Los científicos del NREL se sumergen en los datos en busca de respuestas

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Escape a la naturaleza. Inhala el aire de la montaña. Vislumbrar un halcón volando en el viento. Estas son las experiencias que Lindy Williams aprecia como una residente de Colorado nacida y criada.

También son las experiencias que ella está trabajando para preservar para otros como científica de datos en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL).

Con esa misión en mente, Williams se sumerge en datos y modelos para ver la vida en la Tierra de nuevas formas y lograr los avances que nuestro planeta necesita. Aplicando su experiencia en modelado y manipulación de datos para comprender mejor cómo la flora y la fauna, y las personas, pueden prosperar entre las tecnologías que están transformando la energía, Williams lucha con preguntas como:

  • ¿Cómo pueden las aves volar con seguridad alrededor de los parques eólicos?
  • ¿Cómo pueden los ingenieros lograr pronósticos más precisos de los componentes individuales de las turbinas eólicas?
  • ¿Cómo se puede preservar la calidad del aire en medio de los crecientes centros de transporte?

Lindy Williams, investigadora del Grupo de datos, análisis y visualización de NREL. Foto de Brianna Cote Fotografía

El trabajo de Williams se puede visualizar en NREL’s Centro de información — donde los modelos, creados por los colegas Rimple Sandhu y Charles Tripp, cobran vida. Con los pies firmemente plantados en el suelo y la vista puesta en un futuro de energía limpia para el mundo, Williams y otros pueden volar a través de una representación en 3D del modelo de la trayectoria de vuelo de un águila.

Las rutas a través de los parques eólicos comienzan a surgir a medida que modifica su modelo. Pero las aves no son las únicas que interactúan con los aerogeneradores. Para los humanos que operan y mantienen parques eólicos, la confiabilidad mecánica es importante. El análisis de Williams de los datos del generador y la caja de engranajes ayuda a identificar posibles debilidades de rendimiento que son imperceptibles para el ojo humano.

Se pueden encontrar ejemplos del exitoso trabajo en equipo de Williams en los documentos de la Agencia Internacional de Energía (AIE) Digitalización de la Energía Eólica Tarea 43 y su presentación en coautoría sobre análisis predictivo por fallas en los componentes de la turbina.

Cuando Williams no se enfoca en las rutas de vuelo de las aves, piensa en las rutas de energía limpia para los aviones y los centros de transporte que los conectan.

El equipo de Athena se enfoca en la congestión del aeropuerto

Si algo tiene una gran necesidad de una ruta de energía más limpia, es la red de transporte masivo interdependiente y en rápida evolución de personas y bienes en todo el mundo, que generó 8,2 gigatoneladas de dióxido de carbono en 2018, según la AIE. (Una gigatonelada equivale a 10.000 portaaviones estadounidenses completamente cargados). En 2019, el sector del transporte generó la mayor parte (29%) de las emisiones de gases de efecto invernadero en los Estados Unidos, según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.

Las habilidades de modelado y análisis de Williams, junto con su liderazgo, juegan un papel clave en el avance del trabajo de NREL en la comprensión, predicción y determinación de los impactos de varias vías de transporte limpio. Es por eso que Caleb Phillips, investigador principal del Departamento de Energía de los EE. UU. (DOE) le preguntó Atenea — un programa piloto en el Aeropuerto Internacional de Dallas-Fort Worth (DFW) destinado a identificar modelos de crecimiento sostenible para aliviar la congestión — para liderar las tareas de análisis del programa.

Se necesita más investigación cuantitativa para evaluar la congestión creada por el transporte terrestre hacia y desde los aeropuertos. A medida que las personas seleccionan más opciones de movilidad, como vehículos eléctricos y autónomos, en diversas escalas, los aeropuertos deben anticipar los cambios de comportamiento resultantes e identificar vías de crecimiento inteligente. Sin un análisis cuidadoso, estos cambios de comportamiento podrían conducir a operaciones aeroportuarias ineficientes y costosas.

En su artículo en Investigación de Transporte Parte A, Un marco de modelado para diseñar y evaluar políticas de gestión del tráfico en la acera en el Aeropuerto Internacional de Dallas-Fort Worth, los investigadores del NREL del equipo de Athena y del Laboratorio Nacional de Oak Ridge presentaron un marco de modelado que integra la codificación del modo de viaje, la proyección de la demanda y la microsimulación para permitir que los aeropuertos desarrollen, simulen y evalúen las políticas de gestión del tráfico en la acera y midan su impacto.

“Convertir ideas en una hoja de ruta procesable es muy divertido”, dijo. “Es un esfuerzo grupal masivo, y el equipo es realmente increíble”.

Usando este marco, los investigadores analizaron varios escenarios de tráfico y políticas para DFW, que incluyeron la ejecución de simulaciones para modelar el impacto de la pandemia de COVID-19. Sus resultados demostraron que, en relación con otras medidas:

  • El aumento del número de pasajeros del transporte público de DFW pospone más tiempo la necesidad de la expansión de la acera del aeropuerto.
  • Fomentar la movilidad compartida con una política de solo autobús produce la mayor reducción en los retrasos por congestión en la acera.
  • La automatización y la electrificación para todos los viajes de vehículos de pasajeros hacia o desde DFW generan las mayores reducciones de emisiones y consumo de combustible.
  • La adopción de vehículos autónomos sin control incurre en el mayor aumento en el consumo de combustible, retrasos y emisiones, y podría requerir una expansión inmediata de la capacidad del aeropuerto.

DFW vio un valor inmediato en el modelado profundo y el análisis de datos realizado por Williams y el equipo de Athena. Inspirándose en este éxito, Williams y su colega Monte Lunacek buscaron la oportunidad de aplicar y hacer crecer este conocimiento fundamental.

El premio amplía las oportunidades para transformar el transporte

Con el apoyo de Caleb Phillips, Williams y Lunacek recibieron una subvención de $75,000 de la Oficina de Tecnologías de Vehículos del DOE. El premio les permitió aprovechar las lecciones aprendidas de Athena para optimizar el flujo de mercancías en los aeropuertos y otros centros de transporte.

Este esfuerzo se llevó a cabo como parte de Cuerpo I de energía — un programa intensivo de capacitación de dos meses patrocinado por la Oficina de Transiciones Tecnológicas del DOE donde los investigadores de laboratorios nacionales definen propuestas de valor, realizan entrevistas de descubrimiento de clientes y desarrollan vías de mercado viables para sus tecnologías. Como participantes del programa, Williams y Lunacek realizaron 75 entrevistas para comprender mejor cómo las inversiones en centros de transporte podrían cambiar el panorama de la industria.

“Aprendimos mucho sobre dónde está la industria y cuál es el apetito por la tecnología”, dijo Williams. “Esta subvención nos dio la oportunidad de hacer preguntas y comprender más detalles sobre lo que es posible”.

Impulsado por la pasión, impulsado por las personas

Aunque existe la necesidad de análisis de datos en casi todos los campos, la misión de NREL se alineó con la pasión de Williams. Fue su dedicación para reducir las emisiones y preservar nuestro entorno natural lo que la llevó a NREL en 2018 para trabajar en el análisis y la visualización de datos.

Pero es la gente de NREL la que la mantiene allí.

Williams admira y se inspira en muchas de las mujeres de NREL. Se esfuerza por seguir su ejemplo mientras conduce una variedad de proyectos de análisis de datos. “He tenido la suerte de trabajar junto a líderes femeninas muy inteligentes y fuertes, además de hombres que han sido útiles y alentadores a lo largo de mi viaje”, dijo.

Impulsada por la pasión e impulsada por las personas, Williams y su equipo de talentosos científicos de datos están resolviendo problemas complejos para preservar los placeres simples. Y los datos están liderando el camino.

¿Dónde aparecerán próximamente en su mundo las capacidades de ciencia computacional de NREL? Visite los NREL sitio web de ciencia computacional para la información más reciente.

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