جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

بهبود عملکرد توربین‌های بادی با استفاده از روش FMEA و مدل‌های هوش مصنوعی در حوزه جغرافیایی دشت سیستان به منظور دستیابی به توسعه پایدار

نوع مقاله : مقاله های برگرفته از رساله و پایان نامه

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی صنایع، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
2 دانشیار،گروه مهندسی صنایع، دانشکده فنی و مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی صنایع، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
4 استاد، گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران
10.22034/jgeoq.2026.403463.4046
چکیده
در دهه‌های اخیر، توسعه انرژی بادی به‌ویژه در مناطق خشک با پتانسیل بالای باد، مانند دشت سیستان با بادهای ۱۲۰ روزه، به‌عنوان راهکاری کلیدی برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و دستیابی به توسعه پایدار مطرح شده است. بااین‌حال، بهره‌برداری پایدار از توربین‌های بادی در این اقلیم با چالش‌هایی نظیر نوسانات اقلیمی، فرسایش اجزا، خرابی‌های پیش‌رس و افت راندمان مواجه است که قابلیت اطمینان سامانه را کاهش می‌دهد. پژوهش حاضر با هدف ارتقای عملکرد و قابلیت اطمینان توربین‌های بادی در اقلیم خشک سیستان، رویکردی ترکیبی مبتنی بر تحلیل حالات خرابی و اثرات آن (FMEA) و مدل‌های هوش مصنوعی ارائه می‌دهد. در مرحله نخست، داده‌های تاریخی عملکرد توربین‌ها شامل توان خروجی، دما، سرعت باد، مدت توقف و رخدادهای خرابی جمع‌آوری و پیش‌پردازش شدند. سپس بر اساس شاخص‌های شدت، احتمال وقوع و قابلیت تشخیص، ماتریس ریسک FMEA تدوین و اجزای بحرانی شناسایی گردیدند. در گام دوم، داده‌های ریسک به‌عنوان ورودی مدل‌های یادگیری شامل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و استنتاج فازی تطبیقی (ANFIS) برای پیش‌بینی احتمال خرابی و بهینه‌سازی پارامترهای عملکردی مورد استفاده قرار گرفتند. مدل ترکیبی با تلفیق ویژگی‌های آماری و هوشمند، قادر به تشخیص روند خرابی پیش از وقوع و ارائه راهکارهای نگهداری پیش‌بینانه است. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که مدل FMEA–ANN نرخ خرابی اجزای بحرانی را ۲۳ درصد کاهش و بازده تبدیل انرژی را ۱۱ درصد افزایش داد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Improving the performance of wind turbines using the FMEA method and artificial intelligence models in the geographical area of ​​Sistan Plain in order to achieve sustainable development

نویسندگان English

Ebrahim Dahmardeh 1
Mohebali Rahdar 2
Majid Vaziri Sreshk 3
Mehdi Karbasian 4
1 PhD Student, Department of Industrial Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
2 Associate Professor, Department of Industrial Engineering, Shahid Nikbakht Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Industrial Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
4 Professor, Department of Industrial Engineering, Faculty of Industrial Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

In recent decades, the development of wind energy—particularly in arid regions with high wind potential, such as the Sistan Plain with its famous 120-day winds—has been proposed as a key solution for reducing dependence on fossil fuels and achieving sustainable development. However, sustainable operation of wind turbines in this climate faces challenges including climatic fluctuations, component erosion, premature failures, and efficiency losses, which reduce the overall system reliability. This study presents a hybrid approach based on Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) and artificial intelligence models to enhance the performance and reliability of wind turbines in the arid climate of Sistan. In the first stage, historical turbine performance data—including output power, temperature, wind speed, downtime duration, and failure events—were collected and preprocessed. Subsequently, based on Severity, Occurrence, and Detection indices, the FMEA risk matrix was developed and critical components were identified. In the second step, the risk data were used as inputs to learning models, including Artificial Neural Networks (ANN) and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS), to predict failure probability and optimize turbine performance parameters. The proposed hybrid model, by integrating statistical and intelligent data features, is capable of detecting failure trends before occurrence and providing predictive maintenance strategies. Experimental results demonstrated that the FMEA–ANN model reduced the failure rate of critical turbine components by 23% and increased the overall energy conversion efficiency by 11%.

کلیدواژه‌ها English

Wind turbine
arid climate
artificial intelligence
Sistan plain
renewable energy