تصميم جديد للمنصات البحرية العائمة الحاملة للألواح الكهروضوئية
قام باحثون من الصين والولايات المتحدة الأمريكية بدراسة طرق متعددة لتحسين استخدام المنصات البحرية العائمة. أظهرت الدراسة أن متانة المنظومة تتأثر بقياس وعدد المنصات المتصلة, وكذلك بطريقة توصيل المنصات مع بعضها.
اقترح باحثون من الصين والولايات المتحدة الأمريكية حلًا جديدًا للوحدات الكهروضوئية العائمة (Floating PV) لتقييم سلوك الوحدات العائمة المتعددة المتصلة في البحر في ظل ظروف الرياح الموجية والرياح معًا. وقد قام الفريق بتحليل أنواع مختلفة من أنظمة الوحدات الكهروضوئية العائمة (FPV) الثابتة والمفصلية لتحديد الأساليب المحتملة لتحسينها.
وأشارت الدراسة إلى أن نظام FPV هو نظام معقد متعدد الأجسام تحت تأثير اقتران الرياح والأمواج والتيارات والعوامل الفيزيائية المتعددة الأخرى. لذلك من المهم تطوير منهجيات ونماذج هندسية قوية لتصميم أنظمة الوحدات الكهروضوئية العائمة في بيئة البحار والمحيطات.
وجدت الدراسة أنه كلما زاد عدد الوحدات، أصبحت استجابات الحركة أكثر وضوحًا، وشهدت منصة 2×2 الاستجابة الأكثر أهمية من بين التكوينات التي تمت دراستها. كما لاحظ الفريق أيضًا أن الحركة الإضافية الناتجة عن الوصلات المفصلية أدت إلى استجابة ديناميكية ملحوظة لأنظمة المنصات متعددة الأجسام، في حين لم تُظهر الأنظمة التي تستخدم الوصلات الثابتة أي استجابة ديناميكية كبيرة. بالإضافة إلى ذلك، لاحظ الباحثون أن شد الإرساء للأنظمة ذات الوصلات المفصلية كان أكبر من الأنظمة ذات الوصلات الثابتة.
في هذه الدراسة، قدم الفريق تصميمًا معياريًا جديدًا لمنصات الإرساء في المحيطات التي تتضمن مفهوم المنصات الهندسية شبه الغاطسة في المحيطات. واستخدم نظام الإرساء، والذي يُعتَمَد على منحنى شائع الاستخدام في مراسي الجسور والسفن ومنصات المحيطات. تم اختيار موقع بحري في مقاطعة شاندونغ الصينية لإجراء الدراسة، التي استخدمت تحليل المجال الترددي وتقييم الأداء الهيدروديناميكي العام والخصائص السلوكية لأنواع متعددة من المنصات الهندسية المحيطية الغاطسة.
أنشأ الباحثون منصات FPV باستخدام طوافات أسطوانية وألواح رفع. وقاموا بتركيب ألواح كهروضوئية بميل 10 درجات على دعامات فولاذية فوق الطوافات، حيث توفر كل دعامة فولاذية ما لا يقل عن 250 كيلوواط من توليد الطاقة لكل منصة. تم فحص استجابات الحركة في ظل الظروف القاسية لأنظمة FPV أحادية و 2×2 و 3×3 راسية.
Figure 1: Multi-connected FPV modular (Source: sciencedirect.com)
وقال الباحثون: “إن ثبات المنصات الفولاذية أمر بالغ الأهمية في منع فقدان مرافق الطاقة الناجم عن الانقلاب وتقليل الأضرار التي تلحق بكابلات نقل الطاقة”. ونتيجة لذلك، فإن تصميم الإرساء أمر بالغ الأهمية للتخفيف من الاستجابة الديناميكية لأنظمة الوحدات العائمة FPV.
تؤكد الدراسة أن استجابة الموجة تتأثر بنسبة الكتلة إلى الصلابة. لاحظ الباحثون أن الحد الأقصى لاستجابة الميل لأنظمة 2×2 FPV يتم الحصول عليها عندما يكون قاع الموجة عند موضع اتصال الوحدتين فقط وتكون الوحدات على شكل حرف V. ومع ذلك، ساعدت إضافة صف ثالث من الوحدات على تقليل الحركات النسبية، بحيث كان الحد الأقصى لحركة الميل للمنصة 3×3 أقل من الحد الأقصى للمنصة 2×2.
استناداً إلى تحليلهم، يوصي الفريق بزاوية تركيب لا تقل عن 15 درجة لوحدات FPV متعدد الأجسام، لتقليل كل من الحركة والاستجابات الهيكلية.
وخلصوا إلى أنه يمكن إجراء التحسين الأمثل لأنظمة الإرساء لزيادة تعزيز الأداء وتقليل استجابات حركة المنصة، ويمكن أن تؤدي هذه التحسينات إلى توفيرات محتملة في التكاليف، مما يجعل النظام الكلي أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية.
