تساعد الروبوتات والطائرات بدون طيار وأجهزة الاستشعار في عمليات التفتيش الآن ويمكن أن تكون آلية بالكامل في المستقبل غير البعيد.

يمكن للطائرات بدون طيار والروبوتات الزاحفة المجهزة بماسحات ضوئية خاصة أن تساعد شفرات الرياح على البقاء في الخدمة لفترة أطول، مما قد يقلل من تكلفة طاقة الرياح في وقت تصبح فيه الشفرات أكبر وأكثر تكلفة ويصعب نقلها. ولتحقيق هذه الغاية، يعمل الباحثون في تعاونية موثوقية الشفرات التابعة لوزارة الطاقة ومختبر سانديا الوطني على إيجاد طرق لفحص شفرات الرياح بشكل غير جراحي بحثًا عن أي ضرر مخفي، مع كونها أسرع وأكثر تفصيلاً من عمليات التفتيش البشرية التقليدية باستخدام الكاميرات.

تعتبر شفرات الرياح أكبر الهياكل المركبة المكونة من قطعة واحدة في العالم، حتى أنها أكبر من أي طائرة، وغالبًا ما يتم وضعها على آلات في أماكن نائية. تتعرض الشفرة للبرق والبرد والمطر والرطوبة وغيرها من القوى أثناء تشغيلها عبر مليار دورة حمل خلال عمرها الافتراضي، ولكن لا يمكنك وضعها في شماعة للصيانة.

يقول باكيت إن الفحص والإصلاح الروتيني أمر بالغ الأهمية للحفاظ على شفرات التوربينات في الخدمة. ومع ذلك، فإن طرق الفحص الحالية لا تكتشف دائمًا الضرر في وقت مبكر بما فيه الكفاية. وتعتمد سانديا على الخبرة المكتسبة من أبحاث إلكترونيات الطيران والروبوتات لتغيير ذلك. ويقول إنه من خلال اكتشاف الضرر قبل أن يصبح مرئيًا، يمكن للإصلاحات الأصغر والأرخص إصلاح الشفرة وإطالة عمر الخدمة.

في أحد المشاريع، قامت سانديا بتجهيز روبوت زاحف مزود بماسح ضوئي يبحث عن الأضرار داخل ريش الرياح. وفي سلسلة ثانية من المشاريع، قامت سانديا بربط الطائرات بدون طيار بأجهزة استشعار تستخدم الحرارة الناتجة عن ضوء الشمس للكشف عن الأضرار.

تقليديا، كان لدى صناعة طاقة الرياح طريقتان رئيسيتان لفحص شفرات الرياح، كما يقول باكيت. الخيار الأول هو إرسال شخص ما بكاميرا وعدسة مقربة. ينتقل المفتش من شفرة إلى أخرى ويلتقط الصور ويبحث عن الأضرار المرئية، مثل الشقوق والتآكل. الخيار الثاني مشابه، ولكن بدلاً من الوقوف على الأرض، يقوم المفتش بالهبوط على برج شفرات الرياح أو يقوم بمناورة منصة على رافعة لأعلى ولأسفل الشفرة.

في عمليات الفحص البصري هذه، ترى فقط الضرر السطحي. ومع ذلك، في كثير من الأحيان، بحلول الوقت الذي يمكنك فيه رؤية صدع على السطح الخارجي للشفرة، يكون الضرر شديدًا بالفعل. أنت تبحث عن إصلاح باهظ الثمن أو قد تضطر إلى استبدال الشفرة.

يقول باكيت إن عمليات التفتيش هذه تحظى بشعبية كبيرة لأنها ميسورة التكلفة، لكنها لا تستطيع اكتشاف الضرر قبل أن يتطور إلى مشكلة أكبر. تهدف الروبوتات والطائرات بدون طيار الزاحفة من Sandia إلى جعل الفحص الداخلي غير التدخلي لشفرات الرياح خيارًا قابلاً للتطبيق لهذه الصناعة.

قامت شركة Sandia وشركاؤها International Climbing Machines وDophitech ببناء روبوت زاحف مستوحى من الآلات التي تقوم بفحص السدود. يمكن للروبوت أن يتحرك من جانب إلى آخر وإلى أعلى وأسفل شفرة الرياح، مثل شخص يرسم لوحة إعلانية. تلتقط الكاميرات الموجودة على متن الطائرة صورًا عالية الدقة للكشف عن الأضرار السطحية، بالإضافة إلى الترسيمات الصغيرة التي قد تشير إلى أضرار أكبر تحت السطح. أثناء التحرك، يستخدم الروبوت أيضًا عصا لمسح الشفرة بحثًا عن أي ضرر باستخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية المصفوفة المرحلية.

يعمل الماسح الضوئي بشكل يشبه إلى حد كبير أجهزة الموجات فوق الصوتية التي يستخدمها الأطباء لرؤية الأجسام الداخلية، إلا أنه في هذه الحالة يكشف عن تلف داخلي في الشفرات. يتم تحليل التغييرات في هذه التوقيعات بالموجات فوق الصوتية تلقائيًا للإشارة إلى الضرر.

يقول دينيس روتش، كبير العلماء في سانديا ورئيس مشروع الزاحف الآلي، إن الفحص بالموجات فوق الصوتية المرحلية يمكن أن يكتشف الضرر في أي طبقة داخل الشفرات السميكة المركبة.

يؤدي التأثير أو الضغط الزائد الناتج عن الاضطراب إلى حدوث أضرار تحت السطح غير مرئية. تتمثل الفكرة في العثور على الضرر قبل أن يصل إلى حجم حرج ويمكن إصلاحه بإصلاحات أقل تكلفة تقلل أيضًا من وقت توقف الشفرة. نريد تجنب أي فشل أو الحاجة إلى إزالة الشفرة.

يتصور روتش أن الزواحف الآلية جزء من طريقة فحص وإصلاح شاملة لشفرات الرياح.

تصور فريق إصلاح على منصة يصعد إلى أعلى شفرة رياح بينما يزحف الروبوت إلى الأمام. عندما يعثر الروبوت على شيء ما، يمكن للمفتشين أن يطلبوا من الروبوت وضع علامة على البقعة بحيث يكون موقع الضرر تحت السطح واضحًا. يقوم فريق الإصلاح بإزالة الأضرار وإصلاح المواد المركبة. يتيح هذا التسوق الشامل للفحص والإصلاح إمكانية عودة الشفرة إلى الخدمة بسرعة.

عملت سانديا أيضًا مع العديد من الشركات الصغيرة في سلسلة من المشاريع لتزويد الطائرات بدون طيار بكاميرات تعمل بالأشعة تحت الحمراء والتي تستخدم الحرارة الناتجة عن ضوء الشمس للكشف عن الأضرار المخفية لشفرات الرياح. تكتشف هذه الطريقة، التي تسمى التصوير الحراري، الضرر الذي يصل إلى عمق نصف بوصة داخل الشفرة.

لقد طورنا طريقة تقوم بتسخين الشفرة في الشمس، ثم لفها أو تحريكها حتى تصبح في الظل. ينتشر ضوء الشمس في النصل ويعادله. ومع انتشار تلك الحرارة، تتوقع أن يبرد سطح الشفرة. لكن العيوب تميل إلى تعطيل تدفق الحرارة، مما يترك السطح أعلاه والعيوب ساخنة. تكتشف كاميرا الأشعة تحت الحمراء تلك النقاط الساخنة وتصنفها على أنها أضرار مكتشفة.

وهناك أجهزة تصوير حراري أرضية تستخدم حاليًا في صناعات أخرى، مثل صيانة الطائرات. يقول إيلي إنه نظرًا لأن الكاميرات مثبتة على طائرات بدون طيار لهذا التطبيق، فلا بد من تقديم بعض التنازلات.

أنت لا تريد شيئًا باهظ الثمن على طائرة بدون طيار يمكن أن تتحطم، ولا تريد استهلاك الطاقة. لذلك، نستخدم كاميرات الأشعة تحت الحمراء الصغيرة التي تناسب معاييرنا ثم نستخدم الصور الضوئية وجهاز الليدار لتوفير معلومات إضافية.

يقيس جهاز الليدار، الذي يشبه الرادار ولكنه يستخدم الضوء المرئي بدلاً من موجات التردد الراديوي، المدة التي يستغرقها الضوء للانتقال من وإلى نقطة ما لتحديد المسافة بين الأشياء. واستلهامًا من برنامج الهبوط على المريخ التابع لناسا، استخدم الباحثون مستشعر ليدار واستفادوا من حركة الطائرة بدون طيار لجمع صور فائقة الدقة. تتحرك الطائرة بدون طيار التي تتفحص ريشة الرياح أثناء التقاط الصور، وهذه الحركة تجعل من الممكن جمع صور فائقة الدقة.

يمكنك استخدام الحركة لملء وحدات البكسل الإضافية. إذا كان لديك كاميرا بدقة 100 × 100 بكسل أو جهاز ليدار والتقطت صورة واحدة، فإن هذه الدقة هي كل ما لديك. ولكن إذا تحركت أثناء التقاط الصور، بمقدار بكسل فرعي، فيمكنك ملء تلك الفجوات وإنشاء شبكة أكثر دقة. يمكن تجميع البيانات من عدة إطارات معًا للحصول على صورة فائقة الدقة.

كما يتيح استخدام الليدار والتصوير فائق الدقة للباحثين إمكانية تتبع مكان تلف الشفرة بدقة، كما يمكن لليدار أيضًا قياس التآكل على حواف الشفرة.

لقد أصبحت عمليات التفتيش المستقلة للجسور وخطوط الكهرباء حقيقة واقعة بالفعل، ويعتقد باكيت أنها ستصبح أيضًا أجزاء مهمة لضمان موثوقية شفرات الرياح.

سيكون الفحص المستقل مجالًا ضخمًا، وهو أمر منطقي حقًا في صناعة طاقة الرياح، نظرًا لحجم الشفرات وموقعها. فبدلاً من أن يحتاج الشخص إلى المشي أو القيادة من شفرة إلى شفرة للبحث عن الضرر، تخيل لو أن عمليات التفتيش كانت آلية.

يقول باكيت إن هناك مجالًا لمجموعة متنوعة من طرق الفحص، بدءًا من عمليات التفتيش البسيطة بالكاميرات الأرضية وحتى الطائرات بدون طيار والزواحف التي تعمل معًا لتحديد صحة الشفرة.

أستطيع أن أتصور أن كل محطة رياح لديها طائرة بدون طيار أو أسطول من الطائرات بدون طيار التي تقلع كل يوم، وتطير حول توربينات الرياح، وتقوم بجميع عمليات التفتيش الخاصة بها، ثم تعود وتحميل بياناتها. بعد ذلك، سيأتي مشغل محطة الرياح وينظر في البيانات، والتي سيتم قراءتها بالفعل بواسطة الذكاء الاصطناعي الذي يبحث عن الاختلافات في الشفرات من عمليات التفتيش السابقة ويلاحظ المشكلات المحتملة. سيقوم المشغل بعد ذلك بنشر زاحف آلي على الشفرة المشتبه بها في حدوث ضرر للحصول على نظرة أكثر تفصيلاً وتخطيط الإصلاحات. سيكون تقدما كبيرا لهذه الصناعة.