רובוטים, רחפנים וחיישנים מסייעים בבדיקות כעת, וייתכן שיהפכו לאוטומטיים לחלוטין בעתיד הלא רחוק.

רחפנים ורובוטים זוחלים המצוידים בסורקים מיוחדים יכולים לסייע להבי רוח להישאר בשירות זמן רב יותר, מה שעשוי להוריד את עלות אנרגיית הרוח בתקופה שבה להבים הופכים לגדולים יותר, יקרים יותר וקשים יותר להובלה. לשם כך, חוקרים בשיתוף הפעולה לאמינות להבים של משרד החינוך ובמעבדה הלאומית סנדיה עובדים על דרכים לבדוק להבי רוח באופן לא פולשני לאיתור נזקים נסתרים, תוך שהם מהירים ומפורטים יותר מבדיקות אנושיות מסורתיות במצלמות.

להבי רוח הם המבנים המרוכבים הגדולים ביותר שנבנו בעולם, גדולים אף יותר מכל מטוס, ולעתים קרובות הם מורכבים על מכונות במקומות מרוחקים. להב נתון לברקים, ברד, גשם, לחות וכוחות אחרים בזמן שהוא עובר מיליארד מחזורי טעינה במהלך חייו, אך אי אפשר פשוט להנחית אותו על קולב לצורך תחזוקה.

בדיקה ותיקון שגרתיים, עם זאת, הם קריטיים לשמירה על להבי הטורבינה תקינים, אומר פאקט. עם זאת, שיטות הבדיקה הנוכחיות לא תמיד מזהות נזקים מספיק מהר. סנדיה נשען על מומחיות ממחקר אוויוניקה ורובוטיקה כדי לשנות זאת. על ידי איתור נזקים לפני שהם הופכים גלויים, תיקונים קטנים וזולים יותר יכולים לתקן את הלהב ולהאריך את חיי השירות שלו, הוא אומר.

בפרויקט אחד, סנדיה ציידה רובוט זוחל עם סורק המחפש נזקים בתוך להבי רוח. בסדרה שנייה של פרויקטים, סנדיה שילבה רחפנים עם חיישנים המשתמשים בחום מאור השמש כדי לזהות נזקים.

באופן מסורתי, לתעשיית הרוח היו שתי גישות עיקריות לבדיקת להבי רוח, אומר פאקט. האפשרות הראשונה היא לשלוח מישהו עם מצלמה ועדשת טלה. המפקח עובר מלהב ללהב, מצלם תמונות ומחפש נזקים גלויים, כגון סדקים וסחיפה. האפשרות השנייה דומה, אך במקום לעמוד על הקרקע, המפקח נופל בסנפלינג במורד מגדל להבי רוח או מתמרן פלטפורמה על עגורן במעלה ובמורד הלהב.

בבדיקות חזותיות אלו, רואים רק נזק שטחי. לעתים קרובות, עד שניתן לראות סדק בחלקו החיצוני של הלהב, הנזק כבר חמור למדי. מדובר בתיקון יקר או שאולי אפילו תצטרכו להחליף את הלהב.

בדיקות אלו היו פופולריות משום שהן במחירים נוחים, אך הן אינן יכולות לזהות נזק לפני שהוא הופך לבעיה גדולה יותר, אומר פאקט. הרובוטים והרחפנים הזוחלים של סנדיה נועדו להפוך בדיקה פנימית לא פולשנית של להבי רוח לאופציה בת קיימא עבור התעשייה.

סנדיה ושותפיה, International Climbing Machines ו-Dophitech, בנו רובוט זוחל בהשראת המכונות שבודקות סכרים. הרובוט יכול לנוע מצד לצד, מעלה ומטה על להב רוח, כמו מישהו שצובע שלט חוצות. מצלמות מובנות מצלמות תמונות באיכות גבוהה כדי לזהות נזק לפני השטח, כמו גם גבולות קטנים שעשויים לאותת על נזק גדול יותר, מתחת לפני השטח. בזמן התנועה, הרובוט משתמש גם במוט כדי לסרוק את הלהב לאיתור נזק באמצעות הדמיית אולטרסאונד פאזית.

הסורק פועל בדומה למכונות אולטרסאונד בהן משתמשים רופאים כדי לראות את פנים גופם, אלא שבמקרה זה הוא מזהה נזק פנימי בלהבים. שינויים בחתימות האולטרסאונד הללו מנותחים אוטומטית כדי להצביע על נזק.

דניס רואץ', מדען בכיר בסנדיה ומוביל פרויקט הזחל הרובוטי, אומר שבדיקת אולטרסאונד מופעלת יכולה לזהות נזק בכל שכבה בתוך הלהבים העבים והמרוכבים.

פגיעה או עומס יתר כתוצאה מערבולות יוצרים נזק תת-קרקעי שאינו נראה לעין. הרעיון הוא למצוא את הנזק לפני שהוא מגיע לגודל קריטי וניתן לתקן אותו באמצעות תיקונים זולים יותר שגם מפחיתים את זמן השבתת הלהב. אנו רוצים להימנע מכל תקלה או מהצורך להסיר להב.

רואץ' מדמיין את הזחלים הרובוטיים כחלק משיטת בדיקה ותיקון מקיפה עבור להבי רוח.

דמיינו צוות תיקונים על משטח שעולה על להב רוח והרובוט זוחל קדימה. כאשר הרובוט מוצא משהו, הפקחים יכולים לבקש מהרובוט לסמן את המקום כך שמיקום הנזק התת-קרקעי יהיה ברור. צוות התיקון משחיז את הנזק ומתקן את החומר המרוכב. נקודת בדיקה ותיקון זו מאפשרת ללהב לחזור לשירות במהירות.

סנדיה גם עבדה עם מספר עסקים קטנים בסדרה של פרויקטים כדי לצייד רחפנים במצלמות אינפרא אדום המשתמשות בחום מאור השמש כדי לזהות נזקים נסתרים של להבי הרוח. שיטה זו, הנקראת תרמוגרפיה, מזהה נזקים עד לעומק של חצי אינץ' בתוך הלהב.

פיתחנו שיטה שמחממת את הלהב בשמש, ולאחר מכן מגלגלת או מטה את הלהב עד שהוא בצל. אור השמש מתפזר לתוך הלהב ומשתווה. כאשר החום מתפזר, אתם מצפים שפני השטח של הלהב יתקררו. אבל פגמים נוטים לשבש את זרימת החום, ולהשאיר את פני השטח שמעליה ואת הפגמים חמים. מצלמת האינפרא אדום מזהה את הנקודות החמות הללו ומסמנת אותן כנזק שזוהה.

ישנם מכשירי תרמוגרפיה קרקעיים המשמשים כיום בתעשיות אחרות, כמו תחזוקת מטוסים. מכיוון שהמצלמות מורכבות על רחפנים ליישום זה, יש צורך לעשות ויתורים, אומר אלי.

אתם לא רוצים משהו יקר על רחפן שעלול להתרסק, ואתם לא רוצים צריכת חשמל. לכן, אנחנו משתמשים במצלמות אינפרא אדום ממש קטנות שעומדות בקריטריונים שלנו ואז אנחנו משתמשים בתמונות אופטיות ובלידר כדי לספק מידע נוסף.

לידאר, שהוא כמו מכ"ם אך משתמש באור נראה במקום בגלי רדיו, מודד כמה זמן לוקח לאור לנוע אל נקודה מסוימת וממנה כדי לקבוע את המרחק בין עצמים. בהשראת תוכנית הנחתת של נאס"א למאדים, החוקרים השתמשו בחיישן לידאר וניצלו את תנועת הרחפן כדי לאסוף תמונות ברזולוציה גבוהה. רחפן שבודק להב רוח נע בזמן שהוא מצלם תמונות, ותנועה זו מאפשרת לאסוף תמונות ברזולוציה גבוהה.

אתם משתמשים בתנועה כדי למלא פיקסלים נוספים. אם יש לכם מצלמה או לידאר בגודל 100 על 100 פיקסלים ואתם מצלמים תמונה אחת, הרזולוציה הזו היא כל מה שיהיה לכם. אבל אם תזוזו בזמן צילום תמונות, בכמות של תת-פיקסל, תוכלו למלא את הפערים וליצור רשת עדינה יותר. ניתן לחבר את הנתונים מכמה פריימים יחד לתמונה ברזולוציה גבוהה.

שימוש בלידר ובהדמיה ברזולוציה גבוהה מאפשר לחוקרים לעקוב במדויק אחר המקומות בהם הלהב ניזוק, ולידר יכול גם למדוד שחיקה בקצוות הלהב.

בדיקות אוטונומיות של גשרים וקווי חשמל כבר הפכו למציאות, ופאקט מאמין שהן יהפכו גם לחלקים חשובים בהבטחת אמינות להבי הרוח.

פיקוח אוטונומי הולך להיות תחום עצום, וזה באמת הגיוני בתעשיית הרוח, בהתחשב בגודל ובמיקום הלהבים. במקום שאדם יצטרך ללכת או לנסוע מלהב ללהב כדי לחפש נזק, דמיינו לעצמכם בדיקות היו אוטומטיות.

פקט אומר שיש מקום למגוון שיטות בדיקה, החל מבדיקות מצלמה קרקעיות פשוטות ועד לרחפנים וזחלנים שעובדים יחד כדי לקבוע את תקינות הלהב.

אני יכול לדמיין שלכל תחנת רוח יש רחפן או צי של רחפנים שממריאים כל יום, טסים סביב טורבינות הרוח, מבצעים את כל הבדיקות שלהם, ואז חוזרים ומעלים את הנתונים שלהם. לאחר מכן, מפעיל תחנת הרוח ייכנס ויעבור על הנתונים, שכבר נקראו על ידי בינה מלאכותית שמחפשת הבדלים בלהבים מבדיקות קודמות ומציינת בעיות פוטנציאליות. לאחר מכן, המפעיל יפרוס זחל רובוטי על הלהב עם נזק חשוד כדי לקבל מבט מפורט יותר ולתכנן תיקונים. זו תהיה התקדמות משמעותית עבור התעשייה.