Волоконно-оптические кабели могут быть полезными научными датчиками. Исследователи из Национальной лаборатории Беркли исследовали их свойства для использования в связывании углерода, картировании грунтовых вод, обнаружении землетрясений и мониторинге таяния вечной мерзлоты в Арктике.
Сегодня основное внимание уделяется разработке волоконной оптики и особенностям прокладки ВОЛС для двух новых применений — мониторинг морских ветровых операций и подземное хранение природного газа.
Оптоволоконный кабель имеет стеклянный сердечник, который позволяет отправлять оптический сигнал со скоростью света. При возникновении любых вибраций, деформаций, напряжений или изменений температуры контролируемого материала эта информация будет передаваться в световом сигнале, который рассеивается возвратно.
Развитие альтернативной энергетики
Калифорнийская энергетическая комиссия предоставила Berkeley Lab 2 миллиона долларов на проект строительства ветровой электростанции и 1,5 миллиона долларов на проект по добыче природного газа.
В США, Министерство энергетики (DOE) оказывает поддержку развитию альтернативной энергетики. Морских ветровых ресурсов в США много, и они могут обеспечить почти вдвое больше общего количества электроэнергии, производимой в настоящее время.
У побережья Калифорнии дно океана резко обрывается, делая плавающие ветряные турбины единственно приемлемым вариантом. Но эта технология сталкивается с несколькими препятствиями — экономически невыгодно проводить техническое обслуживание и эксплуатацию удаленных установок в океане и отслеживать опасности, землетрясения или экстремальные погодные условия.
Альтернативное применение оптоволоконных кабелей
Одним из самых дорогих компонентов ветровой турбины является коробка передач. Этот узел турбины также подвержен частым поломкам, которые в идеале, надо предусмотреть заранее. В этом случае придет на помощь оптоволокно.
Если в работе коробки передач ветровой турбины наблюдаются сбои и нарушения, то они создают аномальные вибрации или чрезмерное тепло в процессе трения. Можно использовать оптоволоконные кабели для контроля вибрационного, деформационного и температурного сигналов коробки передач, чтобы точно определить, где возникают проблемы.
Обмотка оптоволоконных кабелей вокруг всей коробки передач может обеспечить трехмерную карту изменений с разрешением в миллиметровом масштабе.
Такой мониторинг помогает выявить проблемы с коробкой передач на ранней стадии, что позволяет своевременно перевести турбину в режим аварийного управления до катастрофического сбоя, приводящего к потере всей турбины.
Обеспечение безопасности подземных газовых резервуаров
Проводятся исследования по использованию оптоволоконных кабелей для контроля скважин подземных резервуаров хранения природного газа.
Скважина используется для закачки и отбора газа из огромных подземных резервуаров. Как и любая труба, скважины со временем разрушаются и подвержены процессам коррозии. Установлено, что массовая утечка газа в каньоне Алисо в 2016 году, когда тысячи семей вынуждены были покинуть свои дома, была вызвана коррозионным повреждением скважины.
Целостность скважины имеет первостепенное значение для безопасного хранения природного газа. Сейчас мониторинг осуществляется с помощью сложного, дорогостоящего оборудования, неспособного анализировать состояние скважины в режиме реального времени.
Трудно предсказать траекторию деградации ствола скважины с разреженными данными, полученными традиционными методами. Наличие высокочастотных наборов данных, охватывающих всю скважину, является ключевым для обеспечения раннего предупреждения потенциальных разрушений.
В новом проекте Berkeley Lab предполагается протестировать новый набор технологий для автономного мониторинга в реальном времени с использованием двух методов, один из которых основан на распределенной деформации, вибрации и измерение температуры в волоконно-оптических кабелях и других с использованием электромагнитной волны рефлектометрии.