دکل‌های کامپوزیتی؛ راهکاری بومی برای افزایش تاب‌آوری شبکه برق و کاهش وابستگی به فولاد در شرایط بحران

نویسندگان: علی‌اصغر ذکاوتی،  علیرضا رهنورد- گروه پژوهشی سازه‌های صنعت برق پژوهشگاه نیرو

 

مطالعات انجام‌شده در پژوهشگاه نیرو نشان می‌دهد دکل‌های تک‌پایه کامپوزیتی و دکل‌های موقت اضطراری کامپوزیتی می‌توانند نقش مهمی در افزایش تاب‌آوری شبکه برق کشور در برابر حوادث طبیعی، تهدیدات زیرساختی و شرایط بحرانی ایفا کنند. این فناوری که دانش فنی طراحی، ساخت، آزمون و ارزیابی آن در پژوهشگاه نیرو بومی‌سازی شده است، با کاهش وابستگی به زنجیره تأمین فولاد، علاوه بر کاهش هزینه‌های چرخه عمر، امکان بازسازی سریع خطوط انتقال و تداوم تأمین برق در شرایط اضطراری را فراهم می‌کند.

 

 امروزه امنیت انرژی تنها به توسعه ظرفیت تولید برق محدود نمی‌شود. تجربه بحران‌های طبیعی، جنگ‌ها و تنش‌های ژئوپلیتیکی سال‌های اخیر نشان داده است که حفظ پایداری شبکه، کاهش زمان بازیابی زیرساخت‌های آسیب‌دیده و بهره‌گیری از فناوری‌های نوین برای مدیریت بهینه دارایی‌ها، از مهم‌ترین مؤلفه‌های امنیت ملی و حاکمیت انرژی به شمار می‌رود. 

 

بر همین اساس، گروه پژوهشی سازه‌های صنعت برق پژوهشگاه نیرو طی سال‌های اخیر مطالعات جامعی را در زمینه طراحی، تدوین دستورالعمل‌های فنی و بومی‌سازی دکل‌های تک‌پایه کامپوزیتی و دکل‌های موقت اضطراری کامپوزیتی انجام داده است. نتایج این پژوهش‌ها نشان می‌دهد که این فناوری می‌تواند علاوه بر بهبود مدیریت چرخه عمر دارایی‌های شبکه، بخشی از آسیب‌پذیری راهبردی صنعت برق کشور را کاهش داده و زمان بازیابی خطوط انتقال پس از وقوع بحران را به شکل قابل توجهی کوتاه‌تر کند.

 

واقعیت آن است که ماهیت تهدیدات علیه زیرساخت‌های حیاتی در حال تغییر است. در گذشته بخش عمده نگرانی‌ها متوجه حملات سایبری بود، اما امروزه زیرساخت‌های فیزیکی انتقال و توزیع انرژی نیز به اهداف مستقیم تهدیدات تبدیل شده‌اند. در چنین شرایطی، صرفاً مقاوم‌سازی تجهیزات کافی نیست؛ بلکه باید امکان بازسازی سریع و مستقل از زنجیره‌های تأمین آسیب‌پذیر نیز فراهم شود.

 

یکی از مهم‌ترین یافته‌های این پژوهش، شناسایی وابستگی شبکه انتقال برق به سازه‌های فولادی به عنوان یک «گلوگاه آسیب‌پذیری راهبردی» است. دکل‌های فلزی متداول اگرچه طی دهه‌های گذشته نقش مهمی در توسعه شبکه ایفا کرده‌اند، اما در شرایط بحرانی با محدودیت‌هایی نظیر نیاز به مقادیر قابل توجه فولاد، وابستگی به صنایع مادر، حمل‌ونقل سنگین، زمان طولانی نصب و نیاز به تجهیزات اجرایی گسترده مواجه هستند. هرگونه اختلال در تأمین فولاد یا زیرساخت‌های حمل‌ونقل می‌تواند روند بازسازی شبکه را با تأخیر روبه‌رو کند.

 

در مقابل، دکل‌های کامپوزیتی مبتنی بر پلیمرهای مسلح به الیاف شیشه (GFRP) راهکاری متفاوت را پیش روی صنعت برق قرار می‌دهند. این سازه‌ها علاوه بر وزن بسیار کمتر نسبت به نمونه‌های فلزی، از مقاومت بالا در برابر خوردگی، رطوبت، آلودگی‌های محیطی و شرایط سخت بهره‌برداری برخوردار هستند و می‌توانند با عمر طراحی بیش از ۵۰ سال در شبکه مورد استفاده قرار گیرند. از طرفی با توجه به نیاز کمتر به تعمیرات و نگهداری، می‌توانند هزینه‌های بهره‌برداری شبکه را در بلندمدت کاهش دهند.

 

یکی از مزیت‌های مهم این فناوری که در مطالعات پژوهشگاه نیرو مورد بررسی قرار گرفته، امکان نصب سریع و کاهش وابستگی به تجهیزات سنگین اجرایی است. طراحی ماژولار و تلسکوپی این سازه‌ها موجب می‌شود عملیات حمل، جابه‌جایی و نصب آنها با سهولت بیشتری انجام شود. این ویژگی به‌ویژه در مناطق صعب‌العبور، کوهستانی یا مناطق آسیب‌دیده از حوادث طبیعی و بحران‌های امنیتی اهمیت ویژه‌ای دارد.

 

از سوی دیگر، دکل‌های موقت اضطراری کامپوزیتی به عنوان بخشی از زیرساخت‌های مدیریت بحران صنعت برق طراحی شده‌اند. این سازه‌ها قابلیت آن را دارند که در مدت زمانی کوتاه جایگزین دکل‌های آسیب‌دیده شده و امکان برقراری مجدد جریان برق را فراهم کنند. پس از بازسازی کامل خط اصلی نیز می‌توان آنها را جمع‌آوری و در انبارهای راهبردی نگهداری کرد تا در رخدادهای بعدی مورد استفاده قرار گیرند.

 

نتایج مطالعات فنی انجام‌شده نشان می‌دهد مزایای این فناوری تنها به کاهش وزن سازه محدود نمی‌شود. بهره‌گیری از بازوهای عرضی کامپوزیتی و ویژگی عایقی ذاتی این مواد، موجب کاهش فواصل الکتریکی، کاهش تعداد مقره‌ها و کاهش عرض کریدور خطوط انتقال می‌شود. این موضوع علاوه بر کاهش هزینه‌های اجرایی و تملک اراضی، امکان توسعه شبکه در مناطق دارای محدودیت فضایی را نیز تسهیل می‌کند.

 

محققان پژوهشگاه نیرو، یکی دیگر از ابعاد مهم این فناوری را نقش آن در ارتقای پدافند غیرعامل صنعت برق عنوان کردند.  به گفته این محققان، در شرایطی که زنجیره تأمین فولاد ممکن است تحت تأثیر تحریم‌ها، محدودیت‌های اقتصادی یا بحران‌های منطقه‌ای قرار گیرد، صنعت کامپوزیت کشور می‌تواند با اتکا به ظرفیت صنایع پتروشیمی، رزین و الیاف داخلی، بخشی از نیازهای راهبردی شبکه برق را تأمین کند. این موضوع به معنای افزایش استقلال زیرساختی و کاهش آسیب‌پذیری کشور در شرایط اضطراری است.

 

مطالعات تطبیقی انجام‌شده در پژوهشگاه نیرو همچنین نشان می‌دهد که کشورهای پیشرو نظیر ژاپن، آلمان، آمریکا و روسیه طی سال‌های گذشته از دکل‌های کامپوزیتی برای افزایش تاب‌آوری شبکه و تسریع بازسازی زیرساخت‌های انتقال برق پس از وقوع بلایای طبیعی و سایر بحران‌ها استفاده کرده‌اند. این تجربه‌ها نشان می‌دهد که استفاده از سازه‌های کامپوزیتی دیگر یک فناوری نوظهور آزمایشگاهی نیست، بلکه به بخشی از راهبردهای ملی مدیریت دارایی و بحران در صنعت برق تبدیل شده است.

 

در همین راستا، گروه پژوهشی سازه‌های صنعت برق پژوهشگاه نیرو موفق شده است،  علاوه بر انجام مطالعات فنی و اقتصادی، دستورالعمل‌های طراحی، ساخت، آزمون و بهره‌برداری این سازه‌ها را تدوین کرده و نقشه‌های اجرایی نمونه‌های کاربردی را توسعه دهد.

 

همچنین همکاری با شرکت‌های دانش‌بنیان داخلی، مسیر ورود این فناوری به مرحله تولید صنعتی و تجاری‌سازی را فراهم کرده است. این دستاورد نشان می‌دهد که فناوری دکل‌های کامپوزیتی در کشور از مرحله پژوهش‌های اولیه عبور کرده و به سطح آمادگی مناسب برای اجرای پروژه‌های پایلوت و بهره‌برداری عملیاتی رسیده است.

 

با وجود این پیشرفت‌ها، توسعه گسترده این فناوری نیازمند حمایت سیاستی و اجرایی است. تجهیز انبارهای راهبردی صنعت برق به دکل‌های اضطراری کامپوزیتی، تدوین استانداردهای ملی متناسب با شرایط اقلیمی کشور، اجرای پروژه‌های پایلوت در مناطق مختلف و ایجاد مشوق‌های لازم برای استفاده از فناوری‌های نوین، می‌تواند زمینه بهره‌گیری گسترده‌تر از این ظرفیت را فراهم کند.

 

امروز صنعت برق ایران در نقطه‌ای قرار دارد که باید علاوه بر توسعه زیرساخت‌ها، به افزایش تاب‌آوری آنها نیز بیندیشد. تجربه‌های جهانی و نتایج پژوهش‌های انجام‌شده در پژوهشگاه نیرو نشان می‌دهد که دکل‌های تک‌پایه و اضطراری کامپوزیتی می‌توانند همزمان سه هدف راهبردی کشور یعنی افزایش تاب‌آوری شبکه، کاهش وابستگی به فولاد و تسریع بازسازی زیرساخت‌های آسیب‌دیده را محقق کنند. اکنون که دانش فنی این فناوری در کشور بومی‌سازی شده و ظرفیت صنعتی آن نیز در حال شکل‌گیری است، زمان آن فرا رسیده است که این دستاورد پژوهشی به بخشی از برنامه‌های توسعه و پدافند صنعت برق کشور تبدیل شود.

 

مراجع و منابع

1. Kalaga, S. (2013). Composite transmission and distribution poles: A new trend. energycentral Magazine. https://www.energycentral.com/
2. Selvaraj, M., Kulkarni, S. M., & Rameshbabu, R. (2014). Performance analysis of an overhead power transmission line tower using polymer composite material. Procedia Materials Science, 5, 1340-1348.
3. Gehlot, M., Kumar, S., & Shrivastava, S. (2018). Life cycle environmental and cost performance of steel vs FRP towers. In Proceedings of NFiCE2018. IIT Bombay, India.
4. Nangia, S., Srikanth, G., Mittal, A., & Introduction, S. B. (2006). Composites in civil engineering – CICE2006. In Third International Conference on Composites in Civil Engineering.
5. Erlandsson, M. (2011). Comparison of the environmental impacts from utility poles of different materials. Swedish Environmental Research Institute, Sweden.
6. Urgessa, G., & Mohamadi, S. (2016). Structural assessment of fiber-reinforced polymer composite electric poles. Procedia Engineering, 145, 707-714.
7. ذکاوتی، علی اصغر، 1404. طراحي و انجام مطالعات فني و اجرايي بکارگیری دكل­های كامپوزيتي، گروه سازه، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران