Arukate veevõrkude tehnoloogiad ja nende poliitika mõju

Millised on arukad veevõrgu tehnoloogiad?

Nutiveevõrk on omavahel ühendatud andurite, sidevõrkude, andmeanalüüsi platvormide ja automatiseeritud juhtimisseadmete süsteem, mis töötab koos, et hallata veejaotust enneolematu täpsusega. Erinevalt tavapärastest veesüsteemidest, mis tuginevad manuaalsetele näitudele ja reaktiivsetele parandustele, tagavad nutikad võrgud pideva nähtavuse kogu võrgu jõudluses. Need võimaldavad kommunaalettevõtetel tuvastada lekkeid minutite, mitte kuude jooksul, optimeerida pumba graafikuid reaalajas nõudluse põhjal ja ennustada seadmete rikkeid enne, kui need põhjustavad teenuse katkestusi.

Kontseptsioon põhineb samadel asjade interneti (IoT) ja andmepõhistel põhimõtetel, mis toetavad arukaid elektrivõrke, kuid rakendavad neid veeinfrastruktuuri ainulaadsete füüsiliste ja tööomaduste suhtes. Tulemuseks on süsteem, mis suudab dünaamiliselt kohaneda muutuvate tingimustega, säästa vett, vähendada tegevuskulusid ja parandada klienditeenindust.

Aruka veevõrgu põhikomponendid

Andurid ja mõõteinfrastruktuur

Täiustatud andurid on targa veevõrgu silmad ja kõrvad. Nende hulka kuuluvad ]rõhuandurid , ]voolumõõturid ], ]akustilised lekkedetektorid ] ja ] veekvaliteedi monitorid (mõõtmisparameetrid nagu pH, hägusus, kloori jääk ja temperatuur). Kliendiruumidesse paigaldatud arukad arvestid pakuvad kõrge resolutsiooniga tarbimisandmeid, mida saab kasutada nõudluse prognoosimiseks, lekke avastamiseks kliendi poolel ja kasutusaja hinnakujunduseks.

Andmesidevõrgud

Andurid ja arvestid edastavad andmeid mobiilside, LoRaWANi või spetsiaalsete raadiovõrkude kaudu kesksetele analüüsiplatvormidele. Reaalajaliseks juhtimiseks on oluline väikese latentsusega side. Utilities kasutab üha enam privaatseid LTE- või 5G- võrke, et toetada tuhandete lõpp-punktide ribalaiuse ja töökindluse nõudeid.

Andmete analüüs ja tehisintellekt

Andurite toorandmed oleksid ilma keeruka tarkvarata selle tõlgendamiseks üle jõu käivad. Analüütilised platvormid kasutavad masinõppe algoritme [FLT: 1]], et tuvastada mustreid, mis viitavad leketele, pursetele või saastumisele. Samuti loovad nad ennustavaid mudeleid veenõudlusele, võimaldades kommunaalteenustel ennetavalt hoiustamist ja pumpamist hallata. Täiustatud süsteemid võivad isegi simuleerida &# 8220; what- if&# 8221; stsenaariume, näiteks peamise katkemise mõju allavoolu survele või põua mõju veehoidlate tasemele.

Ülemaailmselt läheb hinnanguliselt 30–50 % puhastatud veest kaduma enne, kui see jõuab klientideni (#8212; suur osa sellest vananevate torude lekete kaudu). Nutikad lekke tuvastamise tehnoloogiad võivad vähendada neid kadusid esimesel kasutuselevõtu aastal 20% kuni 40% võrra, vastavalt arukate veevõrkude foorumi uuringutele . Linna kohta, kes kaotab miljoneid galloneid päevas, tähendab see olulist kulude kokkuhoidu ja edasilükatud kapitalikulutusi.

Energiatõhusus

Veejaotus on energiamahukas, moodustades mõnedes piirkondades kuni 4% kogu elektritarbimisest.Pumpade töö optimeerimise ning kaotatud vee ravimise ja piiramise vajaduse vähendamisega võivad arukad võrgud vähendada energiakasutust 15% kuni 30%. See toob otsest rahalist ja keskkonnakasu, eriti kui elektrit toodetakse fossiilkütustest.

Vee kvaliteedi parandamine

Vee kvaliteedi parameetrite pidev jälgimine võrgu mitmes punktis võimaldab utiliitidel saastumise juhtumeid varakult tuvastada. Kemikaalilekke või bioloogilise läbimurde korral võivad operaatorid üldiste hoiatuste asemel väljastada suunatud “ keeta vett”, säilitades samal ajal inimeste usalduse ja kaitstes tervist.

Kliendi tõhustatud kaasamine

Arukad arvestid annavad tarbijatele peaaegu reaalajas juurdepääsu oma veekasutuse andmetele. Uuringud näitavad, et sagedast tagasisidet saavad majapidamised vähendavad oma tarbimist keskmiselt 10–15%. Kommunaalettevõtted võivad rakendada ka mitmetasandilisi hinnakujundus- või mängustamisprogramme, mis premeerivad kaitset, muutes kliendid aktiivseteks partneriteks veemajanduses.

Poliitilised väljakutsed ja võimalused

Kuigi arukate veevõrkude tehniline põhjendus on tugev, ei ole nende kasutuselevõtt üksnes inseneritöö küsimus, vaid see nõuab toetavat poliitilist keskkonda, mis tegeleb mitme omavahel seotud probleemiga.

Andmete privaatsus ja turvalisus

Arukad veevõrgud genereerivad tohutul hulgal andmeid, sealhulgas tarbimisharjumusi, mis võivad paljastada majapidamisharjumusi (nt kui inimesed on kodus, kui palju elanikke on). See teave on väärtuslik kommunaaltoimingute jaoks, kuid tekitab ka privaatsusriske. Poliitikakujundajad peavad kehtestama ] selged reeglid ] andmete omandiõiguse, nõusoleku ja lubatud kasutusviiside kohta. ]U.S. Environmental Protection Agency ] on andnud välja juhised veekäitlejate küberturvalisuse kohta, kuid paljudes riikides puuduvad põhjalikud veetarbimise andmetele spetsiifilised privaatsusseadused. Järjekindel riiklik raamistik aitaks kaitsta tarbijaid, võimaldades samal ajal andmeid õiguspärastel eesmärkidel kasutada.

Veel üks kriitiline mõõde on veesüsteemid osa riigi kriitilisest infrastruktuurist ning edukas küberrünnak võib häirida veevarustust või ohustada vee kvaliteeti. Poliitikakujundajad peaksid kehtestama arukate võrkude komponentide minimaalsed turvastandardid, nõudma korrapäraseid haavatavuse hindamisi ja pakkuma ressursse väiksematele kommunaalettevõtetele, kellel võib puududa pühendunud IT-turvalisuse personal.

Regulatiivsed raamistikud ja standardid

Olemasolevad veeeeskirjad töötati välja digitaalajastule eelnevaks ajaks. Need näevad sageli ette konkreetsed testimisintervallid, aruandlusvormingud ja tööprotseduurid, mis eeldavad käsitsi andmete kogumist ja perioodilisi kontrolle. Nutivõrkude mahutamiseks peavad reguleerijad neid reegleid uuendama, et tunnistada pidev seire samaväärseks või paremaks kui tavapärane haaramisproovide võtmine. Näiteks ] American Water Works Association on töötanud arukate arvestite andmevahetuse ja küberturvalisuse standardite kallal, kuid kasutuselevõtu viivitused.

Koostalitlusvõime on veel üks probleem. Kommunaalettevõtted hangivad sageli andureid ja tarkvara erinevatelt müüjatelt ning ilma ühiste andmevorminguteta muutub integratsioon kulukaks ja hapraks.Valitsused võivad kiirendada vastuvõtmist, nõudes avatud standardeid ja rakendusliideseid (API) hankelepingutes, nagu nad on teinud arukate elektriarvestite puhul paljudes jurisdiktsioonides.

Rahastamine ja stiimulid

Aruka veevõrgu kasutuselevõtt nõuab märkimisväärseid investeeringuid. Andurid, sidevõrgud, juhtimissüsteemid ja analüüsiplatvormid võivad keskmise suurusega linna eest maksta kümneid miljoneid dollareid. Paljud kommunaalettevõtted, eriti need, kes teenindavad madala sissetulekuga kogukondi, näevad vaeva, et rahastada selliseid projekte üksnes tasumaksja tulust. Poliitikakujundajatel on mitmeid vahendeid selle lõhe ületamiseks:

• ]Föderaalsed ja riiklikud toetusprogrammid: ] Näiteks USA joogivee riikliku uuenemisfondi saab kasutada infrastruktuuri uuendamiseks, mis parandavad tõhusust.Mõned riigid on loonud sihtotstarbelised aruka vee toetused osana laiematest kliimamuutustele vastupidavuse algatustest.
• Avaliku ja erasektori partnerlus: Kommunaalettevõtted võivad sõlmida lepinguid eraettevõtetega, kes rahastavad, paigaldavad ja käitavad arukaid võrgusüsteeme vastutasuks osa veekao vähenemisest tulenevast säästust.
• Tulemuspõhine reguleerimine:Traditsioonilise teenusekulude reguleerimise asemel võib kommunaalettevõtetel lubada säilitada osa arukatesse võrkudesse tehtud investeeringutest saadavast säästust, luues võimsa stiimuli uuenduslike tehnoloogiate kasutuselevõtuks.
• Rohelised võlakirjad ja kliimafondid: ] Veekaitseprojektid, millel on mõõdetavad tulemused, on üha atraktiivsemad, et mõjutada investoreid ja rohevõlakirjade turgu.

Omakapital ja digitaalne lõhe

Väikese sissetulekuga linnaosades ja maapiirkondades on sageli vanem infrastruktuur, väiksem juurdepääs kapitalile ja madalam digitaalse kirjaoskuse tase.Tahtliku poliitilise sekkumiseta võib arukate võrkude kasutuselevõtt süvendada olemasolevaid erinevusi, mistõttu ebasoodsas olukorras olevad kogukonnad on kõrgemad veekulud ja vähem usaldusväärsed teenused.

Poliitikakujundajad peaksid nõudma, et kommunaalettevõtted lisaksid oma arukate võrkude kavadesse õigluse mõju hindamise. Näiteks võiks eeskirjades ette näha, et teatav protsent arukate arvestite seadeldisi on suunatud alateenindatud aladele või et rahastamisprogrammides eelistatakse projekte, mis teenindavad haavatavaid elanikkonnarühmi. Samuti on oluline ühenduse kaasamine: elanikke tuleks teavitada kasust ja võimalikust mõjust eraelu puutumatusele ning nende panus peaks kujundama rakendamise ajakava ja hinnastruktuure.

Digitaalkirjaoskuse programmid võivad aidata klientidel tõlgendada kasutusandmeid ja kasutada ära säilitamise stiimuleid. Kommunaalteenused võivad teha koostööd raamatukogude, kogukonnakeskuste ja koolidega, et pakkuda töötubasid ja veebiressursse. Õiglane juurdepääs aruka vee kasutamisele ei ole mitte ainult moraalne kohustus, vaid ka praktiline ja laiapõhjaline kasutuselevõtt levitab kulude kokkuhoidu ja vähendab kogu süsteemi hõlmavaid jäätmeid tõhusamalt.

Juhtumiuuringud aruka veevõrgu kasutuselevõtul

Singapuri # 8217; Smart Water Network

Singapuri ’ riiklik veeagentuur PUB opereerib üht maailma kõige arenenumat arukat veevõrku. Süsteem sisaldab üle 7000 anduri, mis on paigaldatud 5600 kilomeetri torustikule, jälgides voolu, rõhku ja vee kvaliteeti reaalajas. Andmed sisestatakse digitaalsesse kaksikusse, mis simuleerib kogu võrku ja ennustab võimalikke rikkeid. Selle tulemusena on Singapur vähendanud oma mittetulus veekasutuse määra alla 10%&# 8212; ühe maailma madalaima tasemega. Süsteem toetab ka riigi integreeritud veemajanduse strateegiat, mis hõlmab vee magestamist, veeringlust ja sadevee kogumist.

Barcelona & # 8217; Smart City integratsioon

Barcelona integreeris oma veevõrgu laiemasse aruka linna platvormi, ühendades vee-, energia- ja transpordisüsteemide andmed. Avalikes parkides asuvad andurid kohandavad automaatselt niisutust pinnase niiskuse ja ilmaprognooside põhjal, säästes kuni 25% haljasaladel kasutatavast veest. Linn kasutab ka mitmeperehoonetes arukaid arvesteid lekete tuvastamiseks ja aitab hoonejuhtidel jäätmeid vähendada. Barcelona ’ kogemus näitab sünergiat, mida on võimalik saavutada veeandmete jagamisel teiste omavalitsusüksustega, kuigi see rõhutab ka vajadust tugevate andmehaldusraamistike järele, et vältida väärkasutust.

Pittsburgh &# 8217; Lekke tuvastamise piloot

Pittsburghi vee- ja kanalisatsiooniamet (PWSA) käivitas pilootprojekti, kasutades akustilisi andureid ja AI-analüütikat, et avastada lekei oma vananevates malmist torudes. Esimese kuue kuu jooksul tuvastas süsteem enam kui 30 varem avastamata leket, millest mõned kaotasid kuni 50 gallonit minutis. Projekt maksis end ühe aasta jooksul ära veesäästu ja remondikulude abil. PWSA laiendab nüüd tehnoloogiat kogu süsteemis, kasutades riiklike toetuste ja madala intressiga föderaallaenude kombinatsiooni.

Tulevikuväljavaated ja poliitikasoovitused

Kliimamuutused, linnastumine ja infrastruktuuri lagunemine tekitavad jätkuvalt nõudlust arukate veevõrkude tehnoloogiate järele. 2030. aastaks on aruka veemajanduse ülemaailmsel turul tööstuse prognooside kohaselt oodata üle 30 miljardi dollari. Kuid tehnoloogia üksi ei ole piisav. Kõige edukamad on need, mida toetavad eespool kirjeldatud väljakutsetele suunatud tulevikku suunatud poliitikad.

Kõigi valitsustasandite poliitikakujundajad peaksid kaaluma järgmisi meetmeid:

• Võtta vastu riiklikud veeandmete standardid ], mis tagavad koostalitlusvõime, turvalisuse ja privaatsuse kõigi kommunaalteenuste puhul, olenemata nende suurusest või asukohast.
• Luua sihtotstarbelised rahastamisvood arukate veevõrkude kasutuselevõtuks, eelistades kogukondi, kes seisavad silmitsi suurimate infrastruktuuri- ja majandusprobleemidega.
• Uuendada regulatiivseid raamistikke, et tunnustada pidevat seiret ja automatiseeritud kontrolli traditsiooniliste vastavusmeetodite kehtivate asendajatena, säilitades samas range järelevalve.
• mandaadi võrdsuse ja kaasamise kriteeriumid ] kõigis aruka vee projektides, sealhulgas avalik aruandlus selle kohta, kuidas kasu jaotatakse demograafiliste rühmade vahel.
• ]Edendada kommunaalettevõtete, tehnoloogia pakkujate, akadeemiliste ringkondade ja kogukonnaorganisatsioonide koostööd näidisprojektide ja teadmiste jagamise platvormide kaudu.