Poiché il cambiamento climatico porta a incendi più grandi e frequenti, i ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia stanno utilizzando sensori, droni e apprendimento automatico per prevenire gli incendi e ridurre i danni alla rete elettrica. Gli ingegneri stanno perfezionando la tecnologia per rilevare a distanza archi elettrici e apparecchiature difettose, nonché la direzione della propagazione degli incendi.

Il bisogno è urgente. I più grandi anni di incendi registrati si sono verificati dal 2004, in coincidenza con molti degli anni più caldi mai registrati, secondo i dati del National Interagency Fire Center. Le aziende elettriche hanno un grande interesse nell'affrontare la crisi, dato che molti incendi sono provocati dalle linee elettriche e gli incendi possono causare interruzioni elettriche diffuse.

La scorsa stagione degli incendi, il DOE ha mirato al finanziamento di una manciata di progetti di incendi, di cui due all'ORNL. "Abbiamo scelto questa ricerca per essere accelerata perché riconosciamo quanto siano diventati critici e pericolosi gli incendi a causa del cambiamento climatico e di altri fattori", ha affermato Stewart Cedres, responsabile tecnico e stratega senior del DOE. I danni causati dagli incendi alle linee di trasmissione possono causare abbassamenti di tensione e blackout a diversi stati di distanza, ha osservato.

"Il lavoro che ORNL sta facendo con la tecnologia dei sensori sui droni che possono andare oltre la linea di vista è unico e molto critico perché ci consente di essere diversi passi avanti rispetto ai problemi che possono mettere a rischio la rete, rendendola inaffidabile e meno resiliente", disse Cedres.

Cedres ha affermato che il DOE ha un duplice interesse:prevenire l'accensione di incendi dalla rete elettrica e proteggere la rete dagli incendi. Un team ORNL guidato da Peter Fuhr, capo del Grid Communications and Security Group di ORNL, sta lavorando su entrambi questi problemi. Sta inoltre perfezionando il rilevamento degli incendi per il servizio forestale degli Stati Uniti, l'agenzia principale per la lotta agli incendi boschivi.

La Casa Bianca a luglio ha indicato la ricerca sugli incendi condotta dal team di Fuhr per spiegare come l'amministrazione Biden sta affrontando la minaccia degli incendi.

Prevenzione

I sensori posizionati vicino a linee elettriche o in apparecchiature elettroniche di potenza possono registrare variazioni nel flusso di potenza che portano a scintille surriscaldate. Il ricercatore ORNL Ali Ekti sta sviluppando un algoritmo per riconoscere e classificare rapidamente questi eventi di arco elettrico, che si verificano quando l'elettricità salta nell'aria tra due conduttori.

Ekti utilizza una libreria di "firme" di forme d'onda, fornite da servizi pubblici e università, che mostrano picchi di tensione o corrente causati da anomalie come gli archi. Il suo algoritmo rileva queste regioni anomale. I passaggi successivi riguarderanno la formazione di un programma software per riconoscere firme simili e individuare dove si verifica l'arco. L'algoritmo, che potrebbe essere implementato all'interno di apparecchiature elettroniche di potenza, avviserà il centro di comando dell'utilità in modo che il personale possa controllare la posizione, se è accessibile.

È qui che entrano in gioco i droni:spesso gli archi si verificano in aree accidentate e difficili da raggiungere. Gli aeroplani e gli elicotteri a volte non riescono ad avvicinarsi abbastanza da trovare piccoli archi. Sono anche molto più costosi da pilotare e difficili da programmare rapidamente, ha affermato Fuhr.

Un'alternativa promettente è l'utilizzo di droni dotati di sensori che registrano video e rilevano emissioni audio, di calore e di radiofrequenza da piccoli archi. Queste capacità sensoriali combinate possono confermare i problemi rilevati e superare le interferenze.

I droni aiutano a identificare le esigenze di manutenzione prima che inizino gli incendi. L'esperienza di ORNL con il funzionamento di droni oltre la linea visiva consente di ispezionare le linee di trasmissione su lunghe distanze. La Federal Aviation Administration ha recentemente concesso alla squadra di Fuhr un'autorizzazione insolita per pilotare droni negli Stati Uniti e fino a 1.500 piedi con un permesso speciale.

"I droni sono già disponibili per la gestione della vegetazione. Allora perché non utilizziamo una tecnologia aggiuntiva sulla stessa piattaforma per verificare la presenza di archi nello stesso momento?" disse Fuhr. "Stiamo organizzando dimostrazioni nel prossimo anno presso aziende di servizi pubblici grandi e piccoli in tutta la nazione."

I sensori audio montati sul drone devono affrontare una sfida nel distinguere il crepitio degli archi dal ronzio dell'elica del drone. Ma Ekti ha sviluppato una nuova tecnica usando la matematica per estrarre la firma audio dell'arco dal rumore di fondo.

Dirigere la lotta antincendio

Il team di Fuhr potrebbe testarlo sul campo in un'altra dimostrazione in ottobre per il servizio forestale. Intorno alla foresta nazionale di Kootenai nel Montana, i ricercatori dell'ORNL mostreranno come possono utilizzare i droni per rilevare termicamente le scintille prima di un grande incendio.

Il team ha testato la tecnica quest'estate in una fattoria vicina accendendo un falò contenuto tra piccole lattine sparse di combustibile gel in fiamme. Hanno sperimentato per apprendere l'altezza alla quale un sensore montato su un drone potrebbe identificare le minuscole fiamme sottostanti.

Questa capacità potrebbe essere un punto di svolta nella lotta agli incendi boschivi, ha affermato Marva Willey, specialista di carburante del servizio forestale degli Stati Uniti che fa parte del team di strumenti e tecnologia dell'agenzia. "I sensori di rilevamento del calore hanno così tante applicazioni che possono aumentare la nostra consapevolezza situazionale e la conoscenza di dove si trovano calore e fuoco", ha affermato. "Si tratta di sapere cosa sta succedendo prima di mettere le persone là fuori."

I sensori montati sui droni potrebbero aiutare a trovare nuovi incendi causati da braci che possono soffiare fino a un miglio dall'incendio principale, ha detto Willey. Nient'altro può percepire il calore sotto una volta di alberi dove il fumo non è visibile. I droni potrebbero anche essere usati per localizzare i punti caldi rimasti in un'area bruciata, un compito ora svolto manualmente mentre i vigili del fuoco setacciano la cenere.

I ricercatori dell'ORNL stanno fornendo sensori per un altro esperimento del servizio forestale, relativo alla rilevazione del calore da altitudini estremamente elevate. I sensori potrebbero essere trasportati da una mongolfiera o da un veicolo a energia solare di lunga durata che vola sopra i temporali per verificare la presenza di incendi innescati da fulmini. Quella tecnologia dovrebbe essere testata entro la fine dell'anno. Willey ha affermato che potrebbe ridurre la necessità di voli pilotati per l'osservazione degli incendi, eliminando il rischio umano e utilizzando saggiamente risorse limitate.

Il team di Fuhr ha iniziato a studiare altri modi per prevenire incendi elettrici utilizzando sensori montati su droni, come rilevare se giunzioni o trasformatori stanno generando calore in eccesso.

Nel 2021, quando un incendio causato da linee elettriche abbattute stava bruciando nella vicina Wears Valley, nel Tennessee, Fuhr e il suo team hanno ricevuto il permesso dai vigili del fuoco di utilizzare i droni per monitorare il calore nelle linee di trasmissione e nei trasformatori in mezzo all'incendio. Anche se sopravvivono all'incendio, i trasformatori potrebbero essere compromessi dall'esposizione a temperature superiori ai loro limiti operativi, ha affermato Fuhr. Questo potrebbe aiutare a identificare dove sostituire le apparecchiature.

"Il New Mexico era in fiamme all'inizio di quest'anno e quando si vede la devastazione avvenuta con il Camp Fire (2018) e il conseguente fallimento dell'utilità, se le nostre attività possono ridurre questo tipo di risultati, è un bene per tutti", Fuhr disse. + Esplora ulteriormente

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