التوائم الرقمية.. برمجيات تقيّم ظروف تشغيل توربينات الرياح البحرية

شهدت السنوات الأخيرة نمو دور التوائم الرقمية في مشروعات الطاقة المتجددة، خاصة توربينات الرياح البحرية، إذ تقيّم هذه البرمجيات السلوك الهيكلي والظروف التشغيلية والبيئية لهذه التوربينات.

وفي قطاع طاقة الرياح، تُعدّ هذه البرمجيات تمثيلات افتراضية لتوربينات أو لمزارع بأكملها، وتُحدَّث هذه النماذج باستمرار من خلال البيانات المجمّعة من أجهزة الاستشعار المثبتة على التوربينات العاملة، وفق ما طالعته منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

ويمكن لهذ التوائم الرقمية أن تساعد عملاقة صناعة الرياح فاتنفول السويدية وقطاع طاقة الرياح في الحصول على أقصى قيمة من مزارع الرياح البحرية لديها.

في المقابل، تضمن قياسات الوقت الفعلي للهياكل والعمليات اتخاذ جميع القرارات المتعلقة بمزارع الرياح العاملة على أساس الحقائق الحالية.

نماذج تصميم توربينات الرياح البحرية

قال مشرف تطوير الأدوات الداخلية في شركة فاتنفول، يوهان توفتكير: "تعتمد نماذج تصميم توربينات الرياح البحرية عادةً على قواعد القطاع ومعاييره، بالإضافة إلى الافتراضات".

وأضاف: "ما يقدّمه توأمنا الرقمي الحديث هو السلوك الواقعي لتوربينات الرياح، وعادةً ما يكون هناك تناقض بين ما تتوقعه في التصميم وطريقة أداء توربينات الرياح البحرية في الحياة الواقعية"، حسبما نشرته عملاقة صناعة الرياح فاتنفول السويدية Vattenfall.

وأوضح: "الميزة الفريدة للتوأم الرقمي لدينا هي أنه ينظر إلى كل من الأداء الهيكلي والظروف التشغيلية والبيئية، ويستعمل البيانات لمعايرة نموذج التصميم الأصلي ليتناسب مع سلوك الحياة الواقعية".

من الافتراضات إلى قياسات الوقت الفعلي

قال مسؤول السلامة التقنية ودمج هياكل الدعم في فاتنفول، مايكل ساندهولم جيبسن: "تُطَوَّر قوانين التصميم ومعاييره لتكون متحفظة من أجل توفير هياكل آمنة، ومن المهم أن نصبح أكثر دقة في تقديراتنا وافتراضاتنا، دون المساس بالسلامة".

وأضاف: "هذا هو الحال تحديدًا في صناعة توربينات الرياح البحرية، إذ فشلت المشروعات الأخيرة في إثبات أنها ستكون مربحة"، وفقًا لما رصدته منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

وأردف: "تعاني توربينات الرياح البحرية من التعب خلال حياتها، وهو ما يحكم العمر التشغيلي المتوقع للتوربين".

وأضاف: "لقد أثبتنا من خلال توائمنا الرقمية أنّ تآكل توربينات الرياح البحرية أقل مما كان متوقعًا في التصميمات الأصلية".

وقال: "نحن بحاجة إلى استعمال هذه المعلومات بشكل استباقي، لأنها ستسمح لنا بإطالة عمر مزارع الرياح الحالية لدينا بطريقة آمنة ومثالية من حيث التكلفة، تمامًا كما ستمكّننا هذه الدروس من تحسين تصميماتنا المستقبلية لمزارع الرياح الجديدة".

وقد يُظهر التوأم الرقمي، على سبيل المثال، أن الهيكل المصمم لمدة 25 عامًا له في الواقع عمر متوقع يبلغ 45 عامًا أو أكثر، حسبما نشرته عملاقة صناعة الرياح فاتنفول السويدية Vattenfall.

وسيوفر هذا 20 عامًا من التشغيل الإضافي ذي القيمة العالية، ما يؤمّن الطاقة المتجددة للسوق، بالإضافة إلى المزيد من الإيرادات.

خلق القيمة في جميع مراحل دورة الحياة

تخلق التوأمة الرقمية قيمة في جميع مراحل دورة حياة توربينات الرياح البحرية، التصميم والتشغيل والصيانة، وفي عمرها الممتد المحتمل.

ويمكن استعمال الدروس المستفادة طوال عمر توربينات الرياح لتحسين تصميم توربينات الرياح الجديدة، من خلال ما يسمّى بالتصميم المبني على البيانات.

عندما يقيس التوأم الرقمي الهياكل باستمرار في الحياة الواقعية، قد يُتَجَنَّب -على سبيل المثال- عدد كبير من عمليات التفتيش المادية، ويمكن تنفيذ إجراءات التخفيف مبكرًا في حالة توربينات الرياح البحرية ضعيفة الأداء.

وأوضح مسؤول السلامة التقنية ودمج هياكل الدعم في فاتنفول، مايكل ساندهولم جيبسن، قائلاً: "نريد تشغيل مزارع الرياح لدينا حتى حينما تصبح الجدوى التجارية غير منطقية".

وأضاف: "قد يكون ذلك بعد 20 أو 30 أو 40 عامًا أو أكثر من عمر التصميم الأولي، ولجعل ذلك ممكنًا، طوّرنا خطة لتمديد محتمل لمدة 10 سنوات مقدمًا لمزارع الرياح الجديدة المدمجة في حالة أعمال التصميم الأصلية".

وأكد: "من خلال كوننا استباقيين واستعمال حلّنا الرقمي المزدوج، بدءًا من التثبيت وطوال عمر توربينات الرياح بالكامل، يمكننا دائمًا التحكم بأدائها في الوقت الفعلي".

دعم مستويات الأمان

على الرغم من أن الكثير من القواعد والمعايير الحالية التي يستعملها المهندسون تعتمد على الاختبارات المعملية، من بين أشياء أخرى، فإن استعمال التوائم الرقمية هو اختبار معملي فعلي واسع النطاق في الحياة الواقعية.

واستُعمِلت التوائم الرقمية لسنوات عديدة في صناعة النفط والغاز لإثبات أن الهيكل يتمتع بمستوى أمان أعلى من المتوقع، ما يسمح بتمديد عمر آمن وفعال من حيث التكلفة، وقد مُنِحت شهادة خاصة لمثل هذه الهياكل على أساس كل مشروع على حدة.

وترى شركة فاتنفول أن التعاون في قطاع طاقة الرياح عبر الشركات والحدود يمكن أن ينشّط الصناعة.

موضوعات متعلقة..

• إلغاء أول مشروع لإنتاج الهيدروجين من توربينات الرياح البحرية في العالم
  
• أطول توربينات الرياح البحرية في العالم تنافس ناطحات السحاب.. ما السبب؟

اقرأ أيضًا..

• ارتفاع صادرات الغاز الروسي إلى أوروبا.. والأسعار تقفز 9%.. ما القصة؟
• تحالف أوبك+ يقرر تمديد تخفيضات إنتاج النفط حتى نهاية 2025
• 3 خبراء لـ"الطاقة": الغاز الجزائري سيحقق طفرة ضخمة في الإنتاج والتصدير