هل يمكن لمنصات توربينات الرياح العائمة البحرية أن تتحمل الظروف القاسية في البحر المفتوح؟

1. كيف يعالج التحقق من التصميم سيناريوهات التحميل الزائد

يجب أن تقاوم منصة الرياح العائمة في نفس الوقت الأحمال الساكنة من التوربينات والأحمال الديناميكية من الأمواج والرياح والتيارات. على عكس الهياكل ذات القاع الثابت التي تنقل الأحمال مباشرة إلى قاع البحر، تعتمد المنصات العائمة على الطفو، وتوزيع الصابورة، وشد الإرساء للحفاظ على الاستقرار. وهذا يجعل عملية التصميم الهيكلي مختلفة بشكل أساسي، مما يتطلب تحليلًا مقترنًا للاستجابات الهيدروديناميكية والديناميكية الهوائية والهيكلية.

وضعت جمعيات التصنيف مثل DNV وABS معايير مخصصة لهياكل الرياح العائمة. يوفر DNV-ST-0119 الإطار الحاكم للتصميم والإنشاء والفحص أثناء الخدمة، والذي يغطي حالات الحد النهائي وحالات حد التعب وحالات الحد العرضي. يتطلب المعيار أن تثبت المنصات السلامة الهيكلية في ظل الظروف البيئية لفترة الإرجاع البالغة 50 عامًا الخاصة بموقع النشر، مع تطبيق عوامل السلامة على كل من الأحمال ومقاومة المواد.

توضح مفاهيم النظام الأساسي الحديثة كيف يؤدي تحسين التصميم إلى تقليل الوزن الهيكلي دون المساس بهوامش السلامة. تجمع منصة X100 التي طورتها X1 Wind وTechnip Energies بين مبادئ منصة أرجل التوتر والطفو شبه الغاطس، مما يحقق وزنًا فولاذيًا أساسيًا يبلغ حوالي 1500 طن لتوربين بقدرة 8.5 ميجاوات وقطر دوار يبلغ 160 مترًا[المرجع: 0]. ويمثل هذا انخفاضًا في الوزن بنسبة 30 إلى 50 بالمائة مقارنة بمنصات العرض الأوروبية السابقة ذات الحجم المماثل، والتي تم تحقيقها من خلال هندسة على شكل حامل ثلاثي القوائم توزع الأحمال بشكل أكثر كفاءة عبر الهيكل.

2. اختيار المواد لمقاومة التآكل والتعب

تفرض البيئة البحرية آليتين أساسيتين للتحلل على الهياكل الفولاذية: التآكل الكهروكيميائي والتشقق الناتج عن الإجهاد. يجب معالجة كليهما في مرحلة مواصفات المواد، لأن الإصلاحات الميدانية على منصة تقع على بعد 20 كيلومترًا من الشاطئ يتم قياسها بأيام السفينة ونوافذ الطقس.

يتم تصنيف أحمال الملح الجوي في المناطق البحرية على أنها C5-M بموجب المعيار ISO 9223، وهي فئة التآكل الأكثر خطورة. يمكن أن يفشل الفولاذ المطلي العادي في غضون بضع سنوات في ظل هذه الظروف. يبدأ تصنيع المنصات المتينة باختيار درجات الفولاذ التي تحافظ على المتانة عند درجات حرارة منخفضة، وعادةً ما تكون مكافئات Q355B أو Q355D أو S355 أو A572 مع خصائص تأثير معتمدة [المرجع: 1]. توازن هذه الدرجات بين قابلية اللحام وقوة الخضوع اللازمة للأعضاء الهيكلية الأساسية.

بالنسبة للمكونات المغمورة ومناطق منطقة الرش، فإن الحماية الكاثودية من خلال الأنودات المضحية أو أنظمة التيار المؤثر تكمل نظام الطلاء. يجب أن تكون تفاصيل الاتصال مصممة للتوافق مع هذه الأنظمة، بما في ذلك أحكام الأنودات القابلة للحام عند تحديدها. يتجاوز إجمالي سمك نظام الطلاء عادةً 240 ميكرومترًا للهياكل الأولية الكبيرة، مما يوفر عمر خدمة متوافقًا مع عمر تصميم المنصة البالغ 25 عامًا.

يتطلب تصميم التعب الاهتمام بفئات تفاصيل اللحام وعوامل تركيز الضغط. تتعرض المفاصل الأنبوبية، الشائعة في هياكل الجمالون ذات المنصة العائمة، لضغوط النقاط الساخنة عند تقاطع الدعامات وأعضاء الوتر. يتيح تحليل العناصر المحدودة جنبًا إلى جنب مع منحنيات S-N لمجتمع التصنيف للمهندسين التحقق من أن تلف الكلال التراكمي يظل أقل من الحدود المقبولة على مدار عمر الخدمة.

3. جودة التصنيع والنزاهة الهيكلية

لا يمكن الاعتماد على حسابات التصميم إلا بقدر موثوقية التصنيع الذي يحققها. تحدد جودة اللحام ودقة الأبعاد وإمكانية تتبع المواد بشكل مباشر ما إذا كانت المنصة تحقق الأداء الهيكلي المتوقع من خلال التحليل.

يجب تنفيذ جميع عمليات اللحام في الأعضاء الهيكلية الأولية بواسطة لحامين معتمدين يعملون وفق إجراءات مؤهلة. يعد المعياران EN ISO 9606 وAWS D1.1 أكثر معايير تأهيل اللحام تطبيقًا على نطاق واسع للهياكل الفولاذية البحرية. يجب أن تكون إجراءات اللحام مؤهلة قبل بدء الإنتاج، مع إخضاع قطع الاختبار للاختبار الميكانيكي، وفحص البنية الكلية عند الاقتضاء.

التحكم في الأبعاد أثناء التصنيع يمنع إعادة العمل المكلفة في الخارج. تحمل أدوات التصنيع وتركيبات الفحص أبعادًا حرجة ضمن تفاوتات مشددة، مما يضمن توافق وحدات المنصة معًا بشكل صحيح عند تجميعها على رصيف الميناء أو في الخارج. يجب أن تتم محاذاة فتحات المسامير لوصلات الأبراج وقواعد الرافعات ومعدات الإرساء بدقة لتجنب الحفر الميداني أو التعديل.

تعمل استراتيجيات التصنيع المعيارية على تحسين مراقبة الجودة من خلال تركيز نشاط اللحام في بيئة مصنع خاضعة للرقابة. تتكون منصة أيكيدو، على سبيل المثال، من ثلاثة عشر مكونًا فولاذيًا معياريًا يمكن تصنيعها في مواقع تصنيع الرياح البحرية أو الفولاذ الموجودة ثم يتم تجميعها باستخدام وصلات دبوسية بدون لحام كبير على رصيف الميناء [المرجع: 2]. يقلل هذا الأسلوب من مخاطر عيوب اللحام في الظروف الميدانية الصعبة ويقصر وقت التجميع.

4. الأدلة من المشاريع التوضيحية وإصدار الشهادات

إن الدليل الأكثر مصداقية على بقاء المنصة يأتي من تقييمات التصميم التي تم التحقق منها بشكل مستقل والبيانات التشغيلية من المشاريع التجريبية. توفر شهادات جمعية التصنيف تأكيدًا منظمًا بأن تصميم النظام الأساسي يلبي معايير السلامة والأداء المعترف بها.

حصلت منصة BW Ideol العائمة بقدرة 15 ميجاوات + على شهادة التصميم الأساسي من DNV في مايو 2025، بعد الشهادات السابقة لمشاريع Floatgen وHibiki وEolmed. تتوافق المنصة مع التوربينات في نطاق 14 إلى 16 ميجاوات ويتم توسيع نطاقها حتى 22 ميجاوات، مع القدرة على التكيف مع مجموعة واسعة من ظروف الأرصاد الجوية من البيئات المعتدلة إلى البيئات الصعبة [المرجع: 3]. يوضح هذا السجل الحافل من الشهادات المتعاقبة عبر مشاريع متعددة أنه تم التحقق من صحة منهجية التصميم بموجب مراجعة مستقلة.

حصلت Deepsea Star من Odfjell Oceanwind، وهي عبارة عن منصة فولاذية شبه غاطسة مثبتة بعمود مع برج مركزي، على موافقة التصميم الأساسي من DNV التي تغطي الاستخدام مع توربين Siemens Gamesa SG 14-236 DD 15 MW في مجموعة واسعة من الظروف البحرية. تم التحقق من الاعتماد من قوة ودرجة المواد الفولاذية للهيكل الرئيسي، والحماية من التآكل، والاستقرار، والرسو، والأنظمة البحرية [المرجع: 4]. كما تم اختيار التصميم لمشروع طاقة الرياح العائمة سالاماندر بقدرة 100 ميجاوات في اسكتلندا.

تضيف الموافقة البيئية لمنصة X100 لموقع اختبار PlemCat في البحر الأبيض المتوسط ​​بعدًا إضافيًا لقاعدة الأدلة. وأكدت الموافقة التوافق مع متطلبات حماية البيئة البحرية، بما في ذلك استخدام خطوط الإرساء الاصطناعية العمودية التي تقلل من البصمة في قاع البحر والضوضاء تحت الماء مقارنة بأنظمة السلسال التقليدية [المرجع: 5]. وستعمل المنصة في ظروف بحرية لعدة سنوات، مما يؤدي إلى توليد بيانات الأداء التي تدعم شهادة النموذج النهائي.

5. الأسئلة المتداولة

يتم تصنيع منصات توربينات الرياح البحرية العائمة بواسطةالهيكل الصلب LWY، التي تنتج مكونات فولاذية من الدرجة البحرية في منشأة تشينغداو التابعة لها بطاقة معالجة سنوية تتجاوز 20000 طن.