Resulta que Uso de Fibra Óptica Para monitoreo pueden ser sensores científicos increíblemente útiles. Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) los han estudiado para su uso en el secuestro de carbono, el mapeo de aguas subterráneas, la detección de terremotos y el monitoreo del deshielo del permafrost ártico.
Ahora se les han otorgado nuevas subvenciones para desarrollar fibra óptica para dos usos novedosos: Uso de Fibra Óptica Para monitoreo de operaciones eólicas en alta mar y almacenamiento subterráneo de gas natural.
«Un cable de fibra tiene un núcleo de vidrio que le permite enviar una señal óptica a la velocidad de la luz; cuando haya vibraciones, tensiones o cambios en la temperatura del material que se está monitoreando, esa información será transportada en la señal de luz que se dispersa «, dijo el científico de Berkeley Lab, Yuxin Wu, quien lidera ambos proyectos.
La Comisión de Energía de California otorgó a Berkeley Lab $ 2 millones para el proyecto eólico marino y $ 1.5 millones para el proyecto de gas natural. Ambos proyectos están en colaboración con UC Berkeley, y para el proyecto de gas natural, Berkeley Lab también colaborará con PG&E, Schlumberger y C-FER Technologies (una compañía canadiense), para llevar a cabo las pruebas del Uso de Fibra Óptica Para monitoreo.
Con el Uso de Fibra Óptica Para monitoreo se pueden detectar Desde fallas en la caja de cambios hasta movimientos de ballenas jorobadas
Europa está a la vanguardia del desarrollo eólico marino. Otras partes del mundo solo se encuentran en las primeras etapas de comercialización, pero está creciendo rápidamente, incluso en los EE. UU., Donde el Departamento de Energía (DOE) ha estado apoyando el desarrollo de la tecnología del Uso de Fibra Óptica Para monitoreo. Los recursos eólicos marinos en los EE. UU. Son abundantes y tienen el potencial de proporcionar casi el doble de la cantidad total de electricidad generada actualmente en los EE. UU., Según un informe del DOE de 2016.
Una de las ventajas de la energía eólica marina para los EE. UU. Es que el recurso está cerca de densas poblaciones costeras. Por lo tanto, la transmisión de energía es un desafío menor en comparación con otras fuentes de energía renovables, como los parques eólicos y solares en tierra, que generalmente se encuentran más lejos de los centros de población debido a la disponibilidad y el costo de los bienes inmuebles.
Frente a la costa de California, el suelo oceánico cae abruptamente, lo que hace que las turbinas eólicas flotantes, que están atadas al fondo del océano por cadenas de amarre, a diferencia de las turbinas eólicas offshore convencionales de «fondo fijo», son la única opción viable. Pero esta tecnología enfrenta varios obstáculos, incluyendo cómo hacer el mantenimiento y las operaciones en instalaciones remotas en el océano económicamente y cómo monitorear si los peligros como terremotos o condiciones climáticas extremas interrumpen las operaciones.
Aquí es donde entra el Uso de Fibra Óptica Para monitoreo
«Uno de los componentes más caros de una turbina eólica es la caja de cambios; también tienden a ser la parte más vulnerable a fallas», dijo Wu, quien también es jefe del Departamento de Geofísica de Berkeley Lab. «A menudo, antes de que fallen, producen vibraciones anormales o calor excesivo debido a una fricción aumentada o irregular. Tenemos la intención aplicar el Uso de Fibra Óptica Para monitoreo para controlar la señal vibratoria, de tensión y de temperatura de la caja de engranajes, a fin de determinar dónde están ocurriendo los problemas».
Envolver los cables de fibra óptica alrededor de toda la caja de cambios puede proporcionar un mapa 3D de cambios con resolución a escala milimétrica. » este uso de Fibra Óptica Para monitoreo Podría ayudar a identificar problemas con la caja de cambios en una etapa temprana, lo que desencadenaría un manejo de emergencia, antes de una falla catastrófica que causa la pérdida de toda la turbina», dijo Wu.
Además, Wu dijo que el proyecto tiene la intención de explorar cómo el Uso de Fibra Óptica Para monitoreo se pueden usar para detectar la actividad de los mamíferos marinos. La sensibilidad de la señal de fibra podría permitir la diferenciación entre, digamos, olas rompientes y una manada de ballenas nadando.
«El desarrollo ambientalmente sostenible de la energía eólica marina es crítico», dijo. «Con un gran parque eólico en alta mar, habría muchas de estas líneas de amarre que aseguran las estructuras de la turbina al fondo del océano. Si una ballena jorobada nada, ¿cuáles son los impactos de estas líneas de amarre en sus actividades? ¿Generarán las ballenas vibraciones únicas? ¿Qué señales pueden ser captadas con el Uso de Fibra Óptica Para monitoreo? Si podemos rastrear las señales de una ballena nadando, nos permitirá evaluar si la turbina eólica marina impacta a los mamíferos marinos y de qué manera.
Wu agregó que está buscando aprender más sobre las ballenas y otros mamíferos marinos de los biólogos marinos y también está buscando un socio para colaborar para probar los sensores en el océano.
Hacer reservorios de gas subterráneos más seguros
Del mismo modo, Wu y sus socios de investigación esperan aplicar el Uso de Fibra Óptica Para monitoreo los pozos de los depósitos subterráneos de almacenamiento de gas natural. El pozo se utiliza para inyectar y extraer gas de grandes depósitos subterráneos de almacenamiento. Como cualquier tubería, estas perforaciones se degradan y corroen con el tiempo. Se concluyó que la fuga masiva de gas en Aliso Canyon en 2016, en la que miles de familias tuvieron que evacuar sus hogares, fue causada por daños por corrosión del pozo.
Por lo tanto, la integridad del pozo es de suma importancia para el almacenamiento seguro de gas natural en el subsuelo. Actualmente se monitorea principalmente utilizando herramientas que son intrusivas, caras e incapaces de proporcionar datos frecuentes en tiempo real. «Es difícil predecir la trayectoria de degradación del pozo con los escasos datos generados por los métodos tradicionales. Tener conjuntos de datos de mayor frecuencia que cubran todo el pozo es clave para proporcionar una alerta temprana de posibles fallas», dijo Wu.
En el nuevo proyecto financiado por CEC, Berkeley Lab trabajará con UC Berkeley, PG&E, Schlumberger y C-FER para probar un nuevo conjunto de tecnologías para monitoreo autónomo en tiempo real utilizando dos métodos, uno basado en tensión distribuida, vibración y detección de temperatura en cables de fibra óptica y otros utilizando reflectometría de onda electromagnética.
EM-TDR (o reflectometría de dominio de tiempo electromagnético) es similar a la tecnología de fibra óptica, excepto que utiliza ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda en lugar de luz visible (también una onda electromagnética pero a una longitud de onda muy corta) como señales. «EM-TDR envía ondas electromagnéticas a un material conductivo electrónicamente, y cuando hay un cambio debido a daños, como la corrosión, recibes una señal EM que puede ayudarte a identificar la corrosión u otras degradaciones», dijo Wu.
Y debido a que el pozo está hecho de acero, que es eléctricamente conductor, no será necesario instalar ningún equipo de fondo de pozo. Por lo tanto, EM-TDR es muy fácil de implementar y puede usarse en muchas circunstancias que impiden el uso de otros tipos de sensores. Por otro lado, EM-TDR sigue siendo una tecnología de etapa temprana; Este nuevo proyecto permitirá más pruebas y desarrollo.
Tanto para los proyectos eólicos marinos como para el gas natural, el desafío científico, dijo Wu, es optimizar el diseño y la sensibilidad de la tecnología y desarrollar tecnologías informáticas de vanguardia en tiempo real. «Además de utilizar sistemas comerciales, nuestro equipo está desarrollando nuevos interrogadores de fibra que nos permitirán no solo obtener los datos en bruto originales, sino también jugar con la física para diseñar mejor un sistema que pueda darnos la señal más sensible que queremos, «Además, desarrollaremos métodos de cómputo de borde basados en aprendizaje automático para convertir los datos sin procesar en inteligencia procesable rápidamente. Esta es la clave para el monitoreo en tiempo real».
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