Τίτλος Έργου Ελληνικά: Αξιολόγηση εξ αποστάσεως και σε πραγματικό χρόνο της λειτουργικότητας πολυμερικών μονωτήρων υπαίθριων εγκαταστάσεων υψηλής τάσης
Τίτλος Έργου Αγγλικά: Remote LIBS for real-time field assessment of the operational characteristics of polymeric insulators on high voltage power transmission lines
Ακρωνύμιο: PoweR-LIBS
Κωδικός έργου: Τ2ΕΔΚ-02717 (ΜIS 5131360)
Πλαίσιο Χρηματοδότησης:
Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο της Δράσης ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ – ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ και συγχρηματοδοτείται από το Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης (ΕΤΠΑ) της Ευρωπαϊκής Ένωσης και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ)
Ε.Υ. Έργου: ΚΟΥΔΟΥΜΑΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ
Σύντομη Περιγραφή:
Το έργο PoweR-LIBS στοχεύει στην ανάπτυξη καινοτόμου διαγνωστικής διαδικασίας για την ταχεία, εξ αποστάσεως και σε πραγματικό χρόνο αξιολόγηση της λειτουργικής κατάστασης συνθετικών μονωτήρων σε υπαίθριες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης. Η διαδικασία βασίζεται στην τεχνική της φασματοσκοπίας πλάσματος λέιζερ (LIBS – Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) η οποία επιτρέπει το φυσικοχημικό χαρακτηρισμό της επιφάνειας συνθετικών μονωτήρων και συσχέτιση με τη λειτουργική τους κατάσταση.
Στο πλαίσιο της προτεινόμενης έρευνας σχεδιάζεται η κατασκευή ολοκληρωμένου συστήματος που θα υλοποιεί, με βάση προηγμένη τεχνολογία εξ αποστάσεως ανάλυσης (remote sensing), την εφαρμογή της τεχνικής LIBS στο πεδίο (Remote-LIBS η R-LIBS) για το χαρακτηρισμό συνθετικών μονωτήρων χωρίς να απαιτείται απομάκρυνση αυτών από τις γραμμές μεταφοράς. Παράλληλα, θα αναπτυχθούν κατάλληλα υπολογιστικά εργαλεία, βασιζόμενα στη χρήση προηγμένων αλγορίθμων μηχανικής μάθησης και νευρωνικών δικτύων, για την επεξεργασία και αποτίμηση των φασματικών δεδομένων LIBS ώστε να επιτυγχάνεται αξιόπιστη κατηγοριοποίηση των μονωτήρων ως προς τα φυσικά, λειτουργικά χαρακτηριστικά τους. Η διαγνωστική διαδικασία περιλαμβάνει τη χρήση τηλεκατευθυνόμενου μη επανδρωμένου ιπταμένου οχήματος (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) με σκοπό την οπτική επιθεώρηση των μονωτήρων για τον ακριβέστερο προσδιορισμό, στην επιφάνεια του κάθε μονωτήρα, της κατάλληλης περιοχής ανάλυσης με το σύστημα R-LIBS.
Η προτεινόμενη ερευνητική συνεργασία αναμένεται να οδηγήσει στην παραγωγή πολυεπίπεδης καινοτομίας. Αφενός στους συμμετέχοντες ερευνητικούς φορείς (ΙΤΕ, ΕΛΜΕΠΑ, Π. ΠΑΤΡΩΝ) μέσω της ανάπτυξης τεχνογνωσίας που αφορά την εφαρμογή προηγμένων διαγνωστικών τεχνικών και εργαλείων και αφετέρου στις εταιρείες σε σχέση με το σχεδιασμό και την παραγωγή πρωτοποριακών διαγνωστικών συστημάτων (RAYMETRICS, LAMDA) αλλά και τη χρήση αυτών για την εισαγωγή νέων μεθόδων διαγνωστικής στα δίκτυα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.
Στοχοι:
Κεντρικό στόχο του προτεινόμενου έργου αποτελεί η ανάπτυξη την τεχνική της φασματοσκοπίας πλάσματος λέιζερ (LIBS – Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) που θα επιτρέπει την ταχεία, εξ αποστάσεως και σε πραγματικό χρόνο αξιολόγηση της φυσικής και λειτουργικής κατάστασης συνθετικών μονωτήρων, τύπου SIR (Silicone Rubber), που χρησιμοποιούνται ευρέως σε υπαίθριες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης.
Με αφετηρία αποτελέσματα προηγούμενης ερευνητικής συνεργασίας (μεταξύ ΔΕΔΔΗΕ, ΕΛΜΕΠΑ, ΙΤΕ) η παρούσα σύμπραξη στοχεύει στην ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης διαγνωστικής διαδικασίας (Εικ. 1) που στηρίζεται:
α) στο σχεδιασμό και κατασκευή ολοκληρωμένου συστήματος Remote-LIBS (R-LIBS), για χρήση στο πεδίο, με βάση προηγμένη τεχνολογία εξ αποστάσεως ανάλυσης (remote sensing) για το χαρακτηρισμό συνθετικών μονωτήρων χωρίς να απαιτείται απομάκρυνση αυτών από τις γραμμές μεταφοράς.
β) στη χρήση προηγμένων αλγορίθμων μηχανικής μάθησης και νευρωνικών δικτύων με σκοπό την ανάπτυξη ισχυρών εργαλείων για την επεξεργασία και αποτίμηση των φασματικών δεδομένων LIBS ώστε να επιτυγχάνεται αξιόπιστη κατηγοριοποίηση των μονωτήρων ως προς τα φυσικά, λειτουργικά χαρακτηριστικά τους,
γ) στη χρήση τηλεκατευθυνόμενου μη επανδρωμένου ιπταμένου οχήματος (UAV/drone) με σκοπό την ασφαλή προσέγγιση των μονωτήρων και οπτική επιθεώρηση αυτών για τον ακριβέστερο προσδιορισμό, στην επιφάνεια του κάθε μονωτήρα, της κατάλληλης περιοχής ανάλυσης με το σύστημα R-LIBS (και συμπληρωματικά για τη διερεύνηση της συλλογής φασματικής πληροφορίας από το πλάσμα).
Αναμενόμενα Αποτελέσματα:
Τα αναμενόμενα αποτελέσματα αφορούν:
(α) Επιστημονική/τεχνολογική πρόοδο σε περιοχές σχετικές με:
– μελέτη ιδιοτήτων πολυμερικών μονωτήρων και συμπεριφοράς αυτών ως προς χρόνο και χρήση,
– νέες προσεγγίσεις στην αξιολόγηση μονωτικών υλικών στα συστήματα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας,
– επέκταση εφαρμογών καινοτόμων οπτικών διαγνωστικών τεχνικών
– εφαρμογή σύγχρονων τεχνικών για υποστήριξη διαδικασιών μετρήσεων και ελέγχου
– χρήση μοντέλων τεχνητής εκμάθησης, στατιστικών μοντέλων και νευρωνικών δικτύων στην πρόβλεψη της λειτουργικής κατάστασης υλικών και συστημάτων.
Με βάση την γνώση αυτή, οι συμμετέχοντες φορείς θα αποκτήσουν σημαντική επιστημονική γνώση και τεχνογνωσία σχετική με καινοτόμες διαγνωστικές τεχνικές με στόχο την πρωτοπορία σε μία αξιόλογη τεχνολογία προς την κατεύθυνση της υποστήριξης των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας ενώ παράλληλα θα αποκτήσουν τη δυνατότητα να προσεγγίσουν αποδοτικότερα την ανάπτυξη ενός νέου εμπορικού προϊόντος σχετικού με την εξ αποστάσεως και σε πραγματικό χρόνο αξιολόγηση της λειτουργικότητας πολυμερικών μονωτήρων υπαίθριων εγκαταστάσεων υψηλής τάσης. Επιπροσθέτως, θα ενισχύσουν τη δυνατότητα συμμετοχής τους σε ανταγωνιστικά Ευρωπαϊκά προγράμματα με θεματικές προτεραιότητες τα καινοτόμα σύνθετα υλικά, τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας ή τις διαγνωστικές τεχνικές.
Αντίστοιχα, σε σχέση με νέες τεχνολογικές εφαρμογές, τα αποτελέσματα του έργου θα δώσουν μεγάλες προοπτικές όχι μόνο όσον αφορά συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας αλλά και σε ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών, όπου απαιτείται εξ αποστάσεως αξιολόγηση και σε πραγματικό χρόνο της λειτουργικότητας υλικών και διατάξεων ή της ανίχνευσης τοξικών ρύπων. Τέλος, σε σχέση με νέες αναδυόμενες τεχνολογίες, η ανάπτυξη νέων διαγνωστικών τεχνικών αποτελεί μια εξελισσόμενη προσέγγιση με πολλές προοπτικές στο μέλλον .
(β) Καινοτόμα προϊόντα. Το προτεινόμενο ολοκληρωμένο διαγνωστικό σύστημα θα αποτελέσει ένα ενδιάμεσο προϊόν, το οποίο θα μπορεί να αξιοποιηθεί άμεσα παραγωγικά. Και τούτο διότι, θα αποτελεί πρωτοπορία για την ελληνική βιομηχανία που ασχολείται με οπτικές διαγνωστικές τεχνικές αλλά και τον ίδιο τον ΔΕΔΔΗΕ, ο οποίος ως χρήστης της τεχνολογίας έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει στην τελική αξιολόγηση του προϊόντος ενώ αποτελεί και μια χρήσιμη διασύνδεση με αντίστοιχες επιχειρήσεις ανά τον κόσμο. Επομένως, το ερευνητικό αποτέλεσμα του έργου μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της ανταγωνιστικότητας των Ελληνικών εταιρειών και τη διείσδυσή τους στη διεθνή αγορά. Αυτό παράλληλα μπορεί να οδηγήσει τις εταιρείες σε νέα αναπτυξιακή πολιτική προς την κατεύθυνση της χρήσης της καινοτομίας με ταυτόχρονη αύξηση των δυνατοτήτων τους για περαιτέρω ανάπτυξη.
Σήμερα, αναφορικά με την υπάρχουσα τεχνολογία και αγορά συστημάτων LIBS (όπως αυτό που θα αναπτυχθεί, κατασκευαστεί και δοκιμαστεί), δεν υπάρχει καμία εμπορική εταιρεία που να κατασκευάζει ολοκληρωμένα συστήματα R-LIBS έτοιμα προς πώληση. Οι μόνες προσπάθειες αφορούν την ανάπτυξη και εφαρμογή συστημάτων από ερευνητικές ομάδες οι οποίες υπολείπονται σε φορητότητα καθώς και έλεγχο λειτουργίας για μεγάλο χρονικό διάστημα (συστηματικές μετρήσεις) και υπό διαφορετικές συνθήκες περιβάλλοντος. Η ζήτηση τέτοιων φορητών συστημάτων καταγράφεται αυξητική λόγω των προφανών ευκολιών που προσφέρει η μέθοδος σε σχέση με την υπάρχουσα πρακτική. Αυτή τη δυναμική μπορεί να εκμεταλλευτεί η RAYMETRICS και μαζί με τη συνδρομή των συνεργαζόμενων ερευνητικών ομάδων να αποτελέσει την πρώτη εταιρεία που θα αναπτύξει ένα εμπορικό σύστημα για εφαρμογές R-LIBS.