Subsea Robotics للمتجددة

بقلم إيلين ماسلين • 4 ذو القعدة 1439

مزرعة الرياح جوينت ي مور. صورة من روفكو.

Islay Sound ADCP data. صورة من MarynSol.

Rovco تطلق ROV على مسح الرياح. صورة من روفكو.

A Remus AUV يتم نشره في Corran Narrows. صورة من MarynSol.

ومع زيادة الأسطول العالمي من أساطيل الطاقة المتجددة البحرية ، ستنمو أيضًا طرق تقليل التكلفة وزيادة كفاءة وسلامة العمليات وأعمال الصيانة باستخدام الروبوتات والأنظمة الذاتية. تقارير إيلين ماسللين.

تنتقل الروبوتات والأنظمة الذاتية إلى العديد من مناطق الحياة العصرية. أصبح من الصعب تجنبها ، من هواتفنا إلى أنظمة السيارات ومشاريع الطاقة المتجددة في الخارج الآن.
وينظر إلى كلاهما على أنهما أدوات للقيام بأعمال غير ملوثة أو قذرة أو خطرة ، دون تدخل بشري ، ولكن أيضا كطريقة لخفض تكلفة التشغيل ولإنتاج بيانات قابلة للتكرار أكثر موثوقية.
تعتبر مصادر الطاقة المتجددة البحرية بمثابة فضاء مهيأ للابتكار في هذا المجال ، وخاصة حول العمليات والصيانة (O & M) ، وهو نشاط يعتمد على الإنسان بشكل كبير ، ويحده مشكلات في الوصول ، فوق وتحت الموجات.
شركة هوم أوفشور (التشغيل الشامل والصيانة للطاقة من مزارع الرياح البحرية) ، وهي مجموعة من الجامعات تعمل في مجال تقنيات الفحص عن بعد والاستقلالية الذاتية لفحص الكابلات تحت سطح البحر ، تقول إن 80-90٪ من تكلفة التشغيل والصيانة الخارجية تتولد عن طريق متطلبات الوصول وهذا الروتين قد تكون عمليات التفتيش تحت سطح البحر بطيئة ومكلفة ، وغالبًا ما تشتمل على الفحص البصري اليدوي مع وجود هوامش خطأ كبيرة.
لم يتم توقع بعض احتياجات الفحص ، بما في ذلك المشكلات المشتركة ، والتي تؤثر على حوالي 35-40٪ من التركيبات المثبتة (معظمها تم تركيبها قبل 2012) ، بسبب البيئة البحرية القاسية ، وفقًا لمسرع الرياح البحرية (OWA) ، مشروع تراكم الكربون بدعم من تسعة مطورين للرياح البحرية. كما ستحتاج العديد من الهياكل التي بنيت بعد عام 2012 إلى مراقبة الأداء في حين أن تصميمات جديدة مثل السترات ، التي يتم بناؤها باستخدام العقد الملحومة ، ستشكل أيضًا تحديات في مجال التفتيش ، كما تقول OWA.
بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن رصد 70٪ من حالات فشل كبل الطاقة تحت سطح البحر في الموقع ، مما يعوق المراقبة الصحية الدقيقة ، كما تقول مجموعة أوف هوم شور. يقول الدكتور ديفيد فلين ، مدير مجموعة الأنظمة الذكية في جامعة هيريوت وات ، وعضوًا: "من خلال دمج التقنيات ، مثل المركبات ذاتية القيادة تحت الماء وتكنولوجيا السونار المتقدمة ، سنحصل على نظرة جديدة لحالة هذه الأصول تحت سطح البحر". مجموعة هوم أوفشور.
سيكون هناك سوق كبير للتصدي له. تم تركيب حوالي 3.1 غيغاواط من طاقة الرياح البحرية الجديدة في أوروبا في عام 2017 ، وهو ضعف السعة التي تم تركيبها في عام 2016 ، وفقًا لـ WindEurope ، وهي هيئة تجارية. وبحلول عام 2020 ، تتوقع شركة WindEurope قدرة طاقة رياح أوروبية شاملة تبلغ 25 جيجاوات - مع كل البنية التحتية المرتبطة بها.
تشير تقديرات شركة "هوم أوفشور" إلى أن استخدام التفتيش عن بعد وإدارة الأصول في مزارع الرياح البحرية وصلاتها بالشاطئ يمكن أن يكون صناعة تصل قيمتها إلى 2 مليار جنيه إسترليني سنوياً بحلول عام 2025 ، في المملكة المتحدة فقط. يعتقد المنجنيق في المملكة المتحدة للطاقة المتجددة (ORE) أنه يمكن تحقيق وفورات بنسبة 20-40٪ باستخدام العمليات البعيدة.
سطح - المظهر الخارجي
يمكن أن تكون السفن السطحية غير المأهولة (USVs) جزءًا من الحل ، لنقل الأجزاء أو الأفراد ، ولكن أيضًا الاستقصاء والمراقبة ، سيمون تشيزمان ، قائد قطاع الطاقة ، الموجة والطاقة المدارية ، في منبع الطاقة المتجددة في الخارج (ORE) ، في مؤتمر All Energy في غلاسكو في أوائل مايو. "يمكن استخدام USV لتشغيل قطع غيار صغيرة الحجم. يمكن أن يعمل (USV) في نافذة جوية أوسع ، ولا يشعر أحد بالجوع ، ويمكنك وضع أجهزة استشعار أخرى هناك ، لمراقبة الكابلات والأمان ، وكل ذلك على منصة واحدة متعددة الأغراض. يمكن أن تمكن أشياء أخرى لم نفكر بها حتى الآن.
ووفقًا لشركة ASV Global ، فإن مزودًا للسفن المستقلة بذاتها يصل إلى 60٪ من تكاليف تشغيل مزرعة الرياح البحرية ويتعلق بالسفن. ويدرس مشروع مبتكرة تدعمه المملكة المتحدة بقيمة 900 ألف جنيه إسترليني ، مدته 18 شهراً ، يسمى مشروع سفينة Windfarm المستقلة ذاتياً (WASP) ، ما هو مطلوب لاستخدام الـ USV في صيانة مزرعة الرياح البحرية. تتولى ASV Global قيادة WASP بالشراكة مع ORE Catapult مع SeaRoc Group و Houlder وجامعة Plymouth. سوف تعمل المجموعة مع أورستد (سابقًا دونغ للطاقة) على حالات الاستخدام ، ذات الصلة بمزرعة الرياح البحرية Hornsea One ، على بعد 140 كم قبالة ساحل يوركشاير.
بعض التحديات التقنية للأنظمة الذاتية ، سواء السطحية أو تحت سطح البحر ، تشمل القدرة على التنقل ، وتجنب العقبات ، والتشخيص الذاتي والانتعاش ، وتكامل النظم المستقلة في الأنظمة البحرية المنسقة المأهولة ، كما يقول تشيزمان. هناك مخاوف أيضًا حول أمان البيانات والقرصنة ، مما قد يتسبب في تلف محول أو محطة فرعية ، وكذلك مخاوف مجتمعية حول أنظمة مستقلة.
ومع ذلك ، يتم بالفعل استخدام USVs و AUVs في مصادر الطاقة المتجددة البحرية كجزء من عمليات المسح. تستخدم شركة MarynSol التي مقرها إدنبره USVs لإجراء مسوحات سريعة لنظم المد والجزر ، للمساعدة في دراسات الجدوى وتصميم مجموعة لمواقع طاقة المد والجزر.
وقال مدير الشركة ، الدكتور جوناثان إيفانز ، لـ "إنيرجي" ، إن استخدام نظام USV ، مثل C-Cat من ASV Global ، أو السيارات المستقلة تحت الماء (AUV) ، مثل ريموس (Remus) ، مع حزمة مستشعر وبرنامج MarySSart's SeaSmart ، يمكن أن يعني المحمول السريع الملاحظات والمعالجة الآلية وإعداد التقارير.
"استخدام المركبات الآلية الآلية كمنصة مسح يقلل من القيود التي تسببها التكاليف والمخاطر والتحمل البدني للطاقم" ، كما يقول. "تعمل أتمتة معالجة البيانات على تقليل التكاليف ومخاطر الأخطاء المتعلقة بمعالجة البيانات أو معالجتها يدويًا."
مع النهج التقليدي ، سيتم استخدام ADCP ثابت على سفينة ، مما يتطلب طاقمًا ، عادة في مكان واحد (أو اثنين أو ثلاثة إذا كنت محظوظًا جدًا) ، لمدة شهر قمري واحد على الأقل ، متبوعًا بأسبوع (أو أكثر) ) من تقارير ما بعد المعالجة دون أي ملاحظات مباشرة عبر موقع الصفيف بأكمله ويمكنك فقط التحقق من صحة نموذج محاكاة المنطقة في موقع واحد ، كما يقول الدكتور إيفانز.
إن استخدام SeaSmart و ADCP المحمول على مركبة روبوتية بحرية (AUV أو USV) يعني القدرة على تغطية موقع الصفيف المحتمل بأكمله. يقول إيفانز: "يمكن أن تستهدف موجات محددة من المد والجزر خلال فترة قصيرة (من 3 إلى 4 أيام)". "تتمتع الشركة بعمليات معالجة تلقائية عالية للبيانات لتوفير التحقق من صحة نموذج المنطقة الكبيرة والنتائج السريعة - عادة في غضون ساعة أو أقل ، مما يسهل إجراء قياسات متابعة فورية إضافية".
في أواخر أبريل ، استخدمت MarynSol C-Cat3 في قناة Sound of Islay North. كان يدير ساقين متكررين حول الصوت ، ثم تم تكديس البيانات ويمكن تقسيمها وإنتاج فيديو. أظهر إيفانز الكثير من البنية الداخلية في البيانات ، "المياه تتدفق فوق بعضها البعض وهي تنقض قبالة قياس الأعماق ، 3-4 م / ثانية في بعض الأماكن ، مع ملفات جزئية مثيرة للاهتمام."
تصور
يركز عدد من المشاريع على تقنيات التصور تحت سطح البحر المدعومة من قبل المركبات البحرية ، لتقييم أصول الطاقة المتجددة في الخارج. وسيقوم مشروع OWA برؤية شركة "كراكن روبوتيكس" (Kraken Robotics) لإظهار نظام التصوير بالليزر تحت الماء RVS 3D RGB في المؤسسات. تم تصميم نظام مبدئي ، يتضمن كاميرا عالية الدقة والليزر لإنشاء نماذج سحابة نقطية مبنية ، للنشر على المنصات الروبوتية تحت الماء مثل ROVs و AUVs.
وسيشهد مشروع آخر ، بدعم من ORE Catapult ، لشركة Rovco ومقرها بريستول استخدام تكنولوجيا التصور ثلاثية الأبعاد الخاصة بها مع الأنظمة الروبوتية تحت سطح البحر لتصوير أسس الرياح البحرية ، مدعومة ببرمجيات تعتمد على الذكاء الاصطناعي ، لتخفيض تكاليف الفحص بنسبة 80٪. كان النظام يتجه نحو الاختبار الكامل والتحقق من الصحة في المركز الوطني للطاقة المتجددة ORE Catapult في بليث ، شمال شرق إنجلترا.
جصص
ولمعالجة القضايا المتعلقة بالالتصاق بالأعشاب والجوائز على القوطي والسترات ، تدعم OWA عددًا من مطوري التقنيات تحت سطح البحر ، بما في ذلك Oceaneering. وتعتبر الشركة التي تتخذ من الولايات المتحدة مقراً لها واحدة من اثنتين مدعومين لتطوير تقنيات فحص اللحام بالأساس. عرض Oceaneering أداة سترتبط بنية السترة لإجراء مسح تفصيلي لحامات العقدة. وفي الوقت نفسه ، طورت شركة "كراكن روبوتيكس" جهاز تصوير ليزري ، يمكن نشره على ROV ، والذي يمكن أن يجد عيوبًا في الموقع قبل استخدام أداة Oceaneering الأكثر استهدافًا.
كجزء من نفس المشروع ، تقوم شركة Uniper و Geosolutions التالية بتطوير تقنيات الفحص تحت سطح الأرض وتفريق الجص. من خلال العمل مع هيئة المسح الجيولوجي البريطانية ، قدمت Uniper أداة لفحص الموجات فوق الصوتية ذات التردد المنخفض عند الطول الموجي لسماك الجص. يمكن تفسير تأملات الأطياف من الموجات فوق الصوتية لإظهار الفجوات أو التفكيك في الجص.
كما تقوم Geosolutions ، كجزء من كونسورتيوم مع Hydrasun و Ashtead ، بتطوير أداة لإجراء فحص الجص تحت سطح البحر باستخدام فحص السونار عريض النطاق مستوحى من دلافين الأنف الزجاجة. هذا سوف يفحص حالة الجص بين مكونات السترة الفولاذية. من المقرر إجراء تجارب خارجية لجميع التقنيات المدعومة من قبل منظمة OWA في هذا الصيف / الخريف 2018.
الكابلات تحت البحر
مراقبة الكابلات البحرية قد تكون مهمة أصعب. وبينما تم بناء معظم مزارع الرياح البحرية في المياه الضحلة ، القريبة نسبيا من الشاطئ ، فإن الرؤية ضعيفة وغالبا ما تكون هناك تيارات قوية. وكابلات الكهرباء عادة ما تكون مدفونة أو مغطاة بالرمال أو الطين أو الطمي ، مما يجعل المسح بالطرق التقليدية صعبة. كما يمكن أن تتحول البنوك الرملية في جنوب بحر الشمال بشكل كبير خلال الليل.
يمكن أن يكون AUVs أداة رئيسية في هذا التطوير. يقول ORE Catapult أن مشغلي مزارع الرياح في البحر الذين يستخدمون الـ AUVs يمكن أن يقللوا من التكلفة المنخفضة للطاقة (LCOE) بنسبة 0.8٪. وبتطبيق هذا التوفير في التكاليف لمزرعة رياح بحرية ممثلة بـ 400 ميغاواط ، فإن تخفيض نسبة LCOE بنسبة 0.8٪ سيحقق وفورات في التكاليف بقيمة 1.6 مليون جنيه إسترليني في السنة ، حسب قول المنظمة. عبر 11 جيجاواط الحالية من القدرة الأوروبية المركبة على مدى 25 سنة القادمة ، يمكن أن يعادل ذلك ما يصل إلى 1.1 مليار جنيه استرليني.
أحد المشاريع في هذا الفضاء هو مشروع محطة الإرساء AUV المقيمة في دارلينجتون ومقرها (انظر MTR: مايو 2018) ، والذي يتم دعمه من قبل ORE Catapult. ويهدف هذا إلى بقاء المركبات في الميدان لاستقصاء وفحص البنية التحتية البحرية في حقول الرياح البحرية ، بدلاً من الحاجة إلى دعمها بواسطة سفن الدعم.
آفاق جديدة
وستفتح فرص التفتيش بشكل أكبر مع فتح حدود جديدة في مجال الطاقة المتجددة البحرية ، وليس أقلها في مجال الرياح البحرية العائمة. في حين أن هناك واحدة فقط تشغيل الطيار بارك الريح البحرية اليوم ، ستايتويل حديقة Hywind في الخارج بيترهيد ، اسكتلندا ، مع خمسة توربينات الرياح العائمة ، وتعتبر الإمكانات العالمية كبيرة. مع المزيد من المكونات تحت سطح البحر من توربينات الرياح الثابتة ، بما في ذلك الهياكل ، وخطوط الإرساء ، والمراسي ، والكابلات ، هناك المزيد من العمل المحتمل القيام به هنا.
في الواقع ، تم اختيار شركة Oceaneering International Services مؤخرًا كمساهم في دراسة الشراكة المشتركة للصناعات العائمة لطاقة الرياح التي يقودها صندوق الكربون (KIP) ، لذلك قامت بتقييم متطلبات المراقبة والتفتيش لمشاريع طاقة الرياح العائمة.
تعد مصادر الطاقة المتجددة الخارجية من الأسواق الناشئة في مجال التشغيل والصيانة. ومع بناء المزيد من المرافق ، ستنمو حالة استخدام الأنظمة الروبوتية والاستقلالية كجزء من عملياتها وصيانتها.