Время было выбрано как нельзя более удачно. Поскольку более четверти домов в США уже полностью электрифицированы, а количество солнечных установок в течение следующих пяти лет увеличится втрое, понимание уязвимостей стало критически важным для планирования чрезвычайных ситуаций и обеспечения общественной безопасности.

"Мы стремимся к электрификации для борьбы с изменением климата, но мы также должны понимать связанные с этим риски", - говорит профессор Стивенса Филип Одонкор, возглавлявший исследовательский проект. "Итак, что происходит с этими солнечными и электрическими домами, когда отключается электричество?"

Летняя сила, зимняя хандра

Одонкор вместе с недавними выпускниками и летними стипендиатами AI Эндрю Майовичем, M.Eng. '24 и Четаном Попли, M.S. '24, решили ответить на этот вопрос.

В новом исследовании, опубликованном в Journal of Smart Cities and Society, они исследуют будущее электрифицированных американских домов, используя искусственный интеллект и анализируя данные Министерства энергетики (DOE) о запасах зданий.

Команда глубоко изучила энергетические характеристики 129 000 домов на одну семью в восьми штатах. Их цель? Раскройте скрытые энергетические "сигнатуры", которые отличают полностью электрифицированные дома - те, которые питаются исключительно от электричества, - от тех, которые используют сочетание источников энергии.

Однако на этом они не остановились. Для выявленных домов со смешанным энергопотреблением команда также работала над тем, чтобы точно определить, какие приборы перешли на электрическую энергию, а какие нет.

После обработки и анализа набора данных команда Odonkor обнаружила, что энергетические характеристики домов были не только различимы, но и давали критическое представление об устойчивости отдельных домов.

Дома, работающие на солнечных батареях, например, продемонстрировали впечатляющую устойчивость во время летней жары. Однако они оказались удивительно уязвимыми во время зимних штормов; фактически, полностью электрифицированные дома были почти в три раза более уязвимы к зимним отключениям по сравнению с теми, которые получают энергию из смешанных источников энергии.

"Подумайте о Техасе в 2021 году, когда миллионы людей остались без электричества во время зимнего шторма", - объясняет Одонкор. "Поскольку все больше домов становятся полностью электрическими, нам нужно подготовиться к таким сценариям". "Солнечные панели помогают летом, но они не могут удовлетворить интенсивные потребности в отоплении, которые возникают во время зимних отключений электроэнергии".

Новые методы информирования при планировании и реагировании

Исследование было новаторским не только из-за своих результатов; оно было примечательно только инновационными методами на базе искусственного интеллекта, которые использовались для проведения анализа.

Команда Odonkor разработала новые модели машинного обучения, способные идентифицировать энергетические системы отдельного дома и уязвимые места с точностью более 95%, используя только его модели энергопотребления. Новый подход позволяет коммунальным службам и службам экстренного реагирования точно определять домохозяйства, подверженные риску, по целым районам без необходимости проведения инвазивных обследований или инспекций.

"До сих пор нам фактически приходилось ходить от двери к двери, чтобы определить, полностью ли электрифицирован дом", - отмечает Одонкор. "Теперь мы можем автоматически определять наиболее уязвимые дома, сохраняя при этом неприкосновенность частной жизни людей". "Это изменит способ нашей подготовки к экстремальным погодным условиям и реагирования на них, что позволит принимать более быстрые и целенаправленные меры, когда это необходимо больше всего".

Потенциальные преимущества исследования выходят за рамки расширения прав и возможностей отдельных домовладельцев. Поскольку города работают над повышением устойчивости к изменению климата, эти новые инструменты могли бы помочь подразделениям местных служб экстренной помощи расставить приоритеты в реагировании на перебои в работе. Это также могло бы помочь градостроителям в долгосрочном развитии более жизнеспособного жилого фонда и микрорайонов.

Это ключевой момент, потому что сообщества по всей стране борются с одним-двумя повреждениями стареющих электросетей, подверженных более частым эпизодам суровых погодных условий.

Поскольку мы все чаще переходим на дома с электроприводом, чтобы справиться с изменением климата, выводы команды служат предупреждением о том, что нам потребуется внедрять стратегии, которые защитят уязвимые домохозяйства, работающие на солнечной энергии и электричестве, во время зимних чрезвычайных ситуаций.

"Путь к устойчивым городам заключается не только в том, чтобы стать экологичными; речь идет о том, чтобы оставаться жизнестойкими", - подчеркивает он. "Поскольку мы формируем будущее городского жилья, понимание уязвимостей - это не просто роскошь, это необходимо для обеспечения безопасности сообществ".