Flucht in die Natur. Atme die Bergluft ein. Erblicken Sie einen Falken, der im Wind kittet. Dies sind die Erfahrungen, die Lindy Williams als geborene und aufgewachsene Coloradanin schätzt.
Es sind auch die Erfahrungen, die sie als Datenwissenschaftlerin am National Renewable Energy Laboratory (NREL) für andere bewahren will.
Mit dieser Mission im Hinterkopf vertieft sich Williams in Daten und Modelle, um das Leben auf der Erde auf neue Weise zu sehen und die Durchbrüche zu erzielen, die unser Planet braucht. Mit ihrer Modellierungsexpertise und der Manipulation von Daten, um besser zu verstehen, wie Flora und Fauna – und Menschen – unter den Technologien, die die Energie umwandeln, gedeihen können, ringt Williams mit Fragen wie:
- Wie können Vögel Windparks sicher umfliegen?
- Wie können Ingenieure genauere Prognosen einzelner Windkraftanlagenkomponenten erzielen?
- Wie kann die Luftqualität inmitten wachsender Verkehrsknotenpunkte erhalten werden?
Lindy Williams, Forscherin in der Data, Analysis, and Visualization Group am NREL. Foto von Brianna Cote Photography
Williams’ Arbeit kann in NREL’s visualisiert werden Insight Center — wo Modelle, die von den Kollegen Rimple Sandhu und Charles Tripp entworfen wurden, lebendig werden. Mit ihren Füßen fest auf dem Boden und dem Blick auf eine saubere Energiezukunft für die Welt können Williams und andere durch ein 3D-Rendering des Modells der Flugbahn eines Adlers schweben.
Routen durch Windparks tauchen auf, während sie ihr Modell optimiert. Aber nicht nur Vögel interagieren mit Windkraftanlagen. Für die Menschen, die Windparks betreiben und warten, ist mechanische Zuverlässigkeit wichtig. Williams’ Analyse von Generator- und Getriebedaten hilft dabei, potenzielle Leistungsschwächen zu identifizieren, die für das menschliche Auge nicht erkennbar sind.
Beispiele für Williams’ erfolgreiche Teamarbeit finden sich in der International Energy Agency (IEA) Digitalisierung der Windenergie Aufgabe 43 und ihre gemeinsam verfasste Präsentation zu prädiktive Analytik für Ausfälle von Turbinenkomponenten.
Wenn Williams sich nicht auf Flugrouten für Vögel konzentriert, denkt sie über saubere Energiepfade für Flugzeuge nach – und die Transportzentren, die sie verbinden.
Athena-Team nimmt Flughafenüberlastung ins Visier
Wenn etwas einen saubereren Energiepfad dringend benötigt, dann ist es das interdependente und sich schnell entwickelnde Massenverkehrsnetz von Menschen und Gütern weltweit – das erzeugte 8,2 Gigatonnen von Kohlendioxid im Jahr 2018, so die IEA. (Eine Gigaton entspricht 10.000 vollbeladenen US-Flugzeugträgern.) 2019 erwirtschaftete der Transportsektor den größten Anteil (29%) der Treibhausgasemissionen in den Vereinigten Staaten, so die US-Umweltschutzbehörde.
Williams’ Modellierungs- und Analysefähigkeiten spielen zusammen mit ihrer Führungsrolle eine Schlüsselrolle bei der Weiterentwicklung der Arbeit von NREL beim Verstehen, Vorhersagen und Bestimmen der Auswirkungen verschiedener sauberer Transportwege. Aus diesem Grund wurde sie von Caleb Phillips, dem leitenden Ermittler des US-Energieministeriums (DOE) gefragt. Athena — ein Pilotprogramm am Dallas-Fort Worth International Airport (DFW), das darauf abzielt, nachhaltige Wachstumsmodelle zur Verringerung von Staus zu identifizieren — um die Analyseaufgaben für das Programm zu leiten.
Weitere quantitative Untersuchungen sind erforderlich, um die durch den Bodentransport zu und von Flughäfen verursachten Überlastungen zu bewerten. Da mehr Mobilitätsoptionen – wie Elektro- und autonome Fahrzeuge – von Einzelpersonen in verschiedenen Größenordnungen ausgewählt werden, müssen Flughäfen die daraus resultierenden Verhaltensänderungen antizipieren und intelligente Wachstumspfade identifizieren. Ohne sorgfältige Analyse könnten diese Verhaltensänderungen zu einem ineffizienten und kostspieligen Flughafenbetrieb führen.
In ihrem Artikel in Verkehrsforschung Teil A, Ein Modellierungsrahmen für die Gestaltung und Bewertung von Richtlinien für das Verkehrsmanagement am Straßenrand am internationalen Flughafen Dallas-Fort Worth, präsentierten die NREL- und Oak Ridge National Laboratory-Forscher des Athena-Teams einen Modellierungsrahmen, der Reisemoduskodierung, Nachfrageprojektion und Mikrosimulation integriert, um es Flughäfen zu ermöglichen, Richtlinien für das Verkehrsmanagement am Straßenrand zu entwickeln, zu simulieren und zu bewerten und deren Auswirkungen zu messen.
„Es macht so viel Spaß, Ideen in eine umsetzbare Roadmap zu verwandeln“, sagte sie. “Es ist eine gewaltige Gruppenleistung und das Team ist wirklich unglaublich.”
Unter Verwendung dieses Rahmens analysierten die Forscher mehrere Verkehrsszenarien und -richtlinien für DFW, einschließlich laufender Simulationen, um die Auswirkungen der COVID-19-Pandemie zu modellieren. Ihre Ergebnisse zeigten, dass im Vergleich zu anderen Maßnahmen:
- Die steigende Zahl der Fahrgäste im DFW-Transit verzögert die Notwendigkeit einer Erweiterung des Flughafens am Straßenrand am längsten.
- Die Förderung der gemeinsamen Mobilität mit einer Nur-Bus-Politik führt zu der größten Reduzierung der Stauverzögerungen am Straßenrand.
- Automatisierung und Elektrifizierung aller Pkw-Fahrten zum oder vom DFW führen zu den größten Verbrauchs- und Emissionsreduzierungen.
- Die unkontrollierte Einführung autonomer Fahrzeuge führt zu dem höchsten Anstieg des Kraftstoffverbrauchs, der Verspätungen und der Emissionen und könnte eine sofortige Erweiterung der Flughafenkapazitäten erfordern.
DFW sah unmittelbaren Wert in der tiefgreifenden Modellierung und Datenanalyse, die von Williams und dem Athena-Team durchgeführt wurde. Inspiriert von diesem Erfolg suchten Williams und ihr Kollege Monte Lunacek nach einer Gelegenheit, dieses wichtige Wissen anzuwenden und zu erweitern.
Auszeichnung erweitert Möglichkeiten zur Transformation des Transportwesens
Mit Unterstützung von Caleb Phillips erhielten Williams und Lunacek einen Zuschuss von 75.000 US-Dollar vom Vehicle Technologies Office des DOE. Die Auszeichnung ermöglichte es ihnen, die aus Athena gewonnenen Erkenntnisse zu nutzen, um den Warenfluss an Flughäfen und anderen Verkehrsknotenpunkten zu optimieren.
Diese Anstrengung fand im Rahmen von Energie I-Korps — ein intensives zweimonatiges Schulungsprogramm, das vom Office of Technology Transitions des DOE gesponsert wird, bei dem nationale Laborforscher Wertversprechen definieren, Kundeninterviews durchführen und tragfähige Marktpfade für ihre Technologien entwickeln. Als Teilnehmer des Programms führten Williams und Lunacek 75 Interviews, um besser zu verstehen, wie Investitionen in Verkehrsknotenpunkte die Landschaft der Branche verändern könnten.
„Wir haben viel darüber gelernt, wo die Branche steht und wie hoch der Appetit auf Technologie ist“, sagte Williams. „Dieses Stipendium gab uns die Möglichkeit, Fragen zu stellen und mehr Details zu den Möglichkeiten zu erfahren.“
Von Leidenschaft angetrieben, von Menschen angetrieben
Obwohl in fast jedem Bereich Bedarf an Datenanalysen besteht, stimmte die Mission von NREL mit Williams’ Leidenschaft überein. Ihr Engagement für die Reduzierung von Emissionen und den Erhalt unserer natürlichen Umwelt führte sie 2018 zu NREL, um an Datenanalyse und -visualisierung zu arbeiten.
Aber es sind die Leute bei NREL, die sie dort halten.
Williams bewundert und lässt sich von vielen der Frauen bei NREL inspirieren. Sie ist bestrebt, ihrem Beispiel zu folgen, während sie eine Vielzahl von Datenanalyseprojekten vorantreibt. „Ich hatte das Glück, mit sehr klugen, starken weiblichen Führungskräften zusammenzuarbeiten, zusätzlich zu Männern, die während meiner gesamten Reise sowohl hilfreich als auch ermutigend waren“, sagte sie.
Angetrieben von Leidenschaft und angetrieben von Menschen, lösen Williams und ihr Team talentierter Datenwissenschaftler komplexe Probleme, um einfache Freuden zu bewahren. Und Daten sind wegweisend.
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