À medida que as mudanças climáticas levam a incêndios florestais maiores e mais frequentes, pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia estão usando sensores, drones e aprendizado de máquina para evitar incêndios e reduzir seus danos à rede elétrica. Os engenheiros estão aprimorando a tecnologia para detectar remotamente arcos elétricos e equipamentos defeituosos, bem como a direção de propagação de incêndios.
A necessidade é urgente. Os maiores anos de incêndios florestais registrados ocorreram desde 2004, coincidindo com muitos dos anos mais quentes já registrados, de acordo com dados do National Interagency Fire Center. As concessionárias de energia elétrica têm grande interesse em lidar com a crise, uma vez que muitos incêndios florestais são desencadeados por linhas de energia, e os incêndios florestais podem causar interrupções elétricas generalizadas.

Na última temporada de incêndios, o DOE direcionou financiamento para um punhado de projetos de incêndios florestais, incluindo dois no ORNL. “Escolhemos que esta pesquisa fosse acelerada porque reconhecemos como os incêndios florestais críticos e perigosos se tornaram devido às mudanças climáticas e outros fatores”, disse Stewart Cedres, líder técnico e estrategista sênior do DOE. Os danos causados ​​por incêndios florestais nas linhas de transmissão podem causar apagões e apagões a vários estados de distância, observou ele.

“O trabalho que o ORNL está fazendo com a tecnologia de sensores em drones que podem ir além da linha de visão é único e muito crítico porque nos permite estar vários passos à frente de problemas que podem colocar a rede em risco, tornando-a não confiável e menos resiliente”. disse Cedres.

Cedres disse que o DOE tem um interesse duplo:evitar que incêndios sejam iniciados pela rede elétrica e proteger a rede de incêndios. Uma equipe do ORNL liderada por Peter Fuhr, chefe do Grid Communications and Security Group do ORNL, está trabalhando em ambos os problemas. Também está aprimorando o sensor de detecção de incêndio para o Serviço Florestal dos EUA, a principal agência de combate a incêndios florestais.

A Casa Branca em julho apontou para a pesquisa de incêndios florestais conduzida pela equipe de Fuhr para explicar como o governo Biden está enfrentando a ameaça de incêndios florestais.

Prevenção

Sensores colocados perto de linhas de energia ou em equipamentos de eletrônica de potência podem registrar variações no fluxo de energia que levam a faíscas superaquecidas. O pesquisador do ORNL, Ali Ekti, está desenvolvendo um algoritmo para reconhecer e classificar rapidamente esses eventos de arco elétrico, que ocorrem quando a eletricidade salta pelo ar entre dois condutores.

A Ekti está usando uma biblioteca de "assinaturas" de formas de onda, fornecidas por concessionárias e universidades, que mostram picos de tensão ou corrente causados ​​por anomalias como arcos elétricos. Seu algoritmo detecta essas regiões de anomalia. As próximas etapas envolverão o treinamento de um programa de software para reconhecer assinaturas semelhantes e identificar onde o arco está acontecendo. O algoritmo, que poderia ser implantado em equipamentos de eletrônica de potência, alertaria o centro de comando da concessionária para que a equipe pudesse verificar a localização – se estiver acessível.

É aqui que entram os drones:muitas vezes o arco acontece em áreas acidentadas que são difíceis de alcançar. Aviões e helicópteros às vezes não conseguem descer ou chegar perto o suficiente para encontrar pequenos arcos. Eles também são muito mais caros para voar e difíceis de agendar rapidamente, disse Fuhr.

Uma alternativa promissora é usar drones equipados com sensores que gravam vídeo e detectam emissões de áudio, calor e radiofrequência de pequenos arcos. Essas capacidades sensoriais combinadas podem confirmar os problemas detectados e superar a interferência.

Os drones ajudam a identificar as necessidades de manutenção antes do início dos incêndios. A experiência do ORNL com a operação de drones além da linha de visão visual permite inspecionar linhas de transmissão a longas distâncias. A Administração Federal de Aviação recentemente concedeu à equipe de Fuhr autorização incomum para pilotar drones nos Estados Unidos e até 1.500 pés com permissão especial.

"Os drones já estão por aí fazendo o gerenciamento da vegetação. Então, por que não usamos uma tecnologia adicional na mesma plataforma para verificar a formação de arcos ao mesmo tempo?" disse Fuhr. "Estamos estabelecendo demonstrações no próximo ano em concessionárias grandes e pequenas em todo o país."

Sensores de áudio montados em drones enfrentam um desafio em distinguir o ruído crepitante do arco do zumbido da hélice do drone. Mas a Ekti desenvolveu uma nova técnica usando matemática para extrair a assinatura de áudio do arco do ruído de fundo.

Direcionando o combate a incêndio

A equipe de Fuhr pode testar isso em outra demonstração em outubro para o Serviço Florestal. Em torno da Floresta Nacional Kootenai, em Montana, pesquisadores do ORNL mostrarão como podem usar drones para detectar termicamente faíscas antes de um grande incêndio.

A equipe testou a técnica neste verão em uma fazenda próxima acendendo uma fogueira contida entre pequenas latas espalhadas de combustível em gel queimado. Eles experimentaram para aprender a altura em que um sensor montado em um drone poderia identificar as pequenas chamas abaixo.

Essa capacidade pode ser um divisor de águas no combate a incêndios florestais, disse Marva Willey, especialista em combustível do Serviço Florestal dos EUA que atua na equipe de ferramentas e tecnologia da agência. “Os sensores de detecção de calor têm tantas aplicações que podem aumentar nossa consciência situacional e conhecimento de onde estão o calor e o fogo”, disse ela. "É tudo uma questão de saber o que está acontecendo antes de colocar as pessoas lá fora."

Sensores montados em drones podem ajudar a encontrar novos incêndios causados ​​por brasas que podem explodir a até 1,6 km do incêndio principal, disse Willey. Nada mais pode sentir o calor sob um dossel de árvores onde a fumaça não é visível. Os drones também podem ser usados ​​para localizar pontos quentes remanescentes em uma área queimada – uma tarefa agora realizada manualmente enquanto os bombeiros vasculham as cinzas.

Os pesquisadores do ORNL estão fornecendo sensores para outro experimento do Serviço Florestal, relacionado à detecção de calor de altitudes extremamente altas. Os sensores podem ser transportados por um balão ou um veículo de longa duração movido a energia solar, voando acima de tempestades, verificando se há incêndios provocados por relâmpagos. Essa tecnologia está programada para testes ainda este ano. Willey disse que poderia reduzir a necessidade de voos pilotados de detecção de incêndios, eliminando o risco humano e usando recursos limitados com sabedoria.

A equipe de Fuhr começou a investigar outras maneiras de evitar incêndios elétricos usando sensores montados em drones, como detectar se emendas ou transformadores estão gerando excesso de calor.

Em 2021, quando um incêndio florestal causado por linhas de energia derrubadas estava queimando nas proximidades de Wears Valley, Tennessee, Fuhr e sua equipe receberam permissão dos bombeiros para usar drones para monitorar o calor em linhas de transmissão e transformadores em meio ao incêndio. Mesmo que sobrevivam ao incêndio, os transformadores podem ser comprometidos pela exposição a temperaturas mais altas do que seus limites operacionais, disse Fuhr. Isso pode ajudar a identificar onde o equipamento deve ser substituído.

“O Novo México estava pegando fogo no início deste ano, e quando você vê a devastação que aconteceu com o Camp Fire (2018) e a falência resultante da concessionária – se nossas atividades podem reduzir esses tipos de resultados, é bom para todos”, Fuhr disse. + Explorar mais

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