تولي طاقة الرياح البحرية، كمصدر للطاقة النظيفة والمتجددة، دوراً حيوياً متزايداً في التحول العالمي للطاقة.واحدة من تقنياتها الأساسية تكمن في تصميم وبناء أسس توربينات الرياح البحريةكهيكل حاسم يدعم نظام التوربين بأكمله، يجب أن تمتلك الأساسات قوة كافية، متانة، واستقرار لتحمل البيئات البحرية القاسية.من بين الخيارات المادية، والصلب والخرسانة كخيارين أهم. تقدم هذه المقالة فحصا موسوعيا لخصائصها ومزاياها وقيودها وتطبيقاتها.والاتجاهات المستقبلية في أسس الرياح البحرية.
تم بناء مزارع الرياح البحرية عادة في المياه البعيدة حيث موارد الرياح أكثر وفرة واستقرارا. ومع ذلك، فإن البيئات البحرية تواجه العديد من التحديات بما في ذلك تأثيرات الأمواج،تآكل مياه البحر، التلوث البيولوجي، والظروف الجيولوجية المعقدة. يجب أن تعالج تصاميم الأساس هذه العوامل بشكل شامل لضمان سلامة التشغيل على المدى الطويل.
بناءً على عمق المياه والظروف الجيولوجية وقدرة التوربينات ، تشمل أسس الرياح البحرية أساسًا:
- واحد:النوع الأكثر استخدامًا من الأساس ، يتكون من أنبوب فولاذي كبير واحد يتم دفعه مباشرة إلى قاع البحر ، مناسب للمياه الضحلة (عادة < 30 متر) مع الجيولوجيا المواتية.
- السترة:إطار شبكة من أنابيب الفولاذ مثبتة على قاع البحر عن طريق الرصيف ، مما يوفر استقرارًا أفضل من الرصيف الواحد لأعمام متوسطة (30-60 متر) أو جيولوجيا معقدة.
- المؤسسة القائمة على الجاذبية (GBF):الهياكل الخرسانية التي تعتمد على الوزن الذاتي لمقاومة قوى الأمواج، وضعت مباشرة على قاع البحر المسطح دون تراكم.
- صندوق الشفط:أسطوانات فولاذية مثبتة عن طريق الضغط السلبي، وتتميز بالانتشار السريع والحد الأدنى من التأثير البيئي، مثالية للأراضي الرخوة.
- مؤسسة عائمةالهياكل العائمة المثبتة على قاع البحر، تمثل المستقبل للمياه العميقة (> 60m).
يجب أن تلبي المؤسسات:
- سلامة الهيكل:مقاومة وزن التوربينات، وأحمال الرياح، وتأثيرات الأمواج، والنشاط الزلزالي
- الصمود:مقاومة للتآكل والترسب البيولوجي
- التكلفة الفعالة:موازنة الأداء مع اقتصاد المشروع
- قابلية البناء:تمكين التثبيت الفعال
- التوافق البيئي:الحد من الاضطرابات البيئية
نسبة القوة والوزن العالية للصلب وسهولة تصنيعه تجعله لا غنى عنه في الهياكل البحرية.
- قوة سحب / ضغط استثنائية
- مقاومة الصدمات العالية
- قابلية لحام ممتازة
- خيارات تصنيع متنوعة
- معدل مرونة مرتفع
- أنابيب الفولاذ ذات القطر الكبير
- أطر السترة (الهياكل الأنبوبية المطاطية)
- صناديق الشفط (أسطوانات الفولاذ)
- سلاسل التثبيت للأنظمة العائمة
- قدرة تحمل أعلى
- التثبيت السريع في البحر
- وزن أخف من الخرسانة
- إعادة التدوير
- حساسية التآكل التي تتطلب تدابير حماية
- ارتفاع تكاليف المواد
- البصمة الكربونية الكبيرة أثناء الإنتاج
يقدم الخرسانة كفاءة التكلفة ومقاومة التآكل لتطبيقات بحرية محددة.
- قوة ضغط استثنائية
- المقاومة الطبيعية للتآكل
- مادة فعالة من حيث التكلفة
- قابلية التكيف مع الصقوف
- خصائص العزل الحراري
- الأساس القائم على الجاذبية
- الهياكل الصخرية
- صمام المنصة العائمة
- الحد الأدنى من الحماية من التآكل
- انخفاض تكاليف المواد
- انخفاض انبعاثات الإنتاج
- مزايا الحصول على المواد المحلية
- يتطلب تعزيزاً من الصلب من أجل قوة السحب
- الوزن الثقيل يزيد من تكاليف الخدمات اللوجستية
- إطالة أوقات التجهيز
- التعرض للأضرار الناجمة عن الاصطدام
| الممتلكات | الفولاذ | الخرسانة |
|---|---|---|
| القوة | قوة سحب / ضغط عالية | ضغط عالي ولكن يتطلب عبارة |
| التآكل | يحتاج إلى حماية | مقاومة طبيعية |
| الوزن | أضواء | أثقل |
| البناء | تثبيت أسرع | الصقيع الطويل |
| التكلفة | تكاليف المواد العالية | أكثر اقتصادية |
| الاستدامة | انبعاثات أعلى | بصمة كربونية أقل |
| إعادة التدوير | قابلة لإعادة التدوير بالكامل | خيارات إعادة استخدام محدودة |
| الموقع | إنتاج مركزي | مصادر المواد المحلية |
الاختيار بين الصلب والخرسانة ينطوي على تقييم متعدد الأوجه:
- المياه الضحلة:أحاديات الفولاذ غالبا ما تكون الأكثر اقتصادية
- أعماق متوسطة:الهياكل الجلدية (الصلب أو الهجينة)
- المياه العميقة:أنظمة عائمة مع مكونات من الفولاذ أو الخرسانة
تتطلب التوربينات الكبيرة أسسًا أقوى، مما يؤثر على اختيار المواد نحو الصلب عالي القوة أو الخرسانة المسلحة.
يجب أن تؤخذ خيارات المواد بعين الاعتبار حماية التآكل ومقاومة تأثير الموجات واستراتيجيات تخفيف التلوث البيولوجي.
الوصول وتكاليف الصيانة على المدى الطويل تؤثر بشكل كبير على القرارات المادية، وخاصة بالنسبة للمكونات الغارقة.
ستهيمن الأسس العائمة على المناطق الحدودية إلى عمق 60 متراً، مستخدمة حلولاً متقدمة من الصلب أو الخرسانة.
الجيل القادم من التوربينات التي تتجاوز 15 ميجاوات ستدفع الطلب على مواد الأساس القوية للغاية.
سيسمح أجهزة الاستشعار التي تمكنها من إنترنت الأشياء بالصيانة التنبؤية من خلال مراقبة صحة الهياكل في الوقت الحقيقي.
قد تعيد المواد المتقدمة (مثل الخرسانة المقوية بألياف الكربون) وطرق البناء (طباعة ثلاثية الأبعاد) تعريف هندسة الأساس.
النقاش حول الصلب مقابل الخرسانة لا ينتج عنه فائز عالمي، فالخيارات المثلى تعتمد على الظروف الخاصة بالمشروع.الحلول الهجينة الناشئة يمكن أن تجمع بين نقاط القوة لكلا المواد مع معالجة قيودهامع تطور الرياح البحرية نحو المياه العميقة والمقاييس الكبيرة، سوف تستمر تقنيات الأساس في التقدم من خلال علوم المواد والابتكار الهندسي،دعم الانتقال العالمي إلى الطاقة المستدامة.
