利用尖端的地下传感技术增强电网的弹性

当飓风贝里尔于7月袭击休斯顿时,它对树木和电线杆造成了严重破坏,导致200多万户家庭断电。一周后,25万德克萨斯人仍然面临着没有电力或空调的极端夏季高温,至少有三人因高温而悲惨地丧生。这场灾难凸显了休斯顿大部分地上电网的关键漏洞,引发了大量分析。休斯顿和整个美国电网脆弱的一个关键原因是依赖架空电力线而不是地下电力线。根据爱迪生电力研究所的数据,地下电力线的可靠性是架空电力线的8-10倍。

然而,美国只有不到20%的电力线被埋设,与法国(40%)、德国(70%)和荷兰(90%)等其他发达国家相比,这一比例要低得多。埋设电力线的主要障碍是成本高,可能比架空线高5-10倍。此外,目前的地下开挖方法,如挖沟,引发了安全问题,包括在安装过程中损坏其他埋地公用设施的可能性,以及可能影响当地社区安全和便利的长时间地表中断和交通绕行。这些挑战使地下工程成为一项复杂而昂贵的任务。

最近,美国能源部启动了一项名为GOPHURRS的ARPA-E计划,该计划代表电网大修,具有主动、高速的可靠性、弹性和安全性,并为11个州的12个项目拨款3400万美元,通过促进具有成本效益、高速和安全的地下技术的发展,加强美国老化的电网并使其现代化。美国能源部部长Jennifer M.Granholm在一份新闻稿中表示:

“实现我们国家电网的现代化对于建设一个清洁能源的未来至关重要,这将降低美国工薪阶层的能源成本,加强我们的国家安全。”。其中一个被选中的项目获得了330万美元的资助,是“人工智能和无人机实时高级前视地下传感器”,该项目将夏威夷Oceanit的技术专长与休斯顿大学的一级研究能力结合在一起。该团队正在努力开发一种最先进的地下传感系统,以指导安全高效的地下电力线安装。

其目的是使用无人机、电磁电阻率测井和机器学习创建一个实时、高分辨率的前视传感系统。该技术将检测钻头前方的地下障碍物,最大限度地减少对现有基础设施的损坏,并使安装过程更加顺利。“先进的地下传感和表征技术对于电力线的地下埋设至关重要,”UH电气与计算机工程副教授Jiefu Chen说,他是该项目的主要合作者。“这一举措可以增强电网对野火和飓风等自然灾害的抵御能力。”

最终目标是生产一个原型,能够在水平定向钻井或HDD期间生成近实时、高分辨率的地下图像。在UH团队中,陈专注于设计安装在无人机和HDD钻柱上的电磁天线,以及优化地下成像系统;信息科学技术助理教授黄月琴领导了在钻头之前构建精确地下图像所需的地球物理信号处理,而计算机信息系统副教授吴旭青则将机器学习整合在一起,以实现更快的建模和实时图像生成。陈说:

“如果证明是成功的,我们提出的前瞻性地下传感系统可以大大降低安装地下设施的水平定向钻井的成本。”。“推广HDD比传统挖沟方法具有环境优势,并增强了电网的弹性。”