ست حقائق مذهلة عن البرق وتوربينات الرياح

ست حقائق مذهلة عن البرق وتوربينات الرياح

عادة ما تكون توربينات الرياح الحديثة مجهزة بنظام الحماية من الصواعق (LPS). تتطلب المعايير المعترف بها دوليًا أن يقوم نظام LPS باعتراض وتنفيذ الغالبية العظمى من الضربات دون الإضرار بالتوربينات,ومع ذلك، تشير شركات التأمين إلى أن 20% من جميع مطالبات مشاريع طاقة الرياح ترجع إلى أضرار البرق. لقد أصبح البرق مصدرًا هامًا لتكاليف أعلى من المتوقع ووقت التوقف عن العمل في تشغيل بعض مزارع الرياح. على الرغم من أنه لا يزال هناك الكثير غير معروف حول تفاعل البرق مع توربينات الرياح,هناك ست حقائق تستحق المعرفة. 

ومن المتوقع حدوث بعض الأضرار,حتى مع LPL1

تم تجهيز معظم التوربينات الحديثة بنظام LPS المصمم لمستوى الحماية من الصواعق (LPL)1,أعلى مستوى من الحماية في معيار IEC 61400-24(1). هذا لا يعني أنه يجب على LPS,أو سوف,حماية التوربين من جميع أضرار الصواعق. من غير المتوقع أن يحمي LPS المصمم لـ LPL 1 من أحداث البرق الشديدة,والتي يمكن توقع حدوثها في حوالي 1-10% من جميع ضربات البرق اعتمادًا على بيئة البرق. يجب ألا تتسبب الأحداث الأقل تطرفًا في حدوث ضرر يضعف وظيفة التوربين,إذا كان أداء LPS كما هو متوقع,ولكن لا يزال من المتوقع أن يسبب أضرارًا طفيفة. 

خريطة كثافة الفلاش ليست كافية لوصف بيئة البرق

ستظهر خريطة كثافة الفلاش متوسط ​​عدد ومضات البرق لكل منطقة (كم2 أو ميل2) سنويًا. لكن,التأثيرات المحلية مثل التضاريس,مسارات عاصفة محددة,وسيؤثر وجود الأجسام الطويلة (مثل توربينات الرياح) على كثافة وميض البرق الموضعي. في بعض الحالات,قد يؤدي استخدام خريطة كثافة الفلاش لتحديد كثافة فلاش البرق في موقع معين إلى حدوث أخطاء تتراوح من 10 إلى 100%,أو أكثر. يوصى باستخدام بيانات البرق التاريخية الخاصة بالموقع لوصف البرق في الموقع,ويفضل أن يكون ذلك على مدى فترة متزامنة مع تشغيل توربينات الرياح أو,لتقييمات ما قبل البناء,تم تعديلها لمراعاة الوجود المستقبلي لتوربينات الرياح.

لا يمكن لشبكة NLDN اكتشاف جميع أنواع البرق

الشبكة الوطنية للكشف عن الصواعق (NLDN),الذي يوفر غالبية بيانات البرق في الولايات المتحدة,يُبلغ عن كفاءة كشف تصل إلى 95% (DE) في معظم أنحاء أمريكا الشمالية. DE هو جزء من الومضات التي يلاحظها نظام موقع البرق (LLS) مثل NLDN,وهو مقياس لأداء هذا النظام. هناك أكثر من نوع واحد من البرق;DE المبلغ عنه يتعلق فقط بالبرق الهابط. يعد البرق الصاعد جزءًا مهمًا من لغز الضرر الذي تسببه توربينات الرياح. على الرغم من أن NLDN هي واحدة من أفضل LLS أداءً في العالم,لا يلتقط جميع أحداث البرق التصاعدية. إن DE الفعلي للصاعقة الصاعدة ليس مفهومًا جيدًا,لكن إحدى الدراسات (2) أظهرت وجود ضرر بنسبة 37% تقريبًا في موقع في النمسا. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم مقدار البرق التصاعدي الذي يمكن اكتشافه بواسطة NLDN.

قد يؤدي دوران التوربينات إلى زيادة انتشار ضربات البرق

تشير الدراسات الحديثة (3) إلى أن الحركة الدورانية لدوار التوربين تجعله أكثر جاذبية لضربات البرق. يستخدم الباحثون في مجال البرق عادةً صواريخ متصلة بسلك رفيع لإثارة البرق أثناء العواصف لإجراء الدراسات(4). على غرار الصواريخ,تنتقل أطراف الشفرات بسرعات تصل إلى 200 ميل في الساعة باتجاه السحب أثناء عملية الاجتياح لأعلى للدوران. قد تؤدي حركة الدوار إلى إثارة البرق وزيادة احتمالية حدوث ضربة صاعقة للشفرة. على الرغم من أن البحث أولي,قد ترغب المواقع التي تعاني من أضرار صاعقة كبيرة في تجربة إغلاق توربينات مختارة أثناء العواصف للحد من أضرار الصواعق. 

الاعتراض ليس التوصيل

تشير كفاءة التوصيل إلى قدرة LPS على توصيل التيار إلى الأرض,بينما تشير كفاءة الاعتراض إلى قدرة LPS على إحداث ضربة متصلة بالتوربين عند مستقبل LPS. هذه الوظائف منفصلة. غالبًا ما يركز اختبار وصيانة LPS على التوصيل,لأنه لا يمكن فعل الكثير لاختبار الاعتراض الميداني,وتقتصر الصيانة على ضمان مكونات LPS مثل المستقبلات,شرائط المحول,والأغطية أو الأطراف المعدنية في حالة جيدة. مع ذلك,أكثر أنواع أضرار الصواعق شيوعًا هي التصفيح,تفكيك,أو حرق هيكل النصل بالقرب من الطرف,والتي يمكن أن تعزى إلى عدم كفاية أداء الاعتراض. يتأثر أداء الاعتراض بشكل أساسي بتصميم الشفرة وتصميم LPS,بما في ذلك اختيار المواد,وضع مكونات LPS,والعزل الكهربائي.

تصميم ال بي اس,ألياف الكربون,ارتفاع الحافة,وتأثير التضاريس على معدلات الضرر 

لا تعد بيئة الصواعق و LPL الاعتبارات الوحيدة عند تقدير تكرار أضرار الصواعق التي تضعف الوظيفة في موقع معين. تصميم ال بي اس,جودة التصنيع,والتركيب كلها عوامل مؤثرة. تشمل التأثيرات الإضافية وجود ألياف الكربون في الشفرات,ارتفاع الحافة,والتضاريس. تجذب التوربينات الموجودة على قمم التلال البرق أكثر من التوربينات الموجودة على الأراضي المسطحة. 

إن تفاعل البرق مع توربينات الرياح غير مفهوم حاليًا بشكل جيد ولكن المعرفة تتطور. في حين أنه من الممكن حساب خطر الأضرار الناجمة عن الصواعق(5),يستمر فهم الصناعة لتفاعل البرق مع توربينات الرياح في التزايد. وبهذا الفهم المتزايد,تأتي تحسينات في تصميمات LPS الجديدة,فضلا عن مزيد من التطور للمعايير الحاكمة,مثل المواصفة IEC 61400-24,طبعة جديدة منها قيد العمل حاليًا. لمشاريع الرياح التي تعمل الآن,هندسة وتركيب التعديلات التحديثية الفعالة لأقل من ذلك يعد أداء LPS مهمة صعبة. 

مع ازدياد فهم التفاعل بين البرق وتوربينات الرياح,يجب أن تتقدم تقنية LPS ويجب أن يتحسن الأداء. الممارسة الحالية المتمثلة في شطب الأضرار الناجمة عن الصواعق لأن القوة القاهرة تحجب المسؤولية وتبطئ الابتكار في تصميم LPS. إن التخصيص المناسب لتكاليف الأضرار سيساعد في دفع تصميم LPS إلى الأمام,والذي من شأنه بالتأكيد أن يلفت انتباه أي شخص باعتباره تقدمًا إيجابيًا لصناعة طاقة الرياح.