Οι επιστήμονες του NREL βυθίζονται στα δεδομένα σε αναζήτηση απαντήσεων

Απόδραση στη φύση. Εισπνεύστε τον αέρα του βουνού. Δείτε ένα γεράκι που χτυπάει στον άνεμο. Αυτές είναι οι εμπειρίες που αγαπά η Λίντι Γουίλιαμς ως γεννημένη και μεγαλωμένη από το Κολοράντο.

Είναι επίσης οι εμπειρίες που προσπαθεί να διατηρήσει για άλλους ως επιστήμονας δεδομένων στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL).

Με αυτή την αποστολή στο μυαλό, η Williams βυθίζεται σε δεδομένα και μοντέλα για να δει τη ζωή στη Γη με νέους τρόπους και να επιτύχει τις ανακαλύψεις που χρειάζεται ο πλανήτης μας. Εφαρμόζοντας την τεχνογνωσία της στο μοντέλο και χειρίζοντας δεδομένα για να κατανοήσει καλύτερα πώς η χλωρίδα και η πανίδα —και οι άνθρωποι— μπορούν να ευδοκιμήσουν μεταξύ των τεχνολογιών που μεταμορφώνουν την ενέργεια, η Williams παλεύει με ερωτήσεις όπως:

• Πώς μπορούν τα πουλιά να πετάξουν με ασφάλεια γύρω από αιολικά πάρκα;
• Πώς μπορούν οι μηχανικοί να επιτύχουν πιο ακριβείς προβλέψεις για μεμονωμένα εξαρτήματα ανεμογεννητριών;
• Πώς μπορεί να διατηρηθεί η ποιότητα του αέρα εν μέσω αυξανόμενων συγκοινωνιακών κόμβων;

Lindy Williams, ερευνήτρια στην Ομάδα Δεδομένων, Ανάλυσης και Οπτικοποίησης στο NREL. Φωτογραφία από την Brianna Cote Photography

Το έργο του Williams μπορεί να απεικονιστεί στο NREL Insight Center — όπου τα μοντέλα, που δημιουργήθηκαν από τους συναδέλφους Rimple Sandhu και Charles Tripp, ζωντανεύουν. Με τα πόδια της στερεωμένα γερά στο έδαφος και το βλέμμα της στραμμένο σε ένα μέλλον καθαρής ενέργειας για τον κόσμο, η Williams και άλλοι, μπορούν να πετάξουν στα ύψη μέσα από μια τρισδιάστατη απόδοση του μοντέλου της διαδρομής πτήσης ενός αετού.

Διαδρομές μέσω αιολικών πάρκων αρχίζουν να εμφανίζονται καθώς τροποποιεί το μοντέλο της. Αλλά τα πουλιά δεν είναι τα μόνα που αλληλεπιδρούν με τις ανεμογεννήτριες. Για τους ανθρώπους που λειτουργούν και συντηρούν αιολικά πάρκα, η μηχανική αξιοπιστία είναι σημαντική. Η ανάλυση των δεδομένων της γεννήτριας και του κιβωτίου ταχυτήτων από την Williams βοηθά στον εντοπισμό πιθανών αδυναμιών απόδοσης που είναι μη ανιχνεύσιμες στο ανθρώπινο μάτι.

Παραδείγματα επιτυχημένης ομαδικής εργασίας της Williams μπορούν να βρεθούν στο International Energy Agency's (IEA's) Ψηφιοποίηση Αιολικής Ενέργειας Εργασία 43 και η παρουσίαση από κοινού με τη συγγραφή της αναλυτικές προβλέψεις για αστοχίες εξαρτημάτων στροβίλου.

Όταν η Williams δεν εστιάζει στα μονοπάτια πτήσης για τα πουλιά, σκέφτεται τα μονοπάτια καθαρής ενέργειας για τα αεροπλάνα - και τα κέντρα μεταφοράς που τα συνδέουν.

Η Ομάδα Αθηνά στοχεύει στη συμφόρηση του αεροδρομίου

Αν κάτι έχει μεγάλη ανάγκη από ένα μονοπάτι καθαρότερης ενέργειας, αυτό είναι το αλληλοεξαρτώμενο και ταχέως εξελισσόμενο δίκτυο μαζικών μεταφορών ανθρώπων και αγαθών σε όλο τον κόσμο — το οποίο δημιούργησε 8.2 γιγατόνους διοξειδίου του άνθρακα το 2018, σύμφωνα με τον ΔΟΕ. (Ένα γιγατόνος ισοδυναμεί με 10,000 πλήρως φορτωμένα αεροπλανοφόρα των ΗΠΑ.) Το 2019, ο τομέας των μεταφορών συγκέντρωσε το μεγαλύτερο μερίδιο (29%) των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στις Ηνωμένες Πολιτείες, σύμφωνα με την Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ.

Οι δεξιότητες μοντελοποίησης και ανάλυσης της Williams, μαζί με την ηγεσία της, διαδραματίζουν βασικό ρόλο στην προώθηση του έργου της NREL στην κατανόηση, την πρόβλεψη και τον προσδιορισμό των επιπτώσεων των διαφόρων καθαρών διαδρομών μεταφοράς. Γι' αυτό ρωτήθηκε από τον Caleb Phillips, κύριο ερευνητή του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE's) Αθήνα — ένα πιλοτικό πρόγραμμα στο Διεθνές Αεροδρόμιο Dallas-Fort Worth (DFW) με στόχο τον εντοπισμό μοντέλων βιώσιμης ανάπτυξης για την άμβλυνση της συμφόρησης — για την καθοδήγηση εργασιών ανάλυσης για το πρόγραμμα.

Απαιτείται περισσότερη ποσοτική έρευνα για την αξιολόγηση της συμφόρησης που δημιουργείται από τις χερσαίες μεταφορές από και προς τα αεροδρόμια. Καθώς περισσότερες επιλογές κινητικότητας - όπως ηλεκτρικά και αυτόνομα οχήματα - επιλέγονται από άτομα σε διάφορες κλίμακες, τα αεροδρόμια πρέπει να προβλέπουν τις αλλαγές συμπεριφοράς που προκύπτουν και να προσδιορίζουν έξυπνες οδούς ανάπτυξης. Χωρίς προσεκτική ανάλυση, αυτές οι αλλαγές συμπεριφοράς θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε αναποτελεσματικές και δαπανηρές λειτουργίες αεροδρομίου.

Στο άρθρο τους στο Έρευνα στις Μεταφορές Μέρος Α, Πλαίσιο μοντελοποίησης για τον σχεδιασμό και την αξιολόγηση των πολιτικών διαχείρισης της κυκλοφορίας στο πεζοδρόμιο στο Διεθνές Αεροδρόμιο Ντάλας-Φορτ Γουόρθ, οι ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου NREL και του Oak Ridge της ομάδας Athena παρουσίασαν ένα πλαίσιο μοντελοποίησης που ενσωματώνει κωδικοποίηση τρόπου ταξιδιού, προβολή ζήτησης και μικροπροσομοίωση για να επιτρέψει στα αεροδρόμια να αναπτύξουν, να προσομοιώσουν και να αξιολογήσουν πολιτικές διαχείρισης της κυκλοφορίας στο πεζοδρόμιο και να μετρήσουν τον αντίκτυπό τους.

«Η μετατροπή των ιδεών σε έναν οδικό χάρτη με δυνατότητα δράσης είναι τόσο διασκεδαστική», είπε. «Είναι μια τεράστια ομαδική προσπάθεια και η ομάδα είναι πραγματικά απίστευτη».

Χρησιμοποιώντας αυτό το πλαίσιο, οι ερευνητές ανέλυσαν διάφορα σενάρια κυκλοφορίας και πολιτικές για το DFW, οι οποίες περιλάμβαναν την εκτέλεση προσομοιώσεων για τη μοντελοποίηση του αντίκτυπου της πανδημίας COVID-19. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι, σε σχέση με άλλα μέτρα:

• Η αύξηση της επιβατικής κίνησης DFW αναβάλλει όσο το δυνατόν περισσότερο την ανάγκη επέκτασης στο πεζοδρόμιο του αεροδρομίου.
• Η ενθάρρυνση της κοινής κινητικότητας με μια πολιτική μόνο για λεωφορεία παράγει τη μεγαλύτερη μείωση στις καθυστερήσεις συμφόρησης στο πεζοδρόμιο.
• Ο αυτοματισμός και η ηλεκτροκίνηση για όλα τα ταξίδια επιβατικών οχημάτων προς ή από το DFW δημιουργούν τις μεγαλύτερες μειώσεις κατανάλωσης καυσίμου και εκπομπών ρύπων.
• Η ανεξέλεγκτη υιοθέτηση αυτόνομου οχήματος επιφέρει τη μεγαλύτερη αύξηση στην κατανάλωση καυσίμου, τις καθυστερήσεις και τις εκπομπές ρύπων και θα μπορούσε να απαιτήσει άμεση επέκταση της χωρητικότητας του αεροδρομίου.

Η DFW είδε άμεση αξία στη μοντελοποίηση σε βάθος και στην ανάλυση δεδομένων που πραγματοποιήθηκαν από τη Williams και την ομάδα Athena. Εμπνευσμένοι από αυτή την επιτυχία, η Williams και ο συνάδελφός της Monte Lunacek αναζήτησαν μια ευκαιρία να εφαρμόσουν και να αναπτύξουν αυτήν την κριτική γνώση.

Το βραβείο επεκτείνει τις ευκαιρίες για να μεταμορφώσει τις μεταφορές

Με την υποστήριξη του Caleb Phillips, οι Williams και Lunacek έλαβαν επιχορήγηση 75,000 $ από το Γραφείο Τεχνολογιών Οχημάτων της DOE. Το βραβείο τους επέτρεψε να αξιοποιήσουν τα διδάγματα που πήραν από την Athena για τη βελτιστοποίηση της ροής των εμπορευμάτων στα αεροδρόμια και σε άλλους κόμβους μεταφορών.

Η προσπάθεια αυτή έγινε στο πλαίσιο του Energy I-Corps — ένα εντατικό δίμηνο εκπαιδευτικό πρόγραμμα που χρηματοδοτείται από το Γραφείο Τεχνολογικών Μεταβάσεων της DOE, όπου ερευνητές εθνικών εργαστηρίων ορίζουν προτάσεις αξίας, πραγματοποιούν συνεντεύξεις ανακάλυψης πελατών και αναπτύσσουν βιώσιμες οδούς αγοράς για τις τεχνολογίες τους. Ως συμμετέχοντες στο πρόγραμμα, οι Williams και Lunacek πραγματοποίησαν 75 συνεντεύξεις για να κατανοήσουν καλύτερα πώς οι επενδύσεις σε κόμβους μεταφορών θα μπορούσαν να αλλάξουν το τοπίο της βιομηχανίας.

«Μάθαμε πολλά για το πού βρίσκεται η βιομηχανία και ποια είναι η όρεξη για τεχνολογία», είπε ο Williams. «Αυτή η επιχορήγηση μας έδωσε την ευκαιρία να κάνουμε ερωτήσεις και να κατανοήσουμε περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το τι είναι δυνατό».

Οδηγείται από το πάθος, τροφοδοτείται από ανθρώπους

Αν και υπάρχει ανάγκη για ανάλυση δεδομένων σχεδόν σε κάθε τομέα, η αποστολή του NREL ευθυγραμμίστηκε με το πάθος του Williams. Ήταν η αφοσίωσή της στη μείωση των εκπομπών και στη διατήρηση του φυσικού μας περιβάλλοντος που την οδήγησε στο NREL το 2018 για να εργαστεί στην ανάλυση και την οπτικοποίηση δεδομένων.

Αλλά είναι οι άνθρωποι στο NREL που την κρατούν εκεί.

Η Williams θαυμάζει και αντλεί έμπνευση από πολλές γυναίκες στο NREL. Προσπαθεί να ακολουθήσει το παράδειγμά τους καθώς οδηγεί μια ποικιλία έργων ανάλυσης δεδομένων. «Είχα την τύχη να δουλέψω δίπλα σε πολύ έξυπνες, δυνατές γυναίκες ηγέτες, εκτός από άντρες που ήταν τόσο χρήσιμοι όσο και ενθαρρυντικοί σε όλο μου το ταξίδι», είπε.

Καθοδηγούμενη από το πάθος και τροφοδοτούμενη από ανθρώπους, η Williams και η ομάδα ταλαντούχων επιστημόνων δεδομένων της λύνουν σύνθετα προβλήματα για να διατηρήσουν απλές απολαύσεις. Και τα δεδομένα οδηγούν το δρόμο.

Πού θα εμφανιστούν στη συνέχεια οι δυνατότητες υπολογιστικής επιστήμης του NREL στον κόσμο σας; Επισκεφθείτε το NREL's Ιστοσελίδα Υπολογιστικής Επιστήμης για τις πιο πρόσφατες πληροφορίες.

Εκτιμάτε την πρωτοτυπία της CleanTechnica; Σκεφτείτε να γίνετε Μέλος, υποστηρικτής, τεχνικός ή πρέσβης της CleanTechnica - ή ένας προστάτης Πατρέων.

Πηγή: https://cleantechnica.com/2022/01/13/nrel-scientists-dive-into-data-in-search-of-answers/