لطالما أذهلت أكبر العواصف في العالم ، التي تدفع أعالي البحار إلى المباني الهشة أو المسطحة على الأرض ، مطوري مزارع الرياح. لكن هذا يتغير.
يتبنى المشغلون بشكل متزايد توربينات مصممة لتحمل الأعاصير المدارية. أحد أحدث الأمثلة هو توربينات الرياح العائمة “المقاومة للأعاصير” ، والتي ستساعد قريبًا في تشغيل منصة نفطية بحرية في الصين.
وفقًا للشركة المصنعة ، MingYang Smart Energy ، يمكن لهذا التوربين الذي تبلغ طاقته 7.25 ميغاواط أن يتحمل سرعات رياح تصل إلى 134 ميلاً في الساعة لمدة 10 دقائق. وقد تم تركيبه في منشأة تبعد 136 كيلومترا عن ساحل جزيرة هاينان.
لم ترد MingYang على طلب بي بي سي للتعليق ، لكن التوربينات الخاصة بهم ليست أول توربين مصمم لمواجهة مثل هذا الهجوم. في عام 2021 ، حصلت شركة جنرال إلكتريك الأمريكية على شهادة الإعصار لتوربيناتها العملاقة Haliade-X. إنها ثابتة وليست عائمة ولها قدرة تصل إلى 13 ميجاوات.
يدفع النمو الهائل لصناعة طاقة الرياح التوربينات إلى أقصى حدودها ويتساءل البعض عما إذا كانت وتيرة الإطلاق حكيمة.
في حين أن المكونات مثل شفرات التوربينات قوية بشكل ملحوظ ، إلا أنها ليست غير قابلة للتدمير. ومن المعروف أن قوى الطبيعة ، خاصة في البحر ، لا يمكن التنبؤ بها ، مما يعني أن الضغط مستمر لإثبات أن توربينات الرياح جاهزة بالفعل للأعاصير.
تعتبر الأعاصير المدارية – التي يطلق عليها غالبًا الأعاصير أو الأعاصير اعتمادًا على الموقع – تهديدًا مألوفًا في أجزاء معينة من العالم ، بما في ذلك خليج المكسيك أو حول جزء كبير من جنوب شرق آسيا.
يمكن أن تنتج مثل هذه العواصف رياحًا بسرعة تزيد عن 100 ميل في الساعة. أقوى رياح مستدامة مدتها دقيقة واحدة على الإطلاق ، بلغت 215 ميلاً في الساعة ، أحدثها إعصار باتريشيا في شرق المحيط الهادئ في عام 2015.
على الرغم من تحديات الأرصاد الجوية في مثل هذه المناطق ، فمن المتوقع أن تتوسع طاقة الرياح هناك في السنوات والعقود القادمة.
تحمل توربينات اليوم بالفعل بعض الرياح القوية. يُصنف أولئك المتمركزون قبالة الساحل الشمالي الشرقي للمملكة المتحدة في بحر الشمال عمومًا على أنهم يتعاملون مع سرعة الرياح التي تصل إلى 50 ميلاً في الساعة أو نحو ذلك ، كما يشير سايمون هوغ من جامعة دورهام. يشغل البروفيسور هوغ كرسي Ørsted في الجامعة ، الذي تموله شركة الطاقة Ørsted.
يقترح ليون ميشنايفسكي من الجامعة التقنية في الدنمارك أن شفرات توربينات الرياح موثوقة تمامًا بشكل عام. في هذه الأيام ، يتم تصنيعها من مركبات ألياف الكربون القوية ولكن خفيفة الوزن وعمليات التصنيع الآلية تساعد على ضمان وضع موحد للألياف ، وهو أمر مهم لقوة الشفرات ، كما يشير.
يقوم صانعو توربينات الرياح أيضًا بإجراء مجموعة من اختبارات الضغط على الشفرات للتأكد من أنها جاهزة للخدش.
يمكن أن يشمل ذلك ربط “المثيرات” الكبيرة بالشفرات ، والتي ترتد لأعلى ولأسفل ، لمحاكاة الضغوط المتكررة للرياح على الهيكل. يقول البروفيسور هوغ إن الشفرات العملاقة تنحني أحيانًا إلى درجة الانهيار ، مما يساعد على تأكيد الحد الأقصى من الأحمال التي يمكن أن تتحملها.
لكن قابلية التوربينات للخطأ ، خاصة التوربينات الأكبر منها ، أصبحت أكثر وضوحًا مع مرور الوقت. لاحظت شركة التأمين GCube في تقرير حديث أن خسائر الرياح البحرية ارتفعت من مليون جنيه إسترليني في عام 2012 إلى أكثر من 7 ملايين جنيه إسترليني في عام 2021.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تعاني الآلات ذات السعات الأكبر من 8 ميجاوات من فشل المكونات في غضون عامين فقط من التثبيت ، كما تقول الشركة ، بأكثر من ضعف سرعة الأجهزة التي تبلغ 4-8 ميجاوات.
المزيد من تكنولوجيا الأعمال:
يقول Find Mølholt Jensen ، الرئيس التنفيذي لشركة Bladena ، وهي شركة متخصصة في تشخيص وإصلاح شفرات التوربينات الكبيرة التي يبلغ طولها حوالي 60 مترًا أو أطول ، إن من أخطر العوامل التي تؤدي إلى مشاكل في شفرات التوربينات هي الالتواء ، أو الالتواء ، أو الأحمال.
يمكن أن يؤدي التواء الشفرات المتكرر إلى حدوث كسور يصعب اكتشافها ، كما يقول: “لا يمكن رؤية الضرر من الخارج”.
يعلق المتحدث باسم بلادينا أنه كلما طالت مدة النصل ، زادت المخاطر.
يجادل الدكتور جنسن بأن الاختبارات الحالية ومعايير الصناعة ليست كافية لإثبات أن أكبر شفرات التوربينات يمكنها تحمل هذه الضغوط.
ومع ذلك ، يمكن أن تساعد التصميمات الجديدة. في اليابان ، تعمل Challenergy على توربينات ذات شفرات طويلة وعمودية تدور حول برج مركزي.
على الرغم من أن جهاز Challenergy أصغر حاليًا وأقل قوة من أكبر التوربينات التقليدية ثلاثية الشفرات التي تعمل اليوم ، إلا أنه يهدف إلى التعامل مع الرياح الشديدة.
عندما ضرب إعصار قوي يسمى هين نام نو الفلبين واليابان في أغسطس الماضي ، مر على اثنتين من توربينات الشركة. سجل أحد الأجهزة ، في مدينة إيشيجاكي في أوكيناوا ، سرعة رياح بلغت حوالي 64 ميلاً في الساعة. وفقًا لـ Challenergy ، استمر التوربين في العمل دون أي مشاكل.
في الولايات المتحدة ، استفاد فريق بحثي من الطبيعة في تصميمهم لتوربينات بديلة مقاومة للأعاصير.
توضح لوسي باو من جامعة كولورادو بولدر قائلة: “لقد ألهمتنا أشجار النخيل”. “في الرياح العاتية يتجهون نوعًا ما مع التدفق ، ينحنيون مع الريح.”
صممت هي وزملاؤها نموذجًا أوليًا لتصميم توربينات الرياح ثنائية الشفرات مع شفرات مرنة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الدوار يواجه اتجاه الريح بدلاً من الريح ، كما هو شائع في التكوينات التقليدية ، مما يساعده على امتصاص تأثير العواصف القوية.
أثناء الاختبارات التي أجريت في موقع بري في كولورادو ، لوحظ أن أطراف الشفرات تنحرف بما يصل إلى 600 ملم ، أي أكثر من نصف متر. يقول البروفيسور باو: “لم ينكسر أي منها”.
وتضيف أن سرعة الرياح في المنطقة يمكن أن تصل إلى 100 ميل في الساعة في فصل الشتاء.
ومع ذلك ، فإن صناعة طاقة الرياح قد تبنت بشكل شبه عالمي تصميم ثلاثي الشفرات عكس اتجاه الريح ، لذا فإن بيع مفهوم جديد أمر صعب ، كما يوضح البروفيسور باو. حاليًا ، أبحاثها في هذا المجال معلقة بانتظار المزيد من التمويل.
إنها تشاطر مخاوف المراقبين الآخرين الذين يتساءلون عما إذا كانت توربينات الرياح جاهزة حقًا لبعض أقوى الرياح التي يمكن أن تقذفها الطبيعة.
تقول: “المواد الجديدة ، أقوى ، إنها رائعة جدًا ، لكنني لا أعرف أنه قد تم اختبارها بدقة كما ينبغي”.
ثم هناك اقتصاديات صعبة لتحديد مواقع التوربينات في الأماكن التي تكون فيها الرياح متغيرة بشكل خاص. جيمس مارتن هو الرئيس التنفيذي لشركة Gulf Wind Technology ، وهي شركة تستكشف نشر التوربينات في خليج المكسيك.
في هذه المنطقة ، تكون سرعة الرياح المنخفضة شائعة في معظم أوقات العام – مع الإعصار العرضي الذي يشق طريقه عبره.
“إذا صممت هذا التوربين ليكون قويًا بما يكفي لتحمل ذروة حدث الرياح ، فستتحمل الكثير من التكلفة الإضافية للأوقات التي يكون لديك فيها رياح خفيفة ،” يلاحظ السيد مارتن. يرفض مشاركة تفاصيل التوربينات أو التقنيات التي تفكر فيها شركته.
في السنوات القادمة ، يمكنك توقع وصول المزيد والمزيد من التوربينات إلى المناطق المتأثرة بالأعاصير.
“نحن نحتاج [turbines] هناك بقدر ما نحتاجها في أي منطقة أخرى من العالم ، يجادل البروفيسور هوغ. “لا أعتقد أننا يجب أن نخجل من ذلك.”