Pametni gradovi budućnosti

Uvođenje „pametnih komponenti” u spoljne instalacije vodovoda

1 Uvod

Pametni grad je urbana sredina koja koristi različite vrste elektronskih senzora za prikupljanje informacija potrebnih za upravljanje imovinom i resursima. Tu spadaju podaci prikupljeni od građana, uređaja i imovine koji se zatim obrađuju i analiziraju za praćenje i upravljanje saobraćajem i transportom, energetikom, vodovodnom i kanalizacionom infrastrukturom, policijom, informacionim sistemima, školama, bolnicama i drugo.

Koncept pametnog grada spaja informacionu i komunikacionu tehnologiju i razne fizičke uređaje povezane u mreži kako bi se optimizovala efektivnost gradskih usluga, pratili trendovi razvoja i ulagalo u inovacije pojedinih sistema. Ovaj pristup vodi poboljšanju kvaliteta i smanjenju troškova života. Pametne aplikacije omogućuju praćenje parametara online i reagovanje u realnom vremenu.

Velike demografske (porast broja stanovništva i starenje populacije), tehnološke, ekonomske i ekološke promene izazvale su interesovanje za pametne gradove, što uključuje i klimatske promene, restruktuiranje ekonomije, prelazak na online maloprodaju i pritiske na smanjenje javnih finansija. Evropska unija (EU) uložila je mnogo napora za osmišljavanje strategije za postizanje „pametnog” urbanog rasta za svoja šira gradska područja i ulaže u razvoj ICT (informacione i komunikacijske tehnologije) usluge u cilju poboljšanja javnih usluga i kvaliteta života. Arupova procena je da će globalno tržište „pametnih gradova” iznositi 400 milijardi dolara godišnje do 2020. godine. Primeri implementacije tehnologije pametnih gradova su Dubai, Sauthempton, Amsterdam, Barselona, Madrid, Stokholm.
U Republici Srbiji gradovi poput Novog Sada, Pančeva i Beograda su počeli sa razvojem i ulaganjima u koncept „pametnog grada”.

1.1 Uopšten koncept „pametnih vodovoda i kanalizacije”
Kontinualno praćenje tehnoloških parametara je princip koji se sve više primenjuje u raznim sferama industrije i urbanog okruženja, i na kome se zasniva koncept „pametnih gradova”. Vodovodna mreža je njihov integralni deo sa pitkom vodom kao strateškim resursom. Povećanje stepena urbanizacije prouzrokuje potrebu za online kontrolom, obradom i čuvanjem podataka, a razvoj u sferi digitalizacije nam to omogućuje.

//Koncept SWAN (Smart Water Network) uključuje identifikovanje curenja na mreži i kod krajnjih korisnika, dobijanje zavisnosti između pojedinih elemenata tečenja (kao što su proticaj, pritisak, kvalitet vode…), omogućava detekciju loma, praćenje kvaliteta u realnom vremenu, online kontrolu potrošnje, uspostavljanje potrošačkih obrazaca i korišćenje prognoznih analitičkih metoda za regulisanje snabdevanja i podešavanje alarma za predviđanje i sprečavanje anomalija i havarija.//

2 „Pametna vodovodna mreža” (Smart Water Network)

2.1 Funkcija uvođenja „pametnih komponenti“ u vodovodnu mrežu
Smart Water Netvork (SWAN) je vodovodna industrija i ona je ekvivalentna energetskoj industriji Smart Grid gde su umrežene vodovodne kompanije koje pokušavaju da odrede kako će nove SWAN tehnologije pomoći u održavanju ili poboljšati nivo usluga i profitabilnosti postojećih stopa naplate vode i kako se podaci, merenja performansi i integrisanje sistema mogu usmeriti na upravljanje vodom i dovesti u vezu sa podsticanjem produktivnosti poslovanja.

Zajednički izazov za vodosnabdevanje je održavanje i pobo- ljšanje usluga i profitabilnosti nivoa postojećih stopa naplate vode. Smanjenje stvarnih (fizičkih) i očiglednih komercijalnih gubitaka vode je ključno pitanje. Većina komunalnih preduzeća beleži značajne gubitke vode.

Prvi problem sa kojim se susrećemo u komunalnom sektoru jeste da ne postoje podaci o gubicima, a i ako postoje nema potrebnih alata i softvera za njihovu obradu. Postavlja se i pitanje kako uskladiti projektovane uslove sa stvarnim stanjem na terenu.

Danas je moguće vršiti „pametna merenja” („Smart Metering”) i poboljšati efikasnost vodosnabdevanja. Prikupljeni podaci se koriste za pružanje vizualizacije mreže u realnom vremenu. 

Status i racionalizacija funkcija poslovne inteligencije (BI-Business intelligence) omogućavaju korisnicima i zainteresovanim stranama da donose bolje odluke kao rezultat solidnog izveštavanja i nedvosmislenog planiranja. U SWAN okruženju, softver koji analizira signale u realnom vremenu iz nadređenog kontrolnog sistema zajedno sa sistemom za prikupljanje podataka (SCADA-Supervisory Control And Data Acquisiton – dispečersko upravljanje i prikupljanje podataka) mogu ukazivati na prisutnost i približnu lokaciju curenja u distributivnom sistemu. Mrežna simulacija i povezivanje sa softverom za upravljanje omogućuje efikasne komunikacije sa ekipama na terenu i kupcima, smanjuje broj popravki, omogućuje uslugu korisnicima i čini potrošače zadovoljnim. Sistemi za kontrolu pritiska koriste kontrolni softver koji deluje u realnom vremenu.

// Hidraulički modeli povezuju softver za analizu i druge informacione tehnologije (IT-Information Techology) čiji alati podržavaju „zameniti ili popraviti” odluke a programi imaju aplikaciju za procenu stanja i upravljanje mrežnim resursima. //

Upravljanje podacima (MDM-Master Data Management), spojeno sa naprednom metričkom infrastrukturom / auto- matsko čitanje vodomera (AMI-Advanced Metering Infrastructure / AMR-Automatic Meter Reading) sistemi [4], pomoć u identifikaciji gubitaka nastalih usled neispravnih brojila ili grešaka u ručnoj obradi izmerenih i očitanih podataka-KPI-i (Key Performance Indicators) koji proističu iz takvih sistema, omogućavaju korisnicima da analiziraju industrijske performanse i druge interne podatke, pomažući da se identifikuju oblasti koje treba poboljšati obezbeđujući konzistentnu komunikaciju sa svim zainteresovanim stranama.

2.1.1 Elementi pametne vodovodne mreže
Pametne vodovodne mreže donose profit javnim preduzećima gde su one već implementirane u osnovnoj infrastrukturi. Prostor SWAN predstavlja upotrebu informacione tehno- logije za optimizaciju imovine komunalnog preduzeća. Implementacijom ove tehnologije, „glupa” infrastuktura (bez podataka), koju čine fizički elementi mreže kao što su cevi, pumpe, rezervoari i ventili, postaje inteligentna kroz primenu senzora za prikupljanje podataka i softvera za pomoć u tumačenju podataka što pokreće određene info- rmacione korake koji poboljšavaju efikasnost poslovanja.

Tri ključna elementa „pametnih vodovodnih mreža“ su:
• Informacije: potpuno iskorišćavanje svih podataka koje generiše vodovod
• Integracija: korišćenje trenutnih informacionih sistema za maksimiziranje prethodnih investicija
• Inovacije: dizajniranje sistema dovoljno fleksibilnog da odgovori na buduće izazove

SWAN nije samo pojedinačni sistem koji optimizuje efikasnost mreže, već i sredstvo za povezivanje više sistema radi deljenja podataka platforme.

SWAN tehnologije poboljšavaju efikasnost, dugovečnost i pouzdanost osnovne fizičke vodovodne mreže kroz bolje merenje, prikupljanje i analizu podataka preuzimajući određene reakcije za širok spektar događaja u mreži.

„Pametna“ vodovodna mreža nam omogućava:
• Praćenje u realnom vremenu, automatizaciju i optimizaciju složenih operativnih procesa
• Deljenje baze podataka i sinhronizaciju, izbegavajući neefikasno dupliranje informacija i greške
• Vizuelizaciju informacija koje dolaze iz različitih sistema u jedinstvenoj i standardizovanoj platformi, kao što je geografski informacioni sistem (GIS)
• Impementaciju poslovne inteligencije, kao što su KPI, benchmarking, izveštaji, generisanje i planiranje

Praćenje podataka u realnom vremenu unapređuje održavanje mreže jer sistem automatski generiše informacije u toku događaja. Na primer, kada postoji neispravan deo opreme ili kada cevi propuštaju vodu, rukovodioci komunalnih usluga mogu odmah poslati ekipu na tačnu lokaciju incidenta sa tačnim informacijama o toj vrsti opreme. Korišćenje naprednog GIS sistema za odlazak osoblja na preciznu lokaciju incidenta smanjuje troškove popravke. „Smart Water Network” nije samo pojedinačni sistem, već sistem više elemenata i povezivanje više sistema za razmenu prikupljenih podataka sa različitim platformama.

Pametne vodene mreže utiču na efikasnost kontrole troškova, tako što je interval reakcije na incident koji se dogodio i reagovanje na problem fiksan, čime se smanjuje rizik i troškovi koji se odnose na taj događaj. 

Pored poboljšanja vremena reakcije na problem, dokazano je da je povezivanje podataka u realnom vremenu sa terena ključno za izgradnju tačnih hidrauličkih modela koje radnici komunalnih službi koriste da uporede planirano i projektovano stanje sa onim što se zapravo dešava u mreži. Izvođe- njem online simulacija, korisnici imaju vrlo moćan alat koji im omogućava da uspostave tačnu bazu podataka kako bi se procenila operativna efikasnost njihove mreže.

2.1.2 Menadžment gubitaka u vodovodnoj mreži (Water loss management)

Neprofitabilni menaždment vodom (NRW-Non-revenue water) može imati koristi od SWAN aplikacije jer to uključuje različita odeljenja komunalnih i multidisciplinarnih timova.

SWAN podržava efikasno upravljanje gubicima vode:
• Implementacija softvera koji obavlja određene zadatke, kao što je automatsko otkrivanje curenja
• Uvođenje novih tehnologija u tradicionalno ručno izvršene aktivnosti: na primer, mobilna GIS rešenja koja podržavaju operacije u toku upravljanja
• Integrisanje sistema za informacije sa dodatnom vrednosti: na primer, povezivanje SCADA sistema i hidrauličkog modela za detekciju curenja ili neispravne opreme za merenje
• Smanjivanje nepravilnosti u merenjima pomoću naprednog upravljanja vodomerima, što se integriše u korisnički informacioni sistem (CIS-Customer Information System) i određeni softver za određivanje optimalnog broja merenja i veličinu vodomera
• Eliminisanje grešaka pri upravljanju podacima putem automatske implementacije metričnog čitanja (AMR), napredne metričke infrastrukture (AMI) i podataka sa merača (MDM) .

SWAN adresira četiri aspekata NRW-a: aktivna kontrola curenja, popravke cevi, upravljanje pritiskom i upravljanje imovinom. Aktivna kontrola curenja podrazumeva sisteme za otkrivanje curenja (LDS), poznate i kao računarski monitoring pritiska (CPR-Computer Pressure Monitoring). To su specifični softverski alati koji analiziraju signale u realnom vremenu iz SCADA sistema. Oni omogućavaju operateru da proceni prisutnost i približnu lokaciju curenja u različitim područjima vodne mreže.

Podaci o brzini vode u realnom vremenu su povezani sa mrežnom analizom-otkrivanje curenja vode. Čak i korisnici sa niskim gubicima vode mogu imati koristi od pametne vodovodne mreže, pošto se troškovi održavanja gubitka vode svode na minimum i mogu znatno premašiti cenu efikasnog aktivnog sistema za kontrolu curenja. Sistem za menadžment gubitaka (OMS-Outage Management System) korišćenjem geodata baze podataka povezan sa drugim sistemima preduzeća – kao što su CIS, SCADA sistem, sistem za upravljanje računarskim održavanjem (CMMS- Computerized Maintenance Management System) i hidrau- ličkim modelom – obezbeđuje naprednije, sveobuhvatno rešenje za upravljanje popravkama na cevnoj mreži. Ovaj integrisani pristup olakšava komunikaciju i operacije na terenu kako bi se efikasno upravljalo resursima i minimizirale neugodnosti za kupce. Efikasno upravljanje pritiscima u mreži obično upoređuje podatke o instalaciji opreme i uređaja – npr. ventili za smanjenje pritiska i pumpe promenljive brzine – sa njihovim odgovarajućim podacima iz kontrolnog softvera. Napredne mrežne operacije karakterišu dinamička podešavanja ventila i rasporeda pumpi na osnovu varijabilne potražnje vode. U slučaju nestanka vode, GIS sistem pomaže operaterima u identifikovanju položaja ventila i detekciji procurivanja koja mogu biti uzrok nestanka vode i koja ometaju regularnu uslugu.

// Kada je reč o upravljanju imovinom, većina komunalnih preduzeća opterećena je primenom zastarelih imovinsko- finansijskih prava i često se suočava sa dilemom „zameni ili popravi”. Hidraulički modeli, GIS, CMMS,i drugi tehnološki alati pokazali su se efikasnim u podržavanju odluka koje uključuju prediktivno i korektivno održavanje. // 

Ovo omogućava operaterima da naprave odluke o tome gde i kada treba preduzeti ove akcije, štedeći vreme i novac u procesu.

Vodoprivreda podstiče komunalna preduzeća da implementiraju KPI da bi identifikovali oblasti poboljšanja, da definišu realne ciljeve, projektuju akcione planove i poboljšaju praćenje tokom vremena. Vlada, zakonodavci i regulativa po pitanju zaštite životne sredine postavljaju stroge smernice za procurivanje.

Objavljivanje izveštaja i KPI o gubicima vode je sada obaveza u mnogim zemljama širom sveta. Međutim, generisanje i tumačenje KPI postaje dosadan i radno intenzivan proces kada zahteva pristup podacima čuvanim u odvojenim sistemima. SWAN tehnologija može automatizovati ove procese i pruža tačne i pouzdane podatke koji omogućavaju efikasnu kompilaciju KPI-a.

2.1.3 Online Monitoring kvaliteta vode
Kontinualno praćenje kvaliteta pitke vode direktno na cevi u vodovodoj mreži je sastavni deo pametnih gradova budućnosti. Loš kvalitet vode je opasnost po javno zdravlje. Posledice diskontinualnog praćenja su dug period reakcije na eventualne akcidente bez pravog saznanja o poreklu zagađenja. Ručno uzorkovanje i laboratorijski testovi zahtevaju puno vremena, osoblja, reagenasa, transportne troškove i organizaciju, što povećava troškove. Rešenje je sistem za online menadžment kvaliteta pitke vode, sa senzorima, generisanjem podataka i njihovim prikupljanjem, analizom rezultata, alarmnim sistemom i istraživanjem događaja.

Online monitoring kvaliteta ima brojne prednosti kao što su dobijanje informacija o kvalitetu vode u realnom vremenu, na svim delovima mreže, sa trenutnim registrovanjem poremećaja i kratkim vremenom reakcije, alarmnim siste- mima, bazom podataka sa istorijom događaja, novim saznanjim o zavisnosti pojednih parametara, implementacijom „pametnih kompenenti” u vodovodne sisteme, smanjenjem troškova kontrole kvaliteta, olakšano praćenje, i kao krajnji produkt – kvalitetniju vodu za piće uz veću sigurnost i poverenje korisnika.

Za razliku od dosadašnje prakse, ovim konceptom se predlaže praćenje kvaliteta pitke vode direktno na cevi na pojedinim izabranim tačkama u distributivnoj mreži u svakom vremenskom trenutku, za razliku od diskontualnog odabira na slavini potrošača ili online praćenja tehnološkog procesa. Napredni modeli poslovanja nude ceo sistem sa njegovim održavanjem („leasing” sistema) i kontinualnom nadogradnjom softvera prema zahtevima korisnika kao i povećanjem broja mernih tačaka i proširenjem opsega mernih parametara.

S obzirom na raznolikost vodovodnih sistema u pojedinim naseljima nameće se rešenje da treba nuditi sistem za kontinualno praćenje parametara kvaliteta vode, ne samo njegove pojedine komponente, odnosno, da treba za svaku vodovodnu mrežu isprojektovati online monitoring kvaliteta vode, prema uslovima i podacima sa terena. Strateški je bitno odrediti tzv. indikatorske parametre, koji nam ukazuju na to da nešto sa kvalitetom nije u redu. Ovakav sistem kontrole ne isključuje laboratorijske analize niti u ovoj fazi razvoja može da ih zameni, ali u realnom vremenu ukazuje na simptome da se kvalitet vode menja i u kom smeru, i na neophodnost laboratorijske provere kvaliteta u tom trenutku i na tom mestu.

3 Zaključak

Primena principa kružne ekonomije u oblasti vodosnabdevanja i kanalisanja neminovno vodi ka inovativnim „pametnim” rešenjima, koja u uslovima ubrzane urbanizacije i potrage za alternativnim izvorima vode i energije postaju neminovnost. Krajnji cilj svakog vodovodnog sistema je da isporuči korisniku kvalitetnu vodu u potrebnoj količini i po što nižoj ceni, sa minimalnim utroškom energetskih resursa i uz maksimalnu redukciju zagađenja životne sredine.

// Pronalaženje ovakvih rešenja podrazumeva korišćenje velikog broja podataka, multidisciplinarnu i višekriterijumsku analizu prilikom donošenja odluka i to u svim fazama razvoja sistema vodovoda i kanalizacije. Benefiti ovakvog pristupa su merljivi sa aspekta ukupnog utroška energije, resursa i sirovina. Ali ne samo toga, već i zadovoljstva korisnika i menadžera uključenih u „pametnu” proizvodnju pitke vode. // 

Autor teksta: Denisa Đorđević, dipl.inž.građ. „PIPELIFE SERBIA”