Connect with us

Budućnost

Uvođenje „pametnih komponenti” u instalacije kanalizacije „pametnih gradova budućnosti”

Avatar

Objavljeno

:

pametni gradovi

1. UVOD

Koncept pametnih gradova budućnosti omogućuje prikupljanje, prenos, obradu i analiziranje podataka o vodovodnoj i kanalizacionoj mreži putem informativnih i komunikacijskih tehnologija. U okviru strategije razvoja pametnih gradova potrebno je osmisliti i isprojektovati mrežu „pametnih elemenata” na instalacijama vodovoda i kanalizacije koji bi pomoću određenih senzora prikupljali potrebne podatke o protoku, kvalitetu, brzini, pritisku i ostalim potrebnim komponentama pitke, tehnološke i otpadne vode. Ovakav pristup je neophodan zbog povećanog stepena urbanizacije u čijim uslovima će obezbediti poboljšanje kvaliteta života. Radom su obrađena merna mesta (njihov broj i lokacija), vrste podataka koji su potrebni (tipovi senzora), potencijalni korisnici, kao i konstrukcija i instalacioni uslovi pametnih elemenata. Opisani su benefiti ovog pristupa i interakcija sa ostalim sistemima pametnih gradova.

1.1 Vodovod i kanalizacija u pametnim gradovima

Industrija vode i otpadnih voda, kao i mnoge druge, trenutno prolazi kroz proces transformacije korišćenjem ICT-a i stvaranjem podataka u realnom vremenu. Cilj je povećanje operativne i menadžerske efikasnosti, smanjenje troškova i emisije ugljenika, kao i povećanje energetske efikasnosti i smanjenja zagađenja kroz pametno online merenje ključnih parametara vode.

U Evropi postoji 3,500,000 km mreža distributivne vodovodne mreže (EUREAU, 2009). Vodoprivredna preduzeća suočavaju se sa brojnim izazovima. U narednih 10 – 30 godina moraju biti rehabilitovani veliki delovi mreža za distribuciju vode što zahteva hitne intervencije i optimizaciju ovih investicija. U mnogim zemljama postoji potreba za poboljšanjem kvaliteta vode a često evropska direktiva o pitkoj vodi nije ispunjena u pogledu mikrobioloških i hemijskih parametara, što predstavlja pretnju ljudskom zdravlju.

Na kraju, treba efikasnije koristiti resurse za proizvodnju i distribuciju vode. Većinom distributivnih vodovodnih mreža se ne upravlja aktivno u realnom vremenu, nego se koristi reaktivan pristup proizvodnji, upravlja se pritiscima u crpnim stanicama po unapred zadatim grafikonima, kvalitet vode proverava uzorkovanjem, a reaguje se na osnovu rezultata laboratorijskih analiza, žalbi kupaca i signala zdravstvenih ustanova ovlašćenih za kontrolu kvaliteta.

Kontinuirana merenja nisu uobičajna praksa, optimizacija je nemoguća bez njih i zbog toga se gube ogromni resursi:

  • curenje i gubici vode (gubici vode u rasponu od 5 – 50% ukupne proizvedene vode, izvor EU);
  • ekonomično gazdovanje imovinom i proizvodnja vode;
  • optimalno upravljanje pritiscima (potencijal štednje je 10 – 15% potrošnje energije za distribuciju i dodatne uštede: smanjen broj curenja kao rezultat smanjivanja nepotrebno visokih pritisaka i prolaznih uticaji koji su uzrok curenja ).

Evropsko partnerstvo za inovacije na vodama (EIP Water) prepoznalo je ove izazove i utvrdilo sledeće prioritete rada vezane za probleme na distributivnoj vodovodnoj mreži:

1. Tematski prioriteti

– tretman vode i otpadnih voda uključujući obnovu resursa
– voda i njena veza sa energijom

2. Prioriteti ukrštanja sa drugim tehnologijama:

– sistemi za praćenje procesa i donošenje odluka uz korišćenje povratne sprege
– pametne tehnologije.

SmartWater4Europe doprinosi uvođenju EIP vode ubrzanjem inovacija, prioritetno u oblastima koje doprinose rešavanju društvenih izazova, poboljšanju konkurentnosti Evrope i doprinose stvaranju radnih mesta i ekonomskom rastu. Osim toga, ponudu i potražnju treba povezati, kao uzrok i posledicu, samo se na takav način može ubrzati prihvatanje inovacija i uvođenje tržišta.

Tržište SmartWater4Europe se brzo razvija i to ne samo u Evropi, očekuje se da će pametno merenje vode generisati kumulativne investicije od 7,8 milijardi dolara do 2020. godine, a njegova snaga leži u sposobnosti da ponudi vodovodnim preduzećima puteve prema operativnijim upravlja- njem troškovima i smanjenju zaga- đenja, uz istovremeno poboljšanje upravljanja uslugama i snabdevanjem.

sistem za kontrolu

Slika 2: Prikaz pametne hidrotehničke mreže

2. Primena „pametnog merenja” (Smart meteringa) u kanalizaciji

2.1. Koncept ranog otktivanja i prevencije zagađivača

Inteligentni sistemi u kanalizacionoj mreži predstavljaju napredne sisteme za upravljanje otpadnim vodama i praćenja zagađivača od strane lokalnih vlasti, vodovodnih preduzeća i korporacija. Pristup uvođenja „pametnih koponentni“ u kanalizacionu infrastrukturu menja način na koji opštine i kompanije razmišljaju o upravljanju otpadnim vodama. Umesto da se reaguje na kontaminaciju, prikupljanje potrebnih podataka u realnom vremenu i njihovo čuvanje i obrada nam omogućuju kreiranje jedinstvenog proaktivnog rešenja koje sprečava akcidentne događaje, odnosno pojavu zagađenja. Pametna merenja u kanalizaciji nam omogućuju upravljanje otpadnim vodama i kreiranje inteligentnog, sveobuhvatnog sistema koji poboljšava kvalitet otpadnih voda, smanjenje troškova održavanja i stvaranje novog prihoda.

Sistem menadžmenta kvaliteta otpadne vode se razvio iz potrebe koja je postojala u industriji za kompletnim rešenjem od početka do kraja procesa koje bi moglo automatizovati procese, minimizirati zahteve za radnom snagom i maksimizirati efikasnost. Korisnicima je potrebno konsolidovati bazu podataka, smanjiti zagađenje, identifikovati izvor kontaminacije i zagađivače.

// Sveobuhvatno rešenje kontrole kvaliteta optadne vode nudi sistem za praćenje i upravljanje kanalizacijom širom čitavog grada, predviđa događaje zagađenja i radikalno smanjuje troškove.

Pružajući kompletan pregled, sistem koristi pametne jedinice koje se šire i strateški postavljaju širom naselja. Softver prati podatke, nudeći potpunu i preciznu up-to-minutnu sliku, automatski, brzo i efikasno reagujući u realnom vremenu. Rana detekcija je od presudnog značaja za sprečavanje zagađenja i uštedu troškova prečišćavanja. Proaktivna, preventivna tehnologija blokira zagađivače a postoje i neposredne posledice, odmah se generišu prihodi od onih koji su odgovorni za kontaminaciju.

Sistem online kontrole kvaliteta pruža pogled ptičje perspektive na ceo grad i predstavlja potpunu kartu onoga što se dešava na terenu u bilo kom trenutku, u realnom vemenu. Podaci se čuvaju jer nema potrebe za brisanjem kritičnih informacija, pošto podaci koji su potrebni za kvalitet otpadnih voda, plaćanje i ažuriranje osoblja na terenu dolaze direktno do korisnika.

Inovativne, samoaktivirajuće „Smart” jedinice nadgledaju kvalitet otpadnih voda u realnom vremenu i omogućavaju automatsko uzorkovanje i upravljanje procesima, kako bi se sprečio akcidentni događaji zagađenja. Senzori su postavljeni na strateške tačke za praćenje izvora zagađenja, širom grada, od udaljenih lokacija direktno do centra. Instalacija je brza i jednostavna bez infrastrukturnih zahteva. Sistem se može instalirati tako da efikasno funkcioniše godinama, neprekidno prenoseći informacije bez potrebnih izvora energije.
Jedinice smeštene u šahtovima otpadnih voda locirane su visoko u zaštitnom kućištu, zaštićene od bilo kakvog oštećenja i neovlašćenog pristupa, uz održavanje njihove osetljivosti na najmanju promjenu nivoa pH. Antena emituje signal koji se šalje neprekidno, i aktivira se samo kada registruje zagađenje.

// Ovaj potpuno automatizovani sistem dramatično smanjuje potro- šnju resursa, bez troškova električne energije i bez radne snage i potrebe za održavanjem ili praćenjem.

zagađenje

Slika 3: Jedinica sa senzorima za registrovanje zagađenja

2.2 Elementi pametne kanalizacije

Primarni cilj „Smart metering”-a u kanalizacionoj mreži je efikasno upravljanje otpadnim vodama i kontrola zagađivača, što podrazumeva značajno umanjenje nečistoće lokalnih otpadnih voda i isporuka što čistije reciklirane vode. Da bi se ovo postiglo potreban je sistem za upravljanje otpadnim vodama čije su komponente prikazane na sledećoj slici [4].

  1. Osmatranje, uzimanje uzoraka i analiza – Smart Sensor System (sistem sa pametnim senzorima), podrazumeva monitoring stepena toksičnosti vode, otkrivanje akcidentnog događaja zagađenja u trenutku kada se dogodi (u realnom vremenu), i uzimanje toksičnog uzorka za analizu.
  2. Prikupljanje podataka i analiza – analizira se tačna kompozicija mrlje zagađivača, sa granularnom preciznošću, u najranijoj fazi kontaminacije vode kako bi se pomoglo brzom otkrivanju izvora toksičnosti.
  3. Identifikacija zagađivača – prati se hemijski trag prema specifičnim izvorima zagađenja i šalje odgovornom licu za pojavu zagađenja
  4. Izvršenje-pravna regulativa – automatsko izračunavanje kazni prema lokalnoj regulativi, formiranje zvaničnih obaveštenja i slanje kaznene naknade preduzeću ili licu koje je izazvalo zagađenje.
sistem za kontrolu

Slika 4: Elementi sistema za kontrolu, detekciju, otkrivanje i sprečavanje zagađenja

2.3. Novi trendovi u koncepciji kanalisanja kao proizvod uvođenja „smart” komponenti

Uz povećanu zakonsku regulativu o zaštiti životne sredine i potrebu za unapređenjem usluga za korisnike, projektovanje se navodi na uvođenje „pametnih” komponenti, usmerenih na prikuljanje i analizu podatake, kako bi poboljšali sistemi odvođenja i prečišćavanja otpadnih voda. Tradicionalno, sistemi otpadnih voda su delovali „pasivno” sa sistemskim modeliranjem i dugoročnim ciljevima zasnovanim na već istorijskim podacima, kao što su padavine, nivoi vode i podaci o potrošnji i broju stanovnika. Međutim, sada postoji sve veći pomak koji se odnosi na online modele koji se mogu unaprediti kroz vreme i tako obezbede zdravije i pravilnije funkcionisanje sistema otpadnih voda. Pametan sistem otpadnih voda obezbeđuje rešenja za poboljšanje kvaliteta vode, povećanje energetske efekasnosti, smanjenje prekomerne količine otpadnih voda, industrijskih zagađivača i povećanje ukupne efikasnosti sistema.

Kanalizacija

Foto: 6 / Kanalizacija – pametni gradovi

Postoje dva uobičajena tipa sistema kanalisanja otpadnih voda: separatni – sa odvojenom sanitarnom kanalizacijom (FK-fekalna kanalizacija) koja sakuplja samo upotrebljene fekalne otpadne i kišnom kanalizacijom (KK) koja prikuplja površinske vode, sa jedna strane, a sa druge kombinovani sistem-opšte kanalizacione sisteme (OK), koji se sastoje od jedne cevi osmišljene za prikupljanje i prenoše- nje otpadnih voda u domaćinstvima, industrijskih otpadnih voda i kišnih voda u postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda.

// Preterane količine otpadnih voda u oba ova sistema predstavljaju pretnju pozdravlje ljudi, životnu sredinu i rezultuju visokim troškovima održavanja tokom procesa transporta otpadnih voda, a posebno je u smislu resursa zahtevno prečišćavanje jer je potrebno obezbediti radnu snagu, upravljanje sistemom, remediaciju, fakturisanje i kompenzaciju.

Preopterećene kanalizacione mreže uzrokuje zapušenja, prekide u oticanju operativne i strujne kvarove. Opšti sistem kanalizacije (OK) nije projektovan tako da sakuplja velike količine kišne vode, čime se mogu izazvati izlivanja kod korisnika i poplave, kao i izlivanje zagađene vode u okolno tlo, kao i zagađenje podzemne vode. Suprotno od toga, separatni sistem je projektovan tako da sistem kišne kanalizacije (KK) može da prelije ili propusti veće količine kišne vode u vodotoke ili zelenu površinu [5].

Odgovarajući menadžment i uprav- ljanje su neophodni kako bi se smanjilo nekontrolisano ispuštanje u životnu sredinu i sprečila zagađenja. Investiranje u pametne, data-uprav- ljačke tehnologije može pomoći u smanjenju rizika od zagađenja tako što će obezbediti predviđene kapacitete, održati postojeću infrastrukturu, smanjiti količinu otpadnih voda u kanalizaciji, povećati prenosnu moć i tretman kišne vode i obavestiti javnost u slučaju akcidenta.

// Tehnologije „pametne otpadne vode“ mogu da spreče i zaustave izlivanje, i ako je to neizbežno, odrede prioritete unutar sistema.

Ova rešenja proizilaze iz dostupnosti podataka o protoku, nivou, kvalitetu vode i vremenskim inervalima između naregularnosti koje su uočene kako bi se predvideli i pružili ažurirani podaci o problemima na mreži kao što su zagušenja, poplave i pucanje cevi.
Pomoću ovih informacija korisnici mogu uočiti probleme pre nego što se pojave, smanjujući količinu zagađene vode koja se izliva u okolinu.

Na primer, korišćenjem pametnih CSO (Combined System Overflow) rešenja, inženjeri na mreži mogu odlučiti o najboljem načinu za odvajanje fekalne i kišne kanalizacije, kao i koju zapreminu dotoka da zadrže u retenzijama zavisno od koncentracije zagađivača.

// Da bi se anulirao ili bar smanjio uticaj prelivanja kanalizacionog sistema, moraju se koristiti podaci dugoročnih osmatranja ili simulacioni modeli.

Senzori deluju kao sistem za kontrolu koji može da pomogne u prevenciji neželjnih događaja upućivanjem alarma upravljačima sistema, čime se smanjuje vreme reagovanja.

Postoje dva uobičajena tipa uređaja za nadgledanje događaja za prelive: Single Purpose / BasicAlarmni uređaji (SP / BAD) i True Real-tme monitori (TRM). SP / BADs koji obezbeđuju alarmne notifikacije i smanjuju šanse za prelivanjem iz sistema.

Iako su SP / BAD obično plasirani po nižoj ceni, TRM sistemi su napredniji i ispunjavaju projektne zahteve. Ova rešenja obezbeđuju osmatranje udaljenih lokacija u realnom vremenu, dvosmernu komunikaciju između menadžera sistema i sektora održavanja, podatke o nivou i protoku sa generisanjem izveštaja. Ovakvi alati omogućavaju korisnicima ne samo da zabeleže događaje u slučaju prelaže- nja zadatih vrednosti, već i predviđa- nje i izbegavanje alarmne situacije (danima ili nedeljama unapred). Ovi uređaji mogu dalje pomoći u preusmeravanju sredstava korisnika na područja sistema gde mu je to najviše potrebno.

// Drugi primeri inteligentnih rešenja za otpadne vode integrišu informatiku iz SCADA i GIS sistema simulirajući padavine i oticaj pod različitim uslovima.

Na primer, rešenja za hidrauličko modeliranje dozvoljavaju operateru da modelira slivove. Ovo pruža tačnu predstavu o terenu pomoću jednačina površina i mapiranja površinske topografije, nivoa vode, i podataka o sistemskoj infrastrukturi. Takvi alati dozvoljavaju korisniku da istražuju sve načine za kontrolu sistema i pruža prave informacije u svakom trenutku. Pored toga, pametne kanalizacione mreže mogu poslati alarmne poruke preko različitih medija, kao što je internet ili aplikacije za pametne telefone.

Pametna kanalizacija

Slika 7: Pametna kanalizacija – shema sistema

Pre usvajanja projekta pametne mreže za otpadne vode, mora se izraditi „studija opravdanosti“ zasnovana na uticajima svih pojedinačnih elemenata, kao što su finansijske uštede, uticaj na životnu sredinu i usluge klijenata. Važno je razmotriti koji su aspekti optimizovani.

Na primer, prilikom ispitivanja troškova-benefit analize prevencije zagađenja, u jednačini mora figurisati više parametara, ne samo radna snaga koja se koristi u remediaciji, ali i troškovi javnih odnosa, izveštavanje autoriteta, sporovi i kompenzacije.

// Cilj projekta Smart Water Netvorks je ubrzati razvoj pametnih mreža vode i otpadnih voda širom sveta. Više tehničkih izveštaja o pametnim otpadnim vodama biće dostupno uskoro članovima SWAN-a, zajedno sa studijama slučajeva praktičnih referenci.

Nov način upravljanja otpadnim vodama je rešenje u okviru jedinstvenog sistema za upravljanje alarmnim sistemima kao deo SWAN interactve arhitekture (www.swan-tool.com).

Osim toga, SWAN ubrzava razvoj pametnih otpadnih voda, na čiju temu se organizuju brojne radionice, istraživačke studije i seminari. Integracija SWAN principa u projektovanje sistema za kanalisanje i prečišćavanje otpadnih vode je takođe povezana sa mnogim drugim granama industrije i njihova implementacija otvara vrata neophodnosti komunikacije između različitih tehnoloških grana.

 kanalizaciona mreža

Slika 5: Pametna kanalizaciona mreža

2.4. Kanalizacija kao element „kružne ekonomije”

// Kružna ekonomija predstavlja nov pristup koji integriše ekonomiju i sistem upravljanja otpadom.

Trenutni ekonomski model većine (ako ne i svih) država i kompanija podrazumeva korišćenje resursa naše planete kako bi se proizvelo što više proizvoda od kojih će najveći deo, nažalost, završiti kao otpad. U slučaju Srbije – otpad na deponiji. Ovakav koncept korišćenja i upotrebe resursa se u teoriji naziva linearnim. Malo je reći da je ovo neodrživo sa aspekta životne sredine, već se radi o pristupu koji je i ekonomski neisplativ.

// Kružna ekonomija može biti odgovor na narastajuće potrebe čovečanstva uz poštovanje granica koje naša planeta poseduje: dakle, održivi razvoj u svom najboljem izdanju.

Koncept je zamišljen tako da vodi obnovi ekosistema, uz veliki broj inovacija i sa značajnim uticajem na navike društva u celini. Kružna ekonomija u kanalizaciji nije usmerena na problematiku dobijanja i korišćenja vode, ali i u širem smislu na prečišćavanje otpadnih voda sa produkcijom mulja.

Osnovni princip cirkularne ekomonije u postrojenjima za prečišćavanje optadnih voda je ponovno iskorišćenje prečišćene vode i materijalno i energetsko korišćenje mulja. U osnovne principe ovog procesa možemo da svrstamo uštedu vode, korišćenje toplotne energije iz otpadnih voda i korišćeje energije mulja kao i njegove mase.

kruzna ekonomija

Slika 8: Shematski prikaz koncepta „kružne“ ekonomije

3. Zaključak

SWAN tehnologije olakšavaju planiranje sistema, pojednostavljuju svakodnevne operacije i održavanje, i poboljšavaju upravljanje mrežnim gubicima vode i njegovim kvalitetom. Ove tehnologije se neprestano razvijaju i obezbeđuju održiva rešenja za hidrotehničke objekte.
Pored toga, softver i alati za veštačku inteligenciju (BI) omogućavaju komunalnom preduzeću da koriste podatke iz više diskretnih sistema. Prikupljeni podaci se onda koriste za izračunavanje ključnih indikatora učinka (KPI-Key Performas Indicator) koji pružaju tačne i objektivne informacije u vezi karakeristika vode. Sposobnost da se prezentuju na različite načine takođe omogućava korisnicima da komuniciraju sa različitim vrstama korisnika.

// 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 – vodovod i pametno upravljanje nusproduktima ovakve proizvodnje – kanalizacija.

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

Advertisement reklama na grenef portalu
Advertisement
Jooble - posao u građevini

Izdvajamo

Popularno