Pametni gradovi buduÄnosti

UvoÄenje āpametnih komponentiā u spoljne instalacije vodovoda
1 Uvod
Pametni grad je urbana sredina koja koristi razliÄite vrste elektronskih senzora za prikupljanje informacija potrebnih za upravljanje imovinom i resursima. Tu spadaju podaci prikupljeni od graÄana, ureÄaja i imovine koji se zatim obraÄuju i analiziraju za praÄenje i upravljanje saobraÄajem i transportom, energetikom, vodovodnom i kanalizacionom infrastrukturom, policijom, informacionim sistemima, Å”kolama, bolnicama i drugo.
Koncept pametnog grada spaja informacionu i komunikacionu tehnologiju i razne fiziÄke ureÄaje povezane u mreži kako bi se optimizovala efektivnost gradskih usluga, pratili trendovi razvoja i ulagalo u inovacije pojedinih sistema. Ovaj pristup vodi poboljÅ”anju kvaliteta i smanjenju troÅ”kova života. Pametne aplikacije omoguÄuju praÄenje parametara online i reagovanje u realnom vremenu.
Velike demografske, tehnoloŔke, ekonomske i ekoloŔke promene izazvale su interesovanje za pametne gradove
Velike demografske (porast broja stanovniÅ”tva i starenje populacije), tehnoloÅ”ke, ekonomske i ekoloÅ”ke promene izazvale su interesovanje za pametne gradove, Å”to ukljuÄuje i klimatske promene, restruktuiranje ekonomije, prelazak na online maloprodaju i pritiske na smanjenje javnih finansija. Evropska unija (EU) uložila je mnogo napora za osmiÅ”ljavanje strategije za postizanje āpametnogā urbanog rasta za svoja Å”ira gradska podruÄja i ulaže u razvoj ICT (informacione i komunikacijske tehnologije) usluge u cilju poboljÅ”anja javnih usluga i kvaliteta života. Arupova procena je da Äe globalno tržiÅ”te āpametnih gradovaā iznositi 400 milijardi dolara godiÅ”nje do 2020. godine. Primeri implementacije tehnologije pametnih gradova su Dubai, Sauthempton, Amsterdam, Barselona, Madrid, Stokholm.
U Republici Srbiji gradovi poput Novog Sada, PanÄeva i Beograda su poÄeli sa razvojem i ulaganjima u koncept āpametnog gradaā.
1.1 UopÅ”ten koncept āpametnih vodovoda i kanalizacijeā
Kontinualno praÄenje tehnoloÅ”kih parametara je princip koji se sve viÅ”e primenjuje u raznim sferama industrije i urbanog okruženja, i na kome se zasniva koncept āpametnih gradovaā. Vodovodna mreža je njihov integralni deo sa pitkom vodom kao strateÅ”kim resursom. PoveÄanje stepena urbanizacije prouzrokuje potrebu za online kontrolom, obradom i Äuvanjem podataka, a razvoj u sferi digitalizacije nam to omoguÄuje.
//Koncept SWAN (Smart Water Network) ukljuÄuje identifikovanje curenja na mreži i kod krajnjih korisnika, dobijanje zavisnosti izmeÄu pojedinih elemenata teÄenja (kao Å”to su proticaj, pritisak, kvalitet vode…), omoguÄava detekciju loma, praÄenje kvaliteta u realnom vremenu, online kontrolu potroÅ”nje, uspostavljanje potroÅ”aÄkih obrazaca i koriÅ”Äenje prognoznih analitiÄkih metoda za regulisanje snabdevanja i podeÅ”avanje alarma za predviÄanje i spreÄavanje anomalija i havarija.//
2 āPametna vodovodna mrežaā (Smart Water Network)
2.1 Funkcija uvoÄenja āpametnih komponentiā u vodovodnu mrežu
Smart Water Netvork (SWAN) je vodovodna industrija i ona je ekvivalentna energetskoj industriji Smart Grid gde su umrežene vodovodne kompanije koje pokuÅ”avaju da odrede kako Äe nove SWAN tehnologije pomoÄi u održavanju ili poboljÅ”ati nivo usluga i profitabilnosti postojeÄih 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.
ZajedniÄki izazov za vodosnabdevanje je održavanje i pobo- ljÅ”anje usluga i profitabilnosti nivoa postojeÄih stopa naplate vode. Smanjenje stvarnih (fiziÄkih) i oÄiglednih komercijalnih gubitaka vode je kljuÄno pitanje. VeÄina komunalnih preduzeÄa beleži znaÄajne gubitke vode.
Prvi problem sa kojim se susreÄemo 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 moguÄe vrÅ”iti āpametna merenjaā (āSmart Meteringā) i poboljÅ”ati efikasnost vodosnabdevanja. Prikupljeni podaci se koriste za pružanje vizualizacije mreže u realnom vremenu.Ā
Status i racionalizacija funkcija poslovne inteligencije (BI-Business intelligence) omoguÄavaju korisnicima i zainteresovanim stranama da donose bolje odluke kao rezultat solidnog izveÅ”tavanja i nedvosmislenog planiranja. U SWAN okruženju, softver koji analizira signale u realnom vremenu iz nadreÄenog kontrolnog sistema zajedno sa sistemom za prikupljanje podataka (SCADA-Supervisory Control And Data Acquisiton ā dispeÄersko upravljanje i prikupljanje podataka) mogu ukazivati na prisutnost i približnu lokaciju curenja u distributivnom sistemu. Mrežna simulacija i povezivanje sa softverom za upravljanje omoguÄuje efikasne komunikacije sa ekipama na terenu i kupcima, smanjuje broj popravki, omoguÄuje uslugu korisnicima i Äini potroÅ”aÄe zadovoljnim. Sistemi za kontrolu pritiska koriste kontrolni softver koji deluje u realnom vremenu.
// HidrauliÄki modeli povezuju softver za analizu i druge informacione tehnologije (IT-Information Techology) Äiji alati podržavaju āzameniti ili popravitiā odluke a programi imaju aplikaciju za procenu stanja i upravljanje mrežnim resursima. //
Upravljanje podacima (MDM-Master Data Management), spojeno sa naprednom metriÄkom infrastrukturom / auto- matsko Äitanje vodomera (AMI-Advanced Metering Infrastructure / AMR-Automatic Meter Reading) sistemi [4], pomoÄ u identifikaciji gubitaka nastalih usled neispravnih brojila ili greÅ”aka u ruÄnoj obradi izmerenih i oÄitanih podataka-KPI-i (Key Performance Indicators) koji proistiÄu iz takvih sistema, omoguÄavaju korisnicima da analiziraju industrijske performanse i druge interne podatke, pomažuÄi da se identifikuju oblasti koje treba poboljÅ”ati obezbeÄujuÄi konzistentnu komunikaciju sa svim zainteresovanim stranama.
2.1.1 Elementi pametne vodovodne mreže
Pametne vodovodne mreže donose profit javnim preduzeÄima gde su one veÄ implementirane u osnovnoj infrastrukturi. Prostor SWAN predstavlja upotrebu informacione tehno- logije za optimizaciju imovine komunalnog preduzeÄa. Implementacijom ove tehnologije, āglupaā infrastuktura (bez podataka), koju Äine fiziÄki elementi mreže kao Å”to su cevi, pumpe, rezervoari i ventili, postaje inteligentna kroz primenu senzora za prikupljanje podataka i softvera za pomoÄ u tumaÄenju podataka Å”to pokreÄe odreÄene info- rmacione korake koji poboljÅ”avaju efikasnost poslovanja.
Tri kljuÄna elementa āpametnih vodovodnih mreža“ su:
⢠Informacije: potpuno iskoriÅ”Äavanje svih podataka koje generiÅ”e vodovod
⢠Integracija: koriÅ”Äenje trenutnih informacionih sistema za maksimiziranje prethodnih investicija
⢠Inovacije: dizajniranje sistema dovoljno fleksibilnog da odgovori na buduÄe izazove
SWAN nije samo pojedinaÄni sistem koji optimizuje efikasnost mreže, veÄ i sredstvo za povezivanje viÅ”e sistema radi deljenja podataka platforme.
SWAN tehnologije poboljÅ”avaju efikasnost, dugoveÄnost i pouzdanost osnovne fiziÄke vodovodne mreže kroz bolje merenje, prikupljanje i analizu podataka preuzimajuÄi odreÄene reakcije za Å”irok spektar dogaÄaja u mreži.
āPametnaā vodovodna mreža nam omoguÄava:
⢠PraÄenje u realnom vremenu, automatizaciju i optimizaciju složenih operativnih procesa
⢠Deljenje baze podataka i sinhronizaciju, izbegavajuÄi neefikasno dupliranje informacija i greÅ”ke
⢠Vizuelizaciju informacija koje dolaze iz razliÄitih sistema u jedinstvenoj i standardizovanoj platformi, kao Å”to je geografski informacioni sistem (GIS)
⢠Impementaciju poslovne inteligencije, kao Ŕto su KPI, benchmarking, izveŔtaji, generisanje i planiranje
PraÄenje podataka u realnom vremenu unapreÄuje održavanje mreže jer sistem automatski generiÅ”e informacije u toku dogaÄaja. Na primer, kada postoji neispravan deo opreme ili kada cevi propuÅ”taju vodu, rukovodioci komunalnih usluga mogu odmah poslati ekipu na taÄnu lokaciju incidenta sa taÄnim informacijama o toj vrsti opreme. KoriÅ”Äenje naprednog GIS sistema za odlazak osoblja na preciznu lokaciju incidenta smanjuje troÅ”kove popravke. āSmart Water Networkā nije samo pojedinaÄni sistem, veÄ sistem viÅ”e elemenata i povezivanje viÅ”e sistema za razmenu prikupljenih podataka sa razliÄitim platformama.
Pametne vodene mreže utiÄu na efikasnost kontrole troÅ”kova, tako Å”to je interval reakcije na incident koji se dogodio i reagovanje na problem fiksan, Äime se smanjuje rizik i troÅ”kovi koji se odnose na taj dogaÄaj.Ā
Pored poboljÅ”anja vremena reakcije na problem, dokazano je da je povezivanje podataka u realnom vremenu sa terena kljuÄno za izgradnju taÄnih hidrauliÄkih modela koje radnici komunalnih službi koriste da uporede planirano i projektovano stanje sa onim Å”to se zapravo deÅ”ava u mreži. IzvoÄe- njem online simulacija, korisnici imaju vrlo moÄan alat koji im omoguÄava da uspostave taÄnu 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 ukljuÄuje razliÄita odeljenja komunalnih i multidisciplinarnih timova.
SWAN podržava efikasno upravljanje gubicima vode:
⢠Implementacija softvera koji obavlja odreÄene zadatke, kao Å”to je automatsko otkrivanje curenja
⢠UvoÄenje novih tehnologija u tradicionalno ruÄno izvrÅ”ene aktivnosti: na primer, mobilna GIS reÅ”enja koja podržavaju operacije u toku upravljanja
⢠Integrisanje sistema za informacije sa dodatnom vrednosti: na primer, povezivanje SCADA sistema i hidrauliÄkog modela za detekciju curenja ili neispravne opreme za merenje
⢠Smanjivanje nepravilnosti u merenjima pomoÄu naprednog upravljanja vodomerima, Å”to se integriÅ”e u korisniÄki informacioni sistem (CIS-Customer Information System) i odreÄeni softver za odreÄivanje optimalnog broja merenja i veliÄinu vodomera
⢠Eliminisanje greÅ”aka pri upravljanju podacima putem automatske implementacije metriÄnog Äitanja (AMR), napredne metriÄke infrastrukture (AMI) i podataka sa meraÄa (MDM) .
SWAN adresira Äetiri 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 raÄunarski monitoring pritiska (CPR-Computer Pressure Monitoring). To su specifiÄni softverski alati koji analiziraju signale u realnom vremenu iz SCADA sistema. Oni omoguÄavaju operateru da proceni prisutnost i približnu lokaciju curenja u razliÄitim podruÄjima vodne mreže.
Podaci o brzini vode u realnom vremenu su povezani sa mrežnom analizom-otkrivanje curenja vode. Äak i korisnici sa niskim gubicima vode mogu imati koristi od pametne vodovodne mreže, poÅ”to se troÅ”kovi održavanja gubitka vode svode na minimum i mogu znatno premaÅ”iti cenu efikasnog aktivnog sistema za kontrolu curenja. Sistem za menadžment gubitaka (OMS-Outage Management System) koriÅ”Äenjem geodata baze podataka povezan sa drugim sistemima preduzeÄa – kao Å”to su CIS, SCADA sistem, sistem za upravljanje raÄunarskim održavanjem (CMMS- Computerized Maintenance Management System) i hidrau- liÄkim modelom – obezbeÄuje naprednije, sveobuhvatno reÅ”enje za upravljanje popravkama na cevnoj mreži. Ovaj integrisani pristup olakÅ”ava komunikaciju i operacije na terenu kako bi se efikasno upravljalo resursima i minimizirale neugodnosti za kupce. Efikasno upravljanje pritiscima u mreži obiÄno uporeÄuje podatke o instalaciji opreme i ureÄaja – npr. ventili za smanjenje pritiska i pumpe promenljive brzine ā sa njihovim odgovarajuÄim podacima iz kontrolnog softvera. Napredne mrežne operacije karakteriÅ”u dinamiÄka podeÅ”avanja ventila i rasporeda pumpi na osnovu varijabilne potražnje vode. U sluÄaju 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 reÄ o upravljanju imovinom, veÄina komunalnih preduzeÄa optereÄena je primenom zastarelih imovinsko- finansijskih prava i Äesto se suoÄava sa dilemom āzameni ili popraviā. HidrauliÄki modeli, GIS, CMMS,i drugi tehnoloÅ”ki alati pokazali su se efikasnim u podržavanju odluka koje ukljuÄuju prediktivno i korektivno održavanje. //Ā
Ovo omoguÄava operaterima da naprave odluke o tome gde i kada treba preduzeti ove akcije, Å”tedeÄi vreme i novac u procesu.
Vodoprivreda podstiÄe komunalna preduzeÄa da implementiraju KPI da bi identifikovali oblasti poboljÅ”anja, da definiÅ”u realne ciljeve, projektuju akcione planove i poboljÅ”aju praÄenje tokom vremena. Vlada, zakonodavci i regulativa po pitanju zaÅ”tite životne sredine postavljaju stroge smernice za procurivanje.
Objavljivanje izveÅ”taja i KPI o gubicima vode je sada obaveza u mnogim zemljama Å”irom sveta. MeÄutim, generisanje i tumaÄenje KPI postaje dosadan i radno intenzivan proces kada zahteva pristup podacima Äuvanim u odvojenim sistemima. SWAN tehnologija može automatizovati ove procese i pruža taÄne i pouzdane podatke koji omoguÄavaju efikasnu kompilaciju KPI-a.
2.1.3 Online Monitoring kvaliteta vode
Kontinualno praÄenje kvaliteta pitke vode direktno na cevi u vodovodoj mreži je sastavni deo pametnih gradova buduÄnosti. LoÅ” kvalitet vode je opasnost po javno zdravlje. Posledice diskontinualnog praÄenja su dug period reakcije na eventualne akcidente bez pravog saznanja o poreklu zagaÄenja. RuÄno uzorkovanje i laboratorijski testovi zahtevaju puno vremena, osoblja, reagenasa, transportne troÅ”kove i organizaciju, Å”to poveÄava troÅ”kove. ReÅ”enje je sistem za online menadžment kvaliteta pitke vode, sa senzorima, generisanjem podataka i njihovim prikupljanjem, analizom rezultata, alarmnim sistemom i istraživanjem dogaÄaja.
Online monitoring kvaliteta ima brojne prednosti kao Å”to su dobijanje informacija o kvalitetu vode u realnom vremenu, na svim delovima mreže, sa trenutnim registrovanjem poremeÄaja i kratkim vremenom reakcije, alarmnim siste- mima, bazom podataka sa istorijom dogaÄaja, novim saznanjim o zavisnosti pojednih parametara, implementacijom āpametnih kompenentiā u vodovodne sisteme, smanjenjem troÅ”kova kontrole kvaliteta, olakÅ”ano praÄenje, i kao krajnji produkt – kvalitetniju vodu za piÄe uz veÄu sigurnost i poverenje korisnika.
Za razliku od dosadaÅ”nje prakse, ovim konceptom se predlaže praÄenje kvaliteta pitke vode direktno na cevi na pojedinim izabranim taÄkama u distributivnoj mreži u svakom vremenskom trenutku, za razliku od diskontualnog odabira na slavini potroÅ”aÄa ili online praÄenja tehnoloÅ”kog procesa. Napredni modeli poslovanja nude ceo sistem sa njegovim održavanjem (āleasingā sistema) i kontinualnom nadogradnjom softvera prema zahtevima korisnika kao i poveÄanjem broja mernih taÄaka i proÅ”irenjem opsega mernih parametara.
S obzirom na raznolikost vodovodnih sistema u pojedinim naseljima nameÄe se reÅ”enje da treba nuditi sistem za kontinualno praÄenje 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. StrateÅ”ki je bitno odrediti tzv. indikatorske parametre, koji nam ukazuju na to da neÅ”to sa kvalitetom nije u redu. Ovakav sistem kontrole ne iskljuÄuje 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 ZakljuÄak
Primena principa kružne ekonomije u oblasti vodosnabdevanja i kanalisanja neminovno vodi ka inovativnim āpametnimā reÅ”enjima, koja u uslovima ubrzane urbanizacije i potrage za alternativnim izvorima vode i energije postaju neminovnost. Krajnji cilj svakog vodovodnog sistema je da isporuÄi korisniku kvalitetnu vodu u potrebnoj koliÄini i po Å”to nižoj ceni, sa minimalnim utroÅ”kom energetskih resursa i uz maksimalnu redukciju zagaÄenja životne sredine.
// Pronalaženje ovakvih reÅ”enja podrazumeva koriÅ”Äenje velikog broja podataka, multidisciplinarnu i viÅ”ekriterijumsku analizu prilikom donoÅ”enja odluka i to u svim fazama razvoja sistema vodovoda i kanalizacije. Benefiti ovakvog pristupa su merljivi sa aspekta ukupnog utroÅ”ka energije, resursa i sirovina. Ali ne samo toga, veÄ i zadovoljstva korisnika i menadžera ukljuÄenih u āpametnuā proizvodnju pitke vode. //Ā
Autor teksta: Denisa ÄorÄeviÄ, dipl.inž.graÄ. āPIPELIFE SERBIAā