A medida que el cambio climático conduce a incendios forestales más grandes y frecuentes, los investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía están utilizando sensores, drones y aprendizaje automático para prevenir incendios y reducir su daño a la red eléctrica. Los ingenieros están perfeccionando la tecnología para detectar de forma remota los arcos eléctricos y los equipos defectuosos, así como la dirección de propagación de los incendios.

La necesidad es urgente. Los años de incendios forestales más grandes registrados han ocurrido desde 2004, coincidiendo con muchos de los años más cálidos registrados, según datos del Centro Nacional Interagencial de Bomberos. Las empresas de servicios eléctricos tienen un gran interés en abordar la crisis, dado que muchos incendios forestales son provocados por las líneas eléctricas, y los incendios forestales pueden causar apagones generalizados.

La última temporada de incendios, el DOE destinó fondos para un puñado de proyectos de incendios forestales, incluidos dos en ORNL. "Elegimos acelerar esta investigación porque reconocemos cuán críticos y peligrosos se han vuelto los incendios forestales debido al cambio climático y otros factores", dijo Stewart Cedres, estratega y líder técnico sénior del DOE. El daño de los incendios forestales a las líneas de transmisión puede causar apagones y apagones en varios estados de distancia, señaló.

"El trabajo que ORNL está haciendo con la tecnología de sensores en drones que pueden ir más allá de la línea de visión es único y muy crítico porque nos permite estar varios pasos por delante de los problemas que pueden poner en riesgo la red, haciéndola poco confiable y menos resistente". dijo Cedres.

Cedres dijo que el DOE tiene un doble interés:evitar que la red eléctrica inicie incendios y proteger la red de incendios. Un equipo de ORNL dirigido por Peter Fuhr, jefe del Grupo de seguridad y comunicaciones de red de ORNL, está trabajando en ambos problemas. También está perfeccionando los sensores de detección de incendios para el Servicio Forestal de EE. UU., la agencia principal para combatir incendios forestales.

En julio, la Casa Blanca señaló la investigación de incendios forestales que está realizando el equipo de Fuhr para explicar cómo la administración de Biden está abordando la amenaza de incendios forestales.

Prevención

Los sensores colocados cerca de líneas eléctricas o en equipos electrónicos de potencia pueden registrar variaciones en el flujo de energía que generan chispas sobrecalentadas. El investigador de ORNL, Ali Ekti, está desarrollando un algoritmo para reconocer y clasificar rápidamente estos eventos de arco eléctrico, que ocurren cuando la electricidad salta por el aire entre dos conductores.

Ekti está utilizando una biblioteca de "firmas" de formas de onda aportadas por empresas de servicios públicos y universidades, que muestran picos en el voltaje o la corriente causados ​​por anomalías como arcos eléctricos. Su algoritmo detecta estas regiones anómalas. Los siguientes pasos implicarán entrenar un programa de software para reconocer firmas similares y señalar dónde está ocurriendo el arco. El algoritmo, que podría implementarse dentro de los equipos de electrónica de potencia, alertaría al centro de comando de la empresa de servicios públicos para que el personal pudiera verificar la ubicación, si es accesible.

Aquí es donde entran los drones:a menudo se producen arcos en áreas accidentadas que son difíciles de alcanzar. Los aviones y helicópteros a veces no pueden bajar o acercarse lo suficiente para encontrar arcos pequeños. También son mucho más caros de volar y difíciles de programar rápidamente, dijo Fuhr.

Una alternativa prometedora es el uso de drones equipados con sensores que graban video y detectan emisiones de audio, calor y radiofrecuencia de pequeños arcos. Estas capacidades sensoriales combinadas pueden confirmar los problemas detectados y superar las interferencias.

Los drones ayudan a identificar las necesidades de mantenimiento antes de que comiencen los incendios. La experiencia de ORNL con la operación de drones más allá de la línea visual permite inspeccionar líneas de transmisión a largas distancias. La Administración Federal de Aviación otorgó recientemente al equipo de Fuhr una autorización inusual para volar drones en todo Estados Unidos y hasta 1500 pies con un permiso especial.

"Los drones ya están haciendo el manejo de la vegetación. Entonces, ¿por qué no usamos una tecnología adicional en la misma plataforma para verificar la formación de arcos al mismo tiempo?" dijo Fuhr. "Estamos organizando demostraciones el próximo año en empresas de servicios públicos grandes y pequeñas de todo el país".

Los sensores de audio montados en drones se enfrentan al desafío de distinguir el ruido crepitante del arco del zumbido de la hélice del dron. Pero Ekti ha desarrollado una nueva técnica usando matemáticas para extraer la firma de audio de arcos del ruido de fondo.

Dirección de extinción de incendios

El equipo de Fuhr puede probar esto en otra demostración en octubre para el Servicio Forestal. Alrededor del Bosque Nacional Kootenai en Montana, los investigadores de ORNL mostrarán cómo pueden usar drones para detectar térmicamente chispas antes de un gran incendio.

El equipo probó la técnica este verano en una granja cercana encendiendo una hoguera contenida entre pequeñas latas dispersas de combustible de gel en llamas. Experimentaron para conocer la altura a la que un sensor montado en un dron podía identificar las pequeñas llamas debajo.

Esta capacidad podría cambiar las reglas del juego en la lucha contra los incendios forestales, dijo Marva Willey, especialista en combustibles del Servicio Forestal de EE. UU. que forma parte del equipo de herramientas y tecnología de la agencia. "Los sensores de detección de calor tienen tantas aplicaciones que pueden aumentar nuestra conciencia situacional y el conocimiento de dónde están el calor y el fuego", dijo. "Se trata de saber qué está pasando antes de enviar a la gente".

Los sensores montados en drones podrían ayudar a encontrar nuevos incendios causados ​​por brasas que pueden volar hasta una milla del incendio principal, dijo Willey. Nada más puede sentir el calor bajo un dosel de árboles donde el humo no es visible. Los drones también podrían usarse para ubicar los puntos calientes que quedan en un área quemada, una tarea que ahora se realiza a mano mientras los bomberos tamizan las cenizas.

Los investigadores de ORNL están proporcionando sensores para otro experimento del Servicio Forestal, relacionado con la detección de calor desde altitudes extremadamente altas. Los sensores podrían ser transportados por un globo o un vehículo de larga duración alimentado por energía solar que vuele sobre tormentas eléctricas en busca de incendios provocados por rayos. Esa tecnología está programada para probarse a finales de este año. Willey dijo que podría reducir la necesidad de vuelos de detección de incendios pilotados, eliminando el riesgo humano mientras usa los recursos limitados de manera inteligente.

El equipo de Fuhr ha comenzado a investigar otras formas de prevenir incendios eléctricos utilizando sensores montados en drones, como detectar si los empalmes o los transformadores generan un exceso de calor.

En 2021, cuando un incendio forestal causado por líneas eléctricas caídas estaba ardiendo en las cercanías de Wears Valley, Tennessee, Fuhr y su equipo recibieron permiso de los bomberos para usar drones para monitorear el calor en las líneas de transmisión y los transformadores en medio del incendio. Incluso si sobreviven al incendio, los transformadores podrían verse comprometidos por la exposición a temperaturas más altas que sus límites operativos, dijo Fuhr. Esto podría ayudar a identificar dónde se debe reemplazar el equipo.

"Nuevo México estaba en llamas a principios de este año, y cuando ves la devastación que ocurrió con el Camp Fire (2018) y la consiguiente quiebra de la empresa de servicios públicos, si nuestras actividades pueden reducir ese tipo de resultados, es bueno para todos", Fuhr dijo. + Explora más

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