وفق معلومات جمعتها منصة الطاقة المتخصصة.

ومن المتوقع أن تتفاقم تلك المعضلة خلال السنوات المقبلة، في حين يواصل المصنعون بناء توربينات رياح أكثر طولًا وكذلك مع زيادة نشاط البرق نتيجة التغيرات المناخية.

حل ابتكاري

طوّرت شركة مانكيفيتش (Mankiewicz) الألمانية الرائدة في صناعة الطلاء، ونظيرتها الأميركية أركتورا، حلًا غير تقليدي لحماية توربينات الرياح من مخاطر البرق، يتمثّل في طبقة طلاء تستهدف -أساسًا- تقليل حدة الأضرار التي من الممكن أن تصيب توربينات الرياح جراء الصواعق عبر تعزيز أداء نظام الحماية من تلك الظاهرة الطبيعية.

وتطرح أركتورا ومقرها بلدة ساوث كينغستون الواقعة بولاية رود آيلاند تقنية ابتكارية في السوق الأميركية؛ حيث من المتوقع أن تقلل بدرجة كبيرة الخسائر الناتج عن الصواعق.

وتتمثل التقنية الجديدة في طلاء أرك جايد (ArcGuide) وهو عبارة عن طبقة علوية مصنعة من مادة البولي يوريثان وتتضمن مزيجًا خاصًا من العناصر المنفصلة.

وتُستَعمل تلك الطبقة على شفرات توربينات بالقرب من مستقبلات البرق لتسهيل تكوين القنوات المتأينة فوق سطح الشفرات في أثناء تراكم ضربات البرق.

وتضمن تلك القناة المتأينة مرورًا آمنًا لشحنات البرق عبر الهواء إلى مستقبِل البرق، وفي الأرض عبر الموصِل السفلي، كما أنها تحول دون وقوع أي أضرار على شفرات التوربين.

وتُعَد طبقة طلاء أرك جايد -حاليًا- جزءًا من محفظة الطلاءات عالية الأداء التابعة لشركة مانكيفيتش، وفق تقرير اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.

وقالت الشركة إن هذا الطلاء يتمتّع بمتانة فائقة، وفاعلية عالية في حماية الشفرة من العناصر وضربات البرق المتعددة.

وفي معرض تعقيبه على التقنية الجديدة قال الرئيس التنفيذي لشركة أركتورا نيل فاين: "تواجه تلك الطفرة الممثلة في طلاء توربينات الرياح أحد أكثر الأمور المزعجة المؤرقة لمشغلي مزارع الرياح".

وأضاف فاين: "نحن سعداء جدًا بالتعاون مع مانكيفيتش، الشركة الرائدة في مجال تصنيع الطلاءات، ومشغلي مزارع الرياح على أهبة الاستعداد لطرح هذا المُنتَج في السوق، وكم سيسعدون لمعرفة أنه يُقدم بوساطة شركة مصنعة موثوقة معروفة بمنتجات الطلاء المتينة والفعالة".

حرائق التوربينات

عندما يضرب البرق توربينات الرياح، تتدفق تيارات تبلغ عدة عشرات الآلاف من الأمبيرات خلال أجزاء من الثانية، وقد سُجِّلَت بالفعل قيم كبيرة تبلغ 200 ألف أمبير، ويصل الجهد الكهربائي إلى عدة ملايين فولت.

وإذا فشلت حماية توربينات الرياح من الصواعق الآن؛ فستكون العواقب وخيمة؛ إذ لا يمكن أن يتسبب ذلك في تلف الشحن الزائد بنظام التحكم الكهربائي فحسب، بل يمكن -كذلك- أن تنفصل الشفرات الدوارة.

ونظرًا إلى أن درجة حرارة الهواء داخل قناة البرق ترتفع فجأة إلى عشرات الآلاف من الدرجات المئوية، يوفر هذا بيئة صالحة لنشوب الحرائق في التوربينات.

آثار مدمرة

للحرائق آثار مدمرة بالنسبة إلى توربينات الرياح دون حماية فاعلة من الصواعق، نظرًا إلى أن توربينات الرياح مصنوعة بشكل أساسي من مركبات ألياف الكربون.

وعلى الرغم من أن المادة خفيفة بشكل خاص؛ فإنها تتمتع بموصلية كهربائية سيئة للغاية، وفق ما طالعته منصة الطاقة المتخصصة.

ودون الحماية من البرق، يمكن أن تتبدد طاقة الصواعق بشكل سيئ في الأرض، ويتعرّض النظام بأكمله للضرر؛ ما قد يسبب تكاليف باهظة.

وينطبق الخطر الكبير للإصابة بضربات البرق في الغالب على الهياكل التي يبلغ متوسط ارتفاعها أكثر من 100 متر في المواقع المسطحة والمرتفعة (على الشاطئ)، وفي المياه المفتوحة والمعرضة مباشرةً للصواعق (في الخارج).

ومع التطور السريع لمنشآت توربينات الرياح في المناطق ذات كثافة البرق العالية، على سبيل المثال. في المناطق البحرية والجبلية، أصبحت الحماية من الصواعق أكثر أهمية لجميع أصحاب المصلحة في صناعة طاقة الرياح.

ويوضح الفيديو التالي مخاطر تعرض توربينات الرياح للصواعق:

موضوعات متعلقة..

• سوق توربينات الرياح العالمية تتخطى 35 مليار دولار بحلول 2032
• سوق طاقة الرياح العالمية تلامس 182 مليار دولار بحلول 2032 (تقرير)
• مفارقة صناعة طاقة الرياح العالمية بين خسائر حالية وتوقعات نمو مستدام (تقرير)

اقرأ أيضًا..

• شركة نفط عالمية ديونها تتجاوز 100 مليار دولار
• بأرقام قياسية.. الغاز الجزائري مصدر موثوق لأوروبا في الذكرى الثانية لغزو أوكرانيا
• مشروعات الهيدروجين في الشرق الأوسط.. متى تبدأ التصدير؟