अप्रत्याशित की भविष्यवाणी करके ऑफ़शोर विंडफ़ार्म और ज्वारीय टरबाइन को बेहतर बनाना

ऑफ़शोर नवीकरणीय ऊर्जा परियोजनाएँ विश्वभर में महत्वपूर्ण गति प्राप्त कर रही हैं। यदि हम केवल यूरोपीय संघ को देखें, तो ऑफ़शोर पवन ऊर्जा का कार्यान्वयन यूरोपीय ग्रीन डील को साकार करने के केंद्र में है, जिसका लक्ष्य यूरोप की प्रतिस्पर्धात्मकता और ऊर्जा आपूर्ति की सुरक्षा सुनिश्चित करना है।

समग्र रूप से, यूरोपीय आयोग ने पहले ही ऑफ़शोर नवीकरणीय ऊर्जा पर समर्पित EU रणनीति प्रकाशित कर दी है, जिसमें इस क्षेत्र के दीर्घकालिक सतत विकास को समर्थन देने के लिए ठोस उपाय प्रस्तावित किए गए हैं। इस रणनीति ने 2030 तक कम से कम 60 GW ऑफ़शोर पवन और 1 GW समुद्री ऊर्जा की स्थापित क्षमता का लक्ष्य रखा है, और 2050 तक क्रमशः 300 GW और 40 GW का लक्ष्य निर्धारित किया है। अच्छी खबर यह है कि EU देशों ने आयोग द्वारा प्रस्तावित लक्ष्यों को अल्पकालिक और दीर्घकालिक दोनों रूप में पहले ही पार कर लिया है।

ऑफ़शोर नवीकरणीय ऊर्जा का वैश्विक बाजार भी तेज़ी से बढ़ रहा है। नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लिमिटेड (NREL) द्वारा प्रकाशित 2024 ऑफ़शोर विंड मार्केट रिपोर्ट के अनुसार, 2023 में नई ऑफ़शोर पवन स्थापितियों ने वैश्विक क्षमता को 68 GW से अधिक कर दिया, जो 319 कार्यरत परियोजनाओं में वितरित है और 13,000 से अधिक कार्यरत टरबाइन शामिल हैं।

विभिन्न योजना और विकास चरणों में कई अतिरिक्त परियोजनाओं के साथ, पाइपलाइन में ऑफ़शोर पवन ऊर्जा क्षमता 453.6 GW से अधिक है, जिसमें 104.4 GW तैरते संरचनाओं से आता है।

ऑफ़शोर नवीकरणीय ऊर्जा के इस विकास को वैश्विक R&D समुदाय से मजबूत समर्थन की आवश्यकता है—और वह समर्थन उपलब्ध है। अगले भाग में, हम एक नवाचारी विकास पर चर्चा करेंगे: वास्तविक समय में लहरों की भविष्यवाणी करने में सक्षम जलमग्न रोबोटों का तैनात करना, जिससे ऑफ़शोर नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन की लागत कम की जा सके।

नई तकनीक ऑफ़शोर विंड फार्म और ज्वारीय टरबाइन के रखरखाव को सस्ता, तेज़ और सुरक्षित बना सकती है

इस शोध को एडिनबर्ग विश्वविद्यालय के तीन शोधकर्ताओं, काइल एल. वॉकर, लॉरा बेथ जॉर्डन और फ्रांसिस्को जॉर्जियो-सेरची ने किया। इस टीम ने विचलन निराकरण के लिए एक पूर्ण अंत‑से‑अंत नियंत्रण वास्तुकला विकसित की, जो लहरों के व्यवधान के तहत स्टेशन‑कीपिंग कार्यों के दौरान उपयोग की जाती है, जिसमें एक गैर‑रेखीय मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोलर (NMPC) को एक निर्धारक समुद्री लहर भविष्यवक्ता (DSWP) के साथ जोड़ा गया है। उनका समाधान उन जलमग्न वाहनों को आसान बनाना चाहता है जो लहर‑प्रधान वातावरण में कार्य करते हैं, जहाँ व्यवधान वाहन की प्रतिक्रिया को काफी प्रभावित करते हैं और संचालन सुरक्षा के लिए खतरा बनते हैं।

सरल शब्दों में, शोधकर्ताओं ने ऐसे उपकरण विकसित किए हैं—गणनात्मक और प्रायोगिक दोनों—जो स्वायत्त रोबोटों को अनियमित, झटकेदार लहरों के बीच स्थिर स्थिति बनाए रखने में सक्षम बनाते हैं। विश्वविद्यालय के FloWave परीक्षण टैंक ने प्रयोग स्थल के रूप में कार्य किया। डेटा के लिए, उन्होंने उत्तरी समुद्र में एक बुई द्वारा कैप्चर किए गए अंतर्दृष्टियों का उपयोग किया ताकि उन परिस्थितियों की नकल की जा सके जिनमें रोबोट काम कर सकते हैं।

यह प्रणाली समुद्र तल से जुड़े उपकरणों का उपयोग करके आने वाली लहरों की दिशा और ऊँचाई को मापती है और वास्तविक समय में पास के रोबोट को जानकारी पहुंचाती है, जिससे अनमैन्ड मशीन जटिल भविष्य के जल व्यवधानों का पूर्वानुमान कर उन्हें प्रतिकार कर स्थिर स्थिति बनाए रख सके।

तकनीक के लाभ

स्रोत: एडिनबर्ग विश्वविद्यालय

स्थिर अनमैन्ड रोबोट जो समुद्र में तैनात होते हैं, वे कम लागत पर जटिल नियमित रखरखाव कार्य कर सकते हैं, जिससे नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन की कुल लागत घटती है, जो आमतौर पर जीवाश्म ईंधन की तुलना में अधिक महंगी होती है। ऐसे रोबोटों का तैनात होना और उनकी स्थिरता यह भी सुनिश्चित करती है कि संचालन को सरल बनाया जा सके, जिसमें जहाज़, हेलीकॉप्टर या लिफ्टिंग उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती।

शोधकर्ता उजागर करते हैं कि उनका नया समाधान पारंपरिक नियंत्रण प्रणालियों से बेहतर है।

इन नियंत्रण प्रणालियों में हुए उन्नयन के स्वरूप को विस्तार से बताने के लिए, तीन शोधकर्ताओं में से एक, डॉ. काइल वॉकर ने कहा:

“भविष्य की लहर व्यवधानों की भविष्यवाणी करके और इसे नियंत्रण प्रणाली में एकीकृत करके, हम इस सीमा को बहुत कम या बिना रोबोट हार्डवेयर में बदलाव के विस्तारित कर सकते हैं। इस तकनीक को क्षेत्र में लागू करने के संदर्भ में, यह एक बड़ा लाभ है और हमारे सिस्टम को वर्तमान में बाजार में उपलब्ध अधिकांश वाहनों पर लागू किया जा सकता है।”

इसके अलावा, परीक्षण परिणामों ने दिखाया है कि यह प्रणाली उन रोबोटों के साथ उच्च स्तर की संगतता रखती है जो सतह के निकट गहरी गहराइयों में कार्य करते हैं, जहाँ व्यवधान बहुत तीव्र महसूस होते हैं।

भविष्य में, शोधकर्ता इस समाधान को अधिक स्वायत्तता प्रदान करने के लिए उत्सुक हैं, ताकि यह सटीक कार्य कर सके जहाँ यह जंग का पता लगा सके या विद्युत उपकरणों की मरम्मत कर सके बिना अस्थिर हुए।

डॉ. फ्रांसिस्को जॉर्जियो‑सेरची ने कहा:

“इस तकनीक को आगे बढ़ाने से समुद्र में अनमैन्ड रोबोटों के अपनाने में एक बड़ी परिवर्तन लाया जा सकता है और ऑफ़शोर क्षेत्र में स्वचालन की डिग्री को नाटकीय रूप से बढ़ाया जा सकता है।”

जबकि यह शोध ऑफ़शोर नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन को सस्ता और अधिक कुशल बनाता है, हमें याद रखना चाहिए कि इस क्षेत्र में अनुसंधान लंबे समय से जारी है। उदाहरण के लिए, 2022 में, तीन शोधकर्ताओं, वाई. लियू, एम. हज्ज और वाई. बाओ ने ऑफ़शोर विंड टरबाइनों (OWTs) के लिए रोबोट‑आधारित क्षति मूल्यांकन की समीक्षा प्रकाशित की। समीक्षा के प्रमुख निष्कर्ष निम्नलिखित हैं।

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ऑफ़शोर विंड टरबाइनों में क्षति का आकलन करने के लिए रोबोटों का तैनात करना

शोध ने इस तथ्य को उजागर किया कि रोबोट स्वचालित रूप से ऑफ़शोर विंड टरबाइनों की स्थिति मूल्यांकन कार्य कर सकते हैं। इसने UAVs, क्लाइम्बिंग रोबोट और जलमग्न रोबोट को मॉनिटरिंग के लिए तैनात करने की संभावनाओं की जांच की, तथा फोटोग्राफी, थर्मोग्राफी और एक्स‑रे इमेजिंग का उपयोग करके विसंगतियों का पता लगाने की संभावना पर भी विचार किया।

ऑफ़शोर विंड टरबाइनों को कई कारकों का सामना करना पड़ता है, जिनमें कठोर पर्यावरण, गतिशील और अत्यधिक लोड शामिल हैं, जो उनकी सुरक्षा और सेवा जीवन पर लगातार असर डालते हैं। स्थापना और रखरखाव की लागत बढ़ती है, जिससे नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन की कुल लागत में वृद्धि होती है। इसके अलावा, समुद्र के नमकीन पानी से सामग्री का क्षरण होने का जोखिम भी रहता है।

शोध कहता है कि रोबोटिक तकनीक और बुद्धिमान एल्गोरिदम में हालिया प्रगति OWTs में क्षति स्तरों का आकलन करने में मदद कर सकती है। जबकि एक रोबोट जिसमें NDE उपकरण लगे होते हैं, उसे दूरस्थ या स्वचालित रूप से OWTs का निरीक्षण करने के लिए संचालित किया जा सकता है, इन NDE उपकरणों से प्राप्त डेटा को क्षति पहचान, वर्गीकरण, स्थानीयकरण और मात्रात्मक विश्लेषण के लिए बुद्धिमान एल्गोरिदम द्वारा विश्लेषित किया जा सकता है। UAVs, क्लाइम्बिंग रोबोट और जलमग्न रोबोट आगे ऑप्टिकल और इन्फ्रारेड कैमरों, साथ ही एक्स‑रे उपकरण जैसे उपकरण ले जा सकते हैं।

शोध ने निष्कर्ष निकाला कि रोबोट‑आधारित निरीक्षण सुरक्षा को बढ़ाने और उच्च स्तर की मजबूती प्रदान करने के साथ-साथ लागत को कम रखने के उत्कृष्ट समाधान हो सकते हैं।

नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन उद्योग को इन समाधानों से मिलने वाले मूल्य को देखते हुए, कई कंपनियों ने इस क्षेत्र में व्यावसायिक समाधान विकसित किए हैं। नीचे कुछ ऐसे उदाहरण दिए गए हैं।

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1. Aerones

Aerones उन वैश्विक अग्रणी कंपनियों में से एक है जो रोबोटिक पवन टरबाइन देखभाल सेवाएँ प्रदान करती हैं। कंपनी का दावा है कि वह अपनी पेटेंटेड रोबोटिक्स तकनीक का उपयोग करके अपनी सेवा टीमों को विश्वभर के पवन ऑपरेटरों के लिए तेज़, सुरक्षित और अधिक प्रभावी सेवाएँ प्रदान करती है।

Aerones द्वारा प्रदान की जाने वाली सेवाओं का दायरा टरबाइन के जीवन‑चक्र के सभी महत्वपूर्ण क्षेत्रों को कवर करता है, जिसमें निरीक्षण, सफाई, मरम्मत और अधिक शामिल हैं। निरीक्षण के लिए, यह लाइटनिंग प्रोटेक्शन, आंतरिक और ड्रोन निरीक्षण, तथा ड्रेनेज होल सफाई सेवाएँ प्रदान करता है। सफाई में, Aerones टावर और ब्लेड सफाई करता है। मरम्मत सेवाओं में, Aerones का अत्यधिक परिष्कृत रोबोटिक प्लेटफ़ॉर्म सतह तैयारी, फिलर एप्लिकेशन, सैंडिंग और लीडिंग‑एज प्रोटेक्शन में मदद करता है, जिससे ब्लेड सतह को कई वर्षों तक क्षरण से बचाने के लिए सुरक्षा कोटिंग लगाई जा सके।

Aerones की अनोखी रोबोटिक सेवाएँ मनुष्यों को प्रतिस्थापित करने या उनकी नौकरियों को छीनने के लिए नहीं बनाई गई हैं। यह प्रमाणित तकनीशियनों को एक गर्म वाहन के आराम से उपकरण नियंत्रित करने की आवश्यकता रखती है। अपनी रोबोटिक सटीकता और दक्षता के कारण, Aerones की सेवाएँ डाउनटाइम को 4‑6 गुना कम करती हैं और निष्क्रिय समय को 5‑10 गुना घटाती हैं। इसका स्वामित्व वाला सिस्टम पवन टरबाइन तकनीशियनों को निरीक्षण, सफाई, रखरखाव और मरम्मत के लिए उच्च‑गुणवत्ता वाली रोबोटिक सेवाएँ प्रदान करता है, जबकि इसका क्लाउड‑आधारित डिजिटल डेटा प्लेटफ़ॉर्म निरीक्षणों से अद्वितीय क्रॉस‑इंडस्ट्री डेटा सेट एकत्र करता है, जिससे स्मार्ट प्रिवेंटिव मेंटेनेंस प्लान और बजट की प्रभावी मूल्य निर्धारण संभव हो सके।

सितंबर 2024 में, Aerones को यूरोपीय संघ के नवाचार फंड से समर्थन मिला जो अत्यधिक नवाचारी, बाजार‑तैयार, स्केलेबल और CO2 उत्सर्जन में कमी के लक्ष्य वाले बुनियादी ढाँचे के प्रोजेक्ट्स के लिए प्रदान किया गया था।

Aerones को EU के नवाचार फंड से €4.4 मिलियन प्राप्त हुए। कंपनी ने बताया कि उनका लक्ष्य टरबाइन मरम्मत को 18 घंटे के भीतर पूरा करना है, जिससे डाउनटाइम में उल्लेखनीय कमी आएगी और वैश्विक जलवायु लक्ष्यों में योगदान मिलेगा। रिपोर्टों के अनुसार, उनका दृष्टिकोण मरम्मत डाउनटाइम को 67 % तक घटाने, एक दशक में 161,349 टन CO2 उत्सर्जन से बचाने, और अतिरिक्त 918,320 MWh नवीकरणीय बिजली उत्पादन को सक्षम करने का अनुमान देता है।

जनवरी 2023 में, Aerones ने US$30 मिलियन जुटाए ताकि वह अपनी रोबोट‑सक्षम सेवाओं को स्केल कर दक्षता बढ़ा सके। यह फंडिंग राउंड नई निवेशकों Lightrock और Haniel द्वारा सह‑नेतृत्व किया गया, जिसमें Blume Equity और मौजूदा निवेशकों Change Ventures, Metaplanet, तथा Mantas Mikuckas आदि ने भाग लिया।

Aerones ने कहा कि यह फंड उनके तकनीकी और बिक्री कार्यों को बढ़ाने, रोबोट सेवा टीमों की संख्या बढ़ाने, और तेज़ी से बढ़ते नए बाजारों में विस्तार करने के लिए उपयोग किया जाएगा। फंड जुटाने के समय, Aerones के रोबोट‑सक्षम समाधान पहले से ही उन ग्राहकों को सेवा दे रहे थे जो विश्व की पवन शक्ति क्षमता के 50 % का प्रतिनिधित्व करते हैं।

2. Bladebug

एक और नवाचारी कंपनी जो पहली बढ़ती हुई ऑफ़शोर पवन उद्योग की जरूरतों को पूरा करने और उन्हें पूर्वानुमेय एवं कुशल बनाने के लिए काम कर रही है, वह Bladeblade है। कंपनी ने उन्नत रोबोट विकसित किए हैं जो तकनीशियनों को टरबाइन ब्लेड के निरीक्षण और मरम्मत में मदद करते हैं, बिना रस्सी पहुँच की आवश्यकता के। Bladebug के रोबोटिक समाधान के कई लाभ हैं। वे अपनाने की बाधाओं को कम करते हैं, डाउनटाइम को घटाते हैं, और प्रयासों की दोहराव को रोकते हैं।

Bladebug के क्रॉलर रोबोट को दृष्टि से बाहर से संचालित किया जा सकता है। इसके माध्यम से, तकनीशियन दूरस्थ रूप से रखरखाव कार्य कर सकते हैं, बिना संबंधित लागत के और कठोर परिस्थितियों के संपर्क में आए बिना। यह अर्ध‑स्वायत्त है।

दूसरे, क्योंकि यह हल्का है, तैनाती की गति और उपयोग की सरलता कई समकक्षों की तुलना में बहुत अधिक है। Bladebug के रोबोटिक समाधान के माध्यम से, O&M टीमें पारंपरिक रस्सी‑पहुँच टीम का उपयोग करने से पहले ही दोषों का उपचार कर सकती हैं। यह रोकथाम‑रखरखाव टरबाइन की दक्षता बढ़ाता है और उत्पन्न कम‑कार्बन ऊर्जा को अधिकतम करता है।

अंत में, इसका मॉड्यूलर डिज़ाइन सुनिश्चित करता है कि रोबोट बॉडी विभिन्न गैर‑विनाशकारी परीक्षण और मरम्मत उपकरणों को स्वीकार कर सके, जिससे यह समुद्र में लचीला बनता है।

Bladebug को Innovate UK, Catapult Offshore Renewable Energy, Imperial Enterprise Lab, और Launch Academy जैसी कंपनियों से व्यापक वित्तीय समर्थन और मेंटरशिप मिली है। इसे दो निवेशकों द्वारा फंड किया गया है: Britbots और The Offshore Wind Growth Partnership।

3. Reblade

मई 2024 में, ग्लोबल विंड एनर्जी काउंसिल ने रिपोर्ट किया कि 2023 में विश्वभर में रिकॉर्ड 117 गीगावॉट नई क्षमता स्थापित हुई। अधिक हार्डवेयर स्थापित करने की चुनौती और संबंधित रखरखाव योजनाओं में वृद्धि के कारण, डेनिश कंपनी Reblade ने ड्रोन‑डिलीवर किए गए मिनिएचर मरम्मत फैक्ट्री का निर्माण किया।

कंपनी के रोबोटिक ब्लेड मरम्मत समाधान में प्लग‑एंड‑प्ले मॉड्यूल शामिल हैं जो रखरखाव टीमों को जमीन से परियोजनाओं को निर्देशित और मॉनिटर करने की अनुमति देते हैं। Reblade के रोबोट सफाई, ग्राइंडिंग, कोटिंग और टरबाइन ब्लेड के लीडिंग एज को पेंट करने जैसी विभिन्न गतिविधियों के लिए प्रत्येक कार्य के लिए एक रोबोट प्रदान कर क्षरण मरम्मत कर सकते हैं। ड्रोन‑डिलीवर किया गया मरम्मत सिस्टम कस्टमाइज़ेबल था, जहाँ प्रत्येक मॉड्यूल ग्राहक की प्राथमिकताओं और आवश्यकताओं के अनुसार विशिष्ट कार्य और उत्पाद प्रदान कर सकता था।

कंपनी ने दावा किया कि उसके रोबोट अत्यंत तेज़ और कुशल हैं, जहाँ सेवा टीमें दो पूर्ण टरबाइनों की मरम्मत एक ही दिन में पूरी कर सकती हैं। उन्होंने यह भी कहा कि उनके समाधान विभिन्न मौसम स्थितियों को सहन कर सकते हैं, जहाँ रोबोट दूरस्थ स्थानों में सहजता से काम करते हैं, जिससे सेवा समय और लागत में 80 % तक की कमी आती है। कंपनी के तीन निवेशक हैं, जिनमें Eureka Network और European Innovation Council शामिल हैं।

ऑफ़शोर विंडफ़ार्म और ज्वारीय टरबाइन को बढ़ाने के लिए रोबोटिक समाधान: भविष्य

आने वाले दिनों में, ऑफ़शोर विंड फ़ार्म और ज्वारीय टरबाइन की दक्षता को बढ़ाने के लिए निरीक्षण और रखरखाव प्रक्रियाओं को स्वचालित करने के लिए अधिक प्रयास आवश्यक होंगे। ये पहलें, सेवा गुणवत्ता में सुधार के अलावा, मानव डाइवर्स को खतरनाक जलमग्न वातावरण में काम करने की आवश्यकता को कम करके सुरक्षा संबंधी चिंताओं को भी काफी हद तक घटाएंगी।

मानव प्रयासों से रोबोटिक समाधान की ओर बदलाव में रिमोटली ऑपरेटेड व्हीकल्स, अनमैन्ड सरफेस वेसेल्स, और अधिक परिष्कृत स्वायत्त जलमग्न रोबोट शामिल होंगे। ये तकनीकें उन परिस्थितियों में सफलतापूर्वक कार्य करेंगी जो मानव के लिए खतरनाक या पहुंच से बाहर हैं, विभिन्न चुनौतीपूर्ण मौसम स्थितियों में, बड़ी गहराइयों पर, और लंबे समय तक।

इस क्षेत्र में काम करने वाले शोधकर्ताओं ने कई प्रमुख क्षेत्रों की पहचान की है जिनमें अधिक सूक्ष्म समाधान की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, जलमग्न रोबोट को उथल‑पुथल वाले समुद्र में सटीक स्थिति बनाए रखनी होती है—एक चुनौती जिसे हमने अपनी चर्चा की शुरुआत में उल्लेखित शोध ने एक महत्वपूर्ण प्रगति के रूप में संबोधित किया है।

शोधकर्ता डिजिटल ट्विन्स के उपयोग पर भी विचार कर रहे हैं। चूँकि आज के रोबोट उन्नत 3D मैपिंग और पुनर्निर्माण तकनीकों में सक्षम हैं, वे समुद्री बुनियादी ढाँचे के विस्तृत त्रि‑आयामी मॉडल बना सकते हैं। इंजीनियर तब इन ‘डिजिटल ट्विन्स’ का उपयोग टरबाइन फाउंडेशन पर समुद्री जीवन के संचय की निगरानी या संभावित संरचनात्मक समस्याओं की पहचान करने के लिए कर सकते हैं, वह भी ऑन‑शोर नियंत्रण कक्षों की सुरक्षा से।

इस क्षेत्र में एक और गेम‑चेंजिंग प्रगति USVs और ROVs का समन्वित उपयोग है। USVs मोबाइल बेस स्टेशन के रूप में कार्य करते हैं, जलमग्न ROVs को तैनात और समन्वयित करके विंड फ़ार्म बुनियादी ढाँचे का व्यापक निरीक्षण करते हैं। ऐसी संचालन करने वाली टीमें उन्नत AI और नियंत्रण प्रणालियों से लाभान्वित होती हैं, जो इन रोबोटिक इकाइयों को जटिल जलमग्न वातावरण में उल्लेखनीय सटीकता और दक्षता के साथ नेविगेट करने में सक्षम बनाती हैं।

अनुमानों के अनुसार, रोबोटिक निरीक्षण प्रणालियों के उपयोग से रखरखाव मिशनों के लिए ईंधन खपत में 97 % तक की कमी आ सकती है—7,000 लीटर प्रति दिन से घटाकर केवल 200 लीटर।

संक्षेप में, लाभ अनेक हैं। कार्बन उत्सर्जन में उल्लेखनीय कमी के कारण जलवायु लाभ होते हैं। कंपनियों को दीर्घकाल में लाभ मिलता है क्योंकि ये समाधान कुल नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन लागत को घटाते हैं। और अंत में, कर्मचारियों, विशेषकर रखरखाव और निरीक्षण से जुड़े, को सुरक्षा मानकों में सुधार और जोखिम‑रहित कार्य स्थितियों की संभावना से लाभ मिलता है।

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