مرافق نقل الطاقة والمحطات الفرعية

1.ما هي مرافق نقل الطاقة والمحطات الفرعية التي يُناسبها استخدام الهياكل الفولاذية؟

1.1 هيكل إطار فولاذي بوابة (ينطبق على محطات الطاقة الفرعية ومحطات التبديل الصغيرة والمتوسطة الحجم)

• الميزة الهيكلية هي استخدام إطار البوابة الفولاذي عالي القوة Q355B S355JR A572 SM490A لتحقيق مساحة خالية من الأعمدة بامتداد 15-30 مترًا، كما تم تحسين كفاءة تخطيط المعدات الداخلية بنسبة 30٪؛ يتمتع نظام الدعم المثلث بمستوى مقاومة للرياح يبلغ 10 وتحصين زلزالي يبلغ 7 درجات، مما يلبي مواصفات التصميم GB وEN وAISC.
• كفاءة البناء: تبلغ نسبة التصنيع المسبق في المصنع 90%، ومدة التجميع في الموقع أقصر بنسبة 50% من الخرسانة التقليدية. يمكن إكمال الهيكل الرئيسي لمحطة فرعية بمساحة 1000 متر مربع في 30 يومًا فقط.
• يدمج التصميم الوظيفي نظام تهوية ذكي (تشغيل وإيقاف مع استشعار فرق درجة الحرارة) وجهاز رش الحرائق، ويتم التحكم في تقلب درجة حرارة بيئة تشغيل المعدات ضمن ±5 درجة مئوية؛ تدعم قناة الصيانة القابلة للفصل “الصيانة دون انقطاع التيار الكهربائي”.
• وتبلغ تكلفة المرجع 220-300 دولار أمريكي/متر مربع، وتكون التكلفة الإجمالية أقل بنسبة 20% من الحل الخرساني.

1.2 هيكل برج فولاذي بزاوية/برج أنبوبي فولاذي (ينطبق على أبراج خطوط النقل وهياكل محطات التحويل)

• باستخدام أنابيب فولاذية/فولاذية بزاوية عالية القوة، يتمتع البرج الفردي بسعة تحمل حمولة تبلغ 500 طن وامتداد يصل إلى 400 متر (أعمدة الخرسانة التقليدية 150 مترًا فقط)؛ يعتمد برج الأنابيب الفولاذية على تقنية الالتحام السلس، ويتم تقليل معامل حمل الرياح بمقدار 0.2، ويصل مستوى مقاومة الرياح إلى 12 (تصميم خاص للمناطق الساحلية).
• يمكن لتكنولوجيا الرفع المجزأة المعيارية المبتكرة إكمال تجميع برج نقل 220 كيلو فولت في غضون 72 ساعة، وهو أقصر بـ 45 يومًا من بناء الأساس الخرساني التقليدي؛ يدعم نظام توصيل البراغي “الجلفنة بالغمس الساخن المضادة للتآكل + التجميع الخالي من اللحام في الموقع”.
• يتضمن التكوين المحدث الذكي أجهزة استشعار الميل وأنظمة مراقبة الإجهاد لتوفير تحذير في الوقت الفعلي من تشوه البرج (بدقة 0.01 درجة)؛ يقلل تصميم الذراع المتقاطع المعزول المقاوم للطيور من خطر حدوث ماس كهربائي عرضي ناجم عن الطيور بنسبة 90%.
• مرجع التكلفة: تكلفة وحدة برج زاوية الفولاذ 180-260 دولارًا أمريكيًا / طن، برج الأنابيب الفولاذية 240-320 دولارًا أمريكيًا / طن، تكلفة صيانة مقاومة الطقس أقل بنسبة 35٪ من الخرسانة.

2. لماذا يعد مبنى بهيكل فولاذي الطريقة المفضلة للبنية التحتية لنقل الطاقة العالمية؟

٢.١ بناء سريع للغاية لضمان توفير الطاقة في الوقت المناسب.

يُقلل التصنيع المسبق في المصنع والتجميع في الموقع من مدة البناء: تم الانتهاء من الهيكل الرئيسي للمحطة الفرعية بمساحة ٥٠٠٠ متر مربع في غضون ٩٠ يومًا، أي أقل بـ ١٨٠ يومًا من الحل الخرساني، مما يُتيح مزايا أكبر في الاستجابة لاحتياجات توسيع شبكة الكهرباء الطارئة. يدعم تصميم الواجهة المعيارية “التوسع أثناء التشغيل”، ويمكن توصيل كابينة المعدات في وقت واحد في بيئة العمل المباشرة.

٢.٢ آمن وموثوق، مما يضمن التشغيل المستقر لشبكة الكهرباء.

• أداء مقاوم للكوارث: اجتاز برج الأنابيب الفولاذية اختبار طاولة محاكاة الاهتزازات الزلزالية، مع استجابة إزاحة أقل بنسبة 40% من استجابة العمود الخرساني. صُممت عقد الشفة المقاومة للأعاصير في المناطق الساحلية لتحمل إعصارًا قويًا من الدرجة 17 (سرعة الرياح 56.1 متر/ثانية).
• الأمن الذكي: نظام مراقبة فيديو متكامل + نظام إنذار محيطي بالأشعة تحت الحمراء، ووقت استجابة لتحديد التطفل <5 ثوانٍ؛ يتم تثبيت نظام إطفاء الحرائق بالغاز في غرفة المعدات، وتزداد كفاءة إطفاء مخاطر الحرائق بنسبة 70%.

2.3 أخضر ومنخفض الكربون، يستجيب لأهداف تحول الطاقة

• إعادة تدوير المواد: الفولاذ قابل لإعادة التدوير بنسبة 100%، ويتم تقليل نفايات البناء بنسبة 90%، وانبعاثات الكربون أقل بنسبة 65% من الخرسانة (1.5 طن من ثاني أكسيد الكربون/متر مربع مقابل 4.3 طن من ثاني أكسيد الكربون/متر مربع).
• تصميم موفر للطاقة: يستخدم سقف المحطة الفرعية الألواح الكهروضوئية المتكاملة (BIPV)، ويغطي توليد الطاقة السنوي 30% من استهلاك الكهرباء في المحطة؛ يستخدم الجدار طبقة عازلة من الصوف الصخري بسمك 100 مم، مما يقلل من استهلاك طاقة التدفئة في الشتاء بنسبة 25%.

2.4 التوسع المرن لتلبية احتياجات ترقية الشبكة

• تحسين المساحة: يزيد التصميم الخالي من الأعمدة لإطار البوابة الفولاذي من كفاءة تركيب المعدات بنسبة 50%، ويمكن لمساحة التوسعة المحجوزة بنسبة 20% الاتصال بسرعة بمعدات الطاقة الجديدة (مثل أجهزة تخزين الطاقة وبطاريات الشحن).
• التوافق الفني: تدعم أبراج الفولاذ الزاوية التثبيت المتكامل لمحطات القاعدة 5G ومعدات المراقبة الجوية، كما يقلل وضع القطب الواحد متعدد الاستخدامات من تكاليف إشغال الأرض بنسبة 40%.

3. سيناريوهات تطبيق مرافق نقل الطاقة ومحطات الطاقة الفرعية ذات الهياكل الفولاذية

4. الهيكل الفولاذي مقابل الخرسانة التقليدية: مقارنة متعمقة لسيناريوهات نقل الطاقة

5. المكونات الرئيسية والمعايير الفنية

نظام تحمل الأحمال

• أعمدة فولاذية: مصنوعة من الفولاذ عالي القوة Q355B S355JR A572 SM490A بقوة ضغط تبلغ 420 ميجا باسكال، يمكن أن تصل مسافة العمود إلى 12 مترًا، مما يقلل من عدد أعمدة المحطة الفرعية؛ سمك جدار المادة الرئيسية لبرج النقل هو ≥12 مم، ويتم تحسين مقاومة التأثير بنسبة 30٪.
• عوارض الجمالون: تصميم على شكل صندوق، يمتد حتى 24 مترًا، توزيع الإجهاد الأمثل من خلال تحليل العناصر المحدودة، يصل معدل استخدام المواد إلى 92%.
• تصميم الأساس: تم اعتماد اتصال مسمار تثبيت الأساس الركامي + الهيكل الفولاذي، وتم زيادة قدرة تحمل السحب بنسبة 50% مقارنة بالأساس المستقل الخرساني التقليدي، وهو مناسب لأساسات التربة اللينة.

نظام الاستخبارات والحماية

• المراقبة الذكية: نشر أجهزة رصد جوي دقيقة (درجة الحرارة، الرطوبة، سرعة الرياح، سمك الجليد)، وربط البيانات بمركز التحكم في شبكة الكهرباء فورًا. مدة الاستجابة للإنذار المبكر أقل من 10 دقائق.
• تكنولوجيا مقاومة التآكل: سمك طبقة الجلفنة بالغمس الساخن ≥ 85 ميكرومتر، طلاء إضافي من الفلوروكربون في المناطق الساحلية، عمر شامل مضاد للتآكل يزيد عن 60 عامًا.
• تصميم عزل الصوت: يعتمد الجدار الخارجي للمحطة الفرعية على “عارضة فولاذية خفيفة + لوح عزل صوتي مزدوج الطبقة + قطن ممتص للصوت بسمك 50 مم”، ويصل عزل الصوت المحمول جواً إلى 60 ديسيبل، مما يلبي متطلبات حماية البيئة في المناطق السكنية الحضرية.

6. الأسئلة الشائعة

س1. هل محطة الطاقة الفرعية الهيكلية الفولاذية آمنة؟ ما مدى مقاومتها للكوارث؟

ج: فيما يتعلق بتصميمها المقاوم للرياح، تُستخدم هياكل فولاذية عالية القوة، كما جُهزت المناطق الساحلية خصيصًا بأنظمة دعم مقاومة للأعاصير لتحمل إعصارًا من الدرجة 12 (سرعة رياح 32.7 متر/ثانية). حسّن برج الأنابيب الفولاذية معامل حمل الرياح إلى 1.5 كيلو نيوتن/متر مربع من خلال اختبارات نفق الرياح، وهو ما يعادل القدرة على تحمل تأثير رياح بقوة 150 كيلوغرامًا لكل متر مربع.

أما من حيث الأداء الزلزالي، فيصل التحصين الزلزالي إلى 8 درجات، ويمكن لتصميم الوصلات المرنة للهيكل الفولاذي امتصاص الطاقة الزلزالية، كما أن استجابة الإزاحة تقل بأكثر من 40% مقارنةً بالهيكل الخرساني. على سبيل المثال، أظهرت محطة طاقة فرعية في منطقة زلزالية عالية الحدوث، بعد تعرضها لزلزال بقوة 6.2 درجة، خلوها من أي تشققات أو تشوهات.

كما يتميز نظام الحماية من الحرائق بتميزه، حيث تصل مدة مقاومة الحريق للمكونات إلى 3 ساعات. يمكن لنظام مراقبة الحرائق الكامل إطلاق إنذار في غضون 0.5 ثانية في بداية الحريق، وربط جهاز إطفاء الحرائق بالغاز لضمان سلامة المعدات.

س2. ما مدى سرعة دورة بناء محطة فرعية ذات هيكل فولاذي؟ هل يمكن تشغيلها بشكل عاجل؟

ج: يعتمد الهيكل الفولاذي على أسلوب “التصنيع المسبق في المصنع + التجميع في الموقع”، مما يختصر فترة البناء بشكل كبير، ويحقق نقلة نوعية مقارنةً بطريقة البناء التقليدية. في الماضي، عندما كانت محطات الكهرباء الفرعية تُبنى بالخرسانة، كان يستغرق إكمال الهيكل الرئيسي لمحطة فرعية بمساحة 20,000 متر مربع 270 يومًا من البناء إلى الصيانة. أما باستخدام الهيكل الفولاذي، فيمكن إكمال الهيكل الرئيسي لمحطة فرعية بنفس الحجم في 90 يومًا، مما يُقلل مدة البناء بمقدار 180 يومًا

. على سبيل المثال، في محطة فرعية في منطقة صناعية، تم تصنيع 95% من المكونات مسبقًا في المصنع. بعد نقلها إلى الموقع، اكتملت العملية بأكملها، من وضع الأساس إلى تشغيل المعدات، في 3 أشهر فقط، ودخلت المحطة حيز التشغيل قبل نصف عام من الموعد المحدد. سرعة البناء عالية جدًا.

علاوة على ذلك، يتميز التصميم المعياري للهيكل الفولاذي بميزة كبيرة أخرى، وهي تسهيل التوسعة اللاحقة للمحطة الفرعية. يسمح تصميم واجهتها ببناء المحطة أثناء التشغيل. على سبيل المثال، إذا رغب عمال البناء في إضافة كابينة معدات بجوار محطة فرعية جاهزة، فيمكنهم استخدام تقنية الرفع المجزأ لإتمام توصيل وتركيب المعدات الجديدة ليلاً. لا يتطلب الأمر إيقاف تشغيل المحطة الفرعية طوال العملية، ولن يتأثر استهلاك الكهرباء الاعتيادي للسكان والشركات على الإطلاق.

س3. هل تكلفة صيانة محطة فرعية ذات هيكل فولاذي مرتفعة؟ ما هو عمرها الافتراضي؟

ج: تتميز الهياكل الفولاذية بمزايا تكلفة استثنائية طوال دورة حياتها. لا يقتصر الأمر على التحكم في تكاليف الصيانة فحسب، بل إنها أيضًا فعالة للغاية من حيث التكلفة على المدى الطويل. من حيث الحماية من التآكل، تعتمد هذه الهياكل على الجلفنة بالغمس الساخن (بسمك طلاء لا يقل عن 85 ميكرومتر) بالإضافة إلى طلاء الفلوروكربون لتوفير حماية مزدوجة. حتى في البيئات الساحلية ذات الملوحة العالية والتآكل الشديد، يمكن ضمان عدم تآكلها لمدة 50 عامًا. في المناطق الداخلية، يمكن استخدامها لأكثر من 60 عامًا. لا تمثل الأموال التي تُنفق على صيانة مقاومة التآكل سنويًا سوى 3% إلى 5% من تكلفة البناء الأولية.

لا داعي للقلق في حال تلف جزء من الهيكل الفولاذي، فهو تصميم معياري، مما يسمح باستبدال الأعمدة الفولاذية وأجزاء الجمالون والوحدات الفردية الأخرى بسرعة. بالمقارنة مع عملية هدم وإعادة بناء الهياكل الخرسانية بالكامل، يمكن أن يوفر هذا 70% من التكلفة.

س4. كيف يمكن لمحطات الهياكل الفولاذية تحقيق حماية بيئية خضراء؟ ما مدى انخفاض انبعاثات الكربون؟

ج: يُعد الهيكل الفولاذي خيارًا ممتازًا للبنية التحتية منخفضة الكربون، ويلبي تمامًا معايير الحوكمة البيئية والاجتماعية وحوكمة الشركات. من حيث إعادة تدوير المواد، يمكن إعادة تدوير الفولاذ بنسبة 100%، ويمكن أن يقلل استخدام الهياكل الفولاذية من نفايات البناء بنسبة 90%. على سبيل المثال، لبناء منشأة بمساحة 10,000 متر مربع، يمكن للهيكل الفولاذي توفير حوالي 3,000 طن من مكبات النفايات مقارنةً بالحلول الخرسانية.

من حيث انبعاثات الكربون، تنتج محطات الهياكل الفولاذية 1.2 طن فقط من ثاني أكسيد الكربون لكل متر مربع، بينما تنتج الهياكل الخرسانية التقليدية ما يصل إلى 3.3 طن. وبالمقارنة، تنخفض انبعاثات الكربون من الهياكل الفولاذية بنسبة 63%. هذا يُعادل بناء متر مربع واحد من محطات الهياكل الفولاذية، وهو ما يعادل كمية ثاني أكسيد الكربون التي تمتصها زراعة شجرتي تنوب.

من حيث التصميم الموفر للطاقة، يستخدم سقف محطة الهيكل الفولاذي الألواح الكهروضوئية المتكاملة (نظام BIPV)، ويمكن للكهرباء المولدة في عام واحد تلبية 40٪ من الطلب على الكهرباء في المحطة؛ يستخدم الجدار الخارجي ألواح ساندويتش من الصوف الصخري بسمك 200 مم، والتي لا تتمتع فقط بتأثير عزل صوتي يبلغ 60 ديسيبل، بل يمكنها أيضًا تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 25٪ في الشتاء وتقليل حمل تكييف الهواء بنسبة 30٪ في الصيف.

س5. ما هو مستوى ذكاء محطة فرعية للهياكل الفولاذية؟ ما مدى تحسن كفاءة التشغيل والصيانة؟

ج: يُعد الهيكل الفولاذي مناسبًا بشكل خاص للاستخدام مع الأنظمة الذكية، ويمكنه أن يُشكل “مركزًا لقوة التفكير”. فيما يتعلق بالمراقبة الذكية، من خلال تركيب وحدة إنترنت الأشياء، يُمكن مراقبة أكثر من 20 بيانات، مثل درجة الحرارة والرطوبة، وشدة الإضاءة، وحمل المعدات، في الوقت الفعلي، بدقة قياس تبلغ 0.1. عند حدوث أي خلل، يُمكن للنظام إصدار إنذار مبكر خلال 10 ثوانٍ. على سبيل المثال، اعتمدت محطة فرعية رئيسية على أجهزة استشعار الإجهاد للكشف عن أي تشوه طفيف في الجمالون الرئيسي قبل 3 أيام من حدوثه، مما أدى إلى القضاء على مخاطر السلامة على الفور.

فيما يتعلق بإدارة التشغيل والصيانة، يُمكن لمسار الحركة ثلاثي الأبعاد المُخطط له استنادًا إلى تقنية BIM اختصار مسار صيانة المعدات بنسبة 40%؛ ومن خلال عمليات التفتيش باستخدام الطائرات بدون طيار، يُمكن توفير 60% من تكاليف التفتيش سنويًا، كما زادت دقة تحديد موقع الأعطال من 100 متر في البداية إلى أقل من 10 أمتار.

فيما يتعلق بحماية السلامة، تستخدم المحطة الفرعية بوابات التعرف على الوجه، وتعتمد أيضًا على تقنية تتبع المعروضات في مركز المعارض، مما حسّن كفاءة حركة الأفراد بنسبة 30%. في حال حدوث أي تسلل غير قانوني، يستجيب النظام في غضون 5 ثوانٍ لحماية سلامة المحطة الفرعية بشكل كامل.

نجحت شركة XTD Steel Structure في تنفيذ أكثر من 50 مشروعًا ضخمًا للبنية التحتية للطاقة في مجال نقل الطاقة ومحطات التحويل، مستندةً إلى مفهوم “السلامة أساسًا، والكفاءة أولوية، والحفاظ على البيئة مبدأً راسخًا”. ومن خلال خدمة BIM المتكاملة، التي تشمل تصميمًا متكاملًا، ومعالجة ذكية، وتركيبًا دقيقًا، تُدمج كل منشأة في “عقدة طاقة ذكية”، مما يُساعد العملاء على بناء شبكة طاقة أكثر موثوقية في ظل ثورة الطاقة.