Table of Contents

Технологии и политики на интелигентните водни мрежи

В отговор на това нарастващият брой градове и съоръжения се превръща в един от най-изострените ресурси на планетата. Интелигентните технологии за водопреносна мрежа]; интегрирани цифрови системи, които следят, анализират и контролират водните мрежи в реално време. Тези технологии обещават да намалят загубата на вода, да подобрят надеждността на услугите и да позволят по-ефективно използване на енергията и водата. Но широкото им приемане повдига и неотложни въпроси за сигурността на данните, регулаторната адаптация, финансирането на собствения капитал и цифровото включване.

Какво представляват интелигентните водни мрежи?

За разлика от конвенционалните водни системи, които разчитат на ръчно отчитане и реактивни ремонти, интелигентните мрежи осигуряват постоянна видимост в работата на цялата мрежа. Те позволяват на комуналните услуги да откриват течове в минути, а не месеци, оптимизират графиците на помпите въз основа на търсенето в реално време и прогнозират повреди в оборудването, преди да причинят прекъсване на обслужването.

Концепцията се основава на същия интернет на нещата (IoT) и принципите, които са базирани на данни, които са в основата на интелигентни електрически мрежи, но ги прилагат към уникалните физически и оперативни характеристики на водната инфраструктура. Резултатът е система, която може да се адаптира динамично към променящите се условия, да пести вода, да намалява оперативните разходи и да подобрява обслужването на клиентите.

Ключови компоненти на Smart Water Grid

Сензори и метрова инфраструктура

Разширените сензори са очите и ушите на интелигентна водна мрежа. Те включват сензори за налягане, ]] измерващи потоци, ]акусни детектори за изтичане[ и монитори за качество на водата[ (месещи параметри като pH, турбидитация, хлоросъдържател и температура). Интелигентни измервателни уреди, инсталирани в помещенията на клиента, осигуряват данни за консумацията на високо ниво на разтвор, които могат да се използват за прогнозиране на търсенето, откриване на течове от страната на клиента и време на използване.

Комуникационни мрежи за данни

Сензорите и метрите предават данни чрез клетъчни, LORAWAN или специализирани радио мрежи към платформите за централен анализ. За контрол в реално време, комуникацията с ниска скорост е от съществено значение.

Анализ на данни и изкуствен интелект

Те също така генерират прогностични модели за търсене на вода, които позволяват на комуналните услуги да управляват съхранението и изпомпването на проактивно. Разширените системи могат дори да симулират &# 8220;какво-ако&# 8221; сценарии, като например въздействието на основен пробив върху налягането надолу по веригата или въздействието на суша върху нивата на резервоарите.

Автоматизирани системи за контрол

Интелигентните мрежи затварят цикъла между наблюдението и действието. Автоматизираните клапани, помпи и станции за регулиране на налягането могат да бъдат регулирани дистанционно от контролен център или чрез предварително програмирани правила. Например, ако сензор засече спад на налягането, който предполага изтичане, системата автоматично може да изолира засегнатия участък от тръбата, докато пренасочва водата през алтернативни пътища. Тази възможност намалява времето за реагиране от часове до секунди и намалява загубата на вода и прекъсването на обслужването.

Ползи от интелигентните водни мрежи

Намаляване на невъзвръщаемата вода

В световен мащаб, приблизително 30% до 50%[ от обработената вода се губи, преди да достигне до клиентите— голяма част от нея чрез течове в стареещи тръби. Интелигентните технологии за откриване на теч могат да намалят тези загуби с 20% до 40% през първата година от разполагането, според проучванията на ]Smart Water Networks Forum. За град, който губи милиони галони на ден, което се превръща в значителни икономии на разходи и отсрочени капиталови разходи.

Енергийна ефективност

Разпределението на водата е енергийно интензивно, което представлява до 4% от общото потребление на електроенергия в някои региони. Чрез оптимизиране на операциите на помпите и намаляване на необходимостта от лечение и преограничаване на изгубената вода, интелигентните мрежи могат да намалят използването на енергия с 15% до 30%. Това има преки финансови и екологични ползи, особено когато електроенергията се генерира от изкопаеми горива.

Подобрено качество на водата

В случай на разлив на химикали или биологичен пробив операторите могат да издават целеви &# 8220; вода за масло и# 8221; съвети, вместо да се занимават с предупреждения, да поддържат общественото доверие, като същевременно защитават здравето.

Подобрена ангажираност на клиентите

Смартметрите дават възможност на потребителите да имат достъп до данните за използването на водата в реално време. Проучванията показват, че домакинствата, които получават често обратна връзка, намаляват потреблението си със средно 10% до 15%.

Политически предизвикателства и възможности

Макар че техническият случай за интелигентните водни мрежи е силен, тяхното внедряване не е само въпрос на инженерство.

Поверителност и сигурност на данните

Тази информация е ценна за полезните операции, но също така създава рискове за поверителността.Политиците трябва да установят ясни правила по отношение на собствеността върху данните, съгласието и допустимите приложения. С. Агенция за защита на околната среда издава насоки относно киберсигурността на водните услуги, но много държави нямат цялостни закони за поверителност, специфични за данните за потреблението на вода. Последователната национална рамка би помогнала за защита на потребителите, като същевременно позволява на комуналните услуги да използват данни за законни цели.

Киберсигурността е друго критично измерение. Водните системи са част от нацията и#8217; критичната инфраструктура и успешната кибератака може да наруши доставките или да компрометира качеството на водата.

Регулаторни рамки и стандарти

За да се приведат в съответствие с правилата за интелигентност, регулаторите трябва да актуализират тези правила, за да признаят непрекъснатото наблюдение като еквивалентни на или по-добри от традиционното вземане на проби. Например Американската асоциация за водно строителство работи по стандартите за обмен на интелигентни измервателни уреди и киберсигурност, но има изоставания в приемането.

Съоръженията често осигуряват сензори и софтуер от различни доставчици и без общи формати на данни, интеграцията става скъпа и чуплива. Правителствата могат да ускорят приемането чрез изискване на отворени стандарти и програмни интерфейси (APIs) в договори за обществени поръчки, както са направили за интелигентни електромери в много юрисдикции.

Финансиране и стимули

В основата на тази мрежа се изискват значителни инвестиции. Сензорите, комуникационните мрежи, системите за контрол и аналитичните платформи могат да струват десетки милиони долари за един средно голям град. Много услуги, особено тези, обслужващи общности с ниски доходи, се борят да финансират такива проекти само от приходите на плащащите.

  • Фиерархични и държавни програми за отпускане на безвъзмездни средства:[ Американският фонд за възстановяване на състоянието на питейната вода например може да се използва за подобрения в инфраструктурата, които подобряват ефективността.
  • Публично-частни партньорства (PPPs): Сградите могат да се договорят с частни фирми, които финансират, инсталират и експлоатират интелигентни мрежи в замяна на дял от спестяванията от намалена загуба на вода.
  • Регулиране въз основа на Performance: Вместо традиционната наредба за разходите за услуги, на комуналните услуги може да се позволи да запазят част от спестяванията, генерирани от инвестиции в интелигентни мрежи, създавайки мощен стимул за приемане на иновативни технологии.
  • Зелени облигации и климатични фондове:[ Проекти за опазване на водите с измерими резултати са все по-привлекателни за въздействие върху инвеститорите и пазарите на зелени облигации.

Собствен капитал и дигитален разделител

Смарт-мрежионните мрежи няма да достигнат автоматично до всички общности. Квартирите с ниски доходи и селските райони често имат по-стара инфраструктура, по-малък достъп до капитал и по-ниски нива на дигитална грамотност. Без преднамерена намеса на политиката, внедряването на интелигентни мрежи може да задълбочи съществуващите различия, оставяйки общностите в неравностойно положение с по-високи разходи за вода и по-малко надеждна услуга.

Например правилата могат да наложат определен процент от неработещите в областта инсталации за интелигентни измервателни уреди или че програмите за финансиране дават приоритет на проекти, които обслужват уязвимите популации. Ангажирането на Общността също е от съществено значение: жителите трябва да бъдат информирани за ползите и потенциалните последици от неприкосновеността на личния живот, а техният принос следва да оформя сроковете за прилагане и ценовите структури.

Програмите за дигитална грамотност могат да помогнат на клиентите да интерпретират данните за използването и да се възползват от стимулите за опазване.Устойчивите възможности могат да си партнират с библиотеки, читалища и училища, за да предлагат работилници и онлайн ресурси. Равнопоставеният достъп до интелигентни водни ползи е не само морален императив, но и практичен и#8212; широкообхватното осиновяване разпространява икономиите на разходи и намалява по-ефективно отпадъците в цялата система.

Изследвания на случаи в интелигентните мрежи за вода

Сингапур &# 8217; Smart Water Network

Singapore’ Националната водна агенция, PBB, управлява една от най-напредналите интелигентни водни мрежи в света. Системата включва над 7000 сензора], разположени в рамките на 5,600 километра тръби, мониторинг на потока, налягане, и качество на водата в реално време. Данните се подава в цифров близнак, който симулира цялата мрежа и предвижда потенциални неуспехи. В резултат на това Сингапур намали нивото на водата без отводняване до под 10% и# 8212;една от най-ниските в света. Системата също така подкрепя страната&# 8217; интегрирана стратегия за управление на водите, която включва десаликация, рециклиране на вода и събиране на дъждовни води.

Барселона &# 8217; Smart City Integration

Барселона интегрира своята водна мрежа в по-широка интелигентна градска платформа, съчетаваща данни от водни, енергийни и транспортни системи. Сензорите в публичните паркове автоматично настройват напояването въз основа на прогнози за влагата и времето, спестявайки до 25% от водата, използвана в зелените пространства. Градът използва и интелигентни измервателни уреди в многофамилни сгради, за да открива течове и помага на строителните мениджъри да намалят отпадъците.

Pittec &# 8217;s Leak Detection Pilot

През първите шест месеца системата е идентифицирала повече от 30 неоткрити течове, някои от които са губили до 50 галона в минута. Проектът е плащал за себе си в рамките на една година чрез икономии на вода и е избягвал разходите за ремонт. PWSA сега се занимава с технологията в цялата система, използвайки комбинация от държавни субсидии и нисколихвени федерални заеми.

Бъдещи препоръки за Outlook и политика

Климатът, урбанизацията и разпадът на инфраструктурата ще продължат да движат търсенето на интелигентни технологии за водопреносна мрежа. До 2030 г. се очаква световният пазар за интелигентно управление на водите да надхвърли 30 млрд. долара според прогнозите на индустрията. Но технологиите сами по себе си не са достатъчни. Най-успешните разполагане ще бъдат тези, които се подкрепят от политиките за управление на интелигентните води, които се справят с предизвикателствата, очертани по-горе.

Политиците на всички нива на правителството трябва да обмислят следните действия:

  • Оптимизиране на националните стандарти за водни данни, които гарантират оперативна съвместимост, сигурност и поверителност във всички комунални услуги, независимо от размера или местоположението.
  • Създаване на специални потоци от финансиране[ за внедряване на интелигентни водни мрежи с приоритет за общности, които са изправени пред най-големите инфраструктурни и икономически предизвикателства.
  • Актуални регулаторни рамки за признаване на непрекъснат мониторинг и автоматизиран контрол като валидни заместители на традиционните методи за съответствие, като същевременно се поддържа строг надзор.
  • Управителни критерии за собствения капитал и включване[ във всички проекти за интелигентни води, включително публичното отчитане на начина на разпределение на ползите между демографските групи.
  • Сдружение на Foster сред комуналните услуги, доставчиците на технологии, академичните среди и организациите на общността чрез демонстрационни проекти и платформи за споделяне на знания.

Технологиите за интелигентни водни мрежи предлагат мощен набор от инструменти за постигане на тези цели, но потенциалът им ще бъде реализиран само чрез преднамерено и приобщаващо проектиране на политиката.