Интелигентни технологии за управление на ВиК мрежи
Начало > В и К > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 1, 2015
Hапредъкът в областта на интелигентните технологии за водопроводни и канализационни мрежи помага на ВиК операторите да подобрят ефективността и проактивно да управляват системите за водоснабдяване и водоразпределение. Основна цел на внедряването на интелигентни технологии за управление на ВиК съоръжения е да се оптимизират системните операции, вместо да се разчита само на капиталови подобрения.
Възможности за автоматизация
Географски информационни (GIS) платформи, SCADA системи, интелигентни измервателни уреди и усъвършенствана измервателна инфраструктура все по-масово се внедряват във ВиК мрежите за управление на комуналните активи, мониторинг на потреблението на вода и на системните операции, проследяване на тенденции и отдалечен контрол на помпи и клапани.
Голяма част от използваните досега технологии, за съжаление, не разполагаха с възможности за предиктивно мрежово моделиране и оптимизация на системната динамика, чрез които да се извършва прогнозна оценка на въздействието на оперативни или физически промени върху ефективността и целостта на системата.
Те не разполагаха и с инструменти за предиктивен анализ, които да използват данните от извършените измервания за изготвяне на прогнозни модели и тенденции. Това пречеше на ВиК операторите да вземат информирани решения и ги принуждаваше да разчитат само на опита си при реконструкции, ремонти и модернизации на мрежите.
Много от разработваните нови динамични и аналитични системни технологии са изцяло интегрирани с GIS, SCADA, интелигентни измервателни уреди, сензори и инфраструктура, за да могат операторите да оптимизират мрежовите операции и ефективността в реално време. Тези технологии могат да бъдат генерално подразделени в пет категории.
Мрежови модели в реално време
Мрежовите модели, симулиращи хидравличното поведение на мрежите, и системите за управление на качеството на водата са сред най-ефективните начини да се предвиди поведението на водоразпределителните и водоснабдителните съоръжения при широк набор от профили на натоварване и работни условия.
Моделите, базирани на закона за запазване на енергията и на кинетиката на реакцията, определят какви биха били налягането, потокът и качеството на водата при дадена комбинация от системни характеристики и работни условия.
Чрез предиктивните си качества тези модели осигуряват мощен инструмент за оценка на системния отговор при имплементирането на различни оперативни и управленски стратегии за изпълнението на специфични задачи като запазване качеството на водата, подсигуряване надеждността на хидравличните системи или на физическата инфраструктура и др.
За да се постигнат тези цели, мрежовите модели изискват точни и актуални данни за състоянието на водоснабдителната мрежа. Това може да бъде постигнато чрез синхронизиране на данните от SCADA системите и други телеметрични технологии в реално време с мрежовите модели.
Постоянен поток от информация (на 15-, 30- или 60-минутни интервали например), съчетан с инструменти за предиктивно моделиране, позволява на операторите на ВиК мрежи да получават незабавни уведомления при възникването на различни събития, да идентифицират дадени проблеми преди да са достигнали критично ниво и да минимизират ефектите на низходящия поток.
Може да бъде анализиран например ефектът от прогнозно ниско ниво в даден резервоар върху хидравличното поведение на мрежата и да се определи кои абонати на дружеството биха били негативно повлияни от ниското налягане. Могат да бъдат бързо създавани и сравнявани алтернативни работни сценарии, за да се определи най-подходящото решение.
Благодарение на мрежовите модели за симулиране в реално време операторите на ВиК мрежи могат да прогнозират ефекта от цялостно спиране на системите, изключване на помпите, клапаните и инсталациите в резервоарите, от различни дейности по поддръжка и обслужване, както и други планирани или непланирани събития.
Мрежовите модели могат да послужат и за предсказване на стойностите на мрежови параметри като поток, налягане и други, за които мрежови регистратори на данни не са достъпни, и за прогнозно моделиране на поведението на системата, ако SCADA системите са офлайн.
Модели за оптимизация на операциите в реално време
Моделите за оптимизация в реално време подобряват ефективността на ВиК мрежите и осигуряват по-надеждни операции при свеждане на разходите до минимум. Тези модели автоматично обработват полевата информация в реално време, като своевременно се обновяват и настройват графиците за работа на помпите и пречиствателните съоръжения, така че да изпълняват операциите с минимум разходи (като вземат предвид например профилите на пълнене на резервоарите, минималните и максимални потоци и скорости, както и общия поток на помпите).
Обикновено оптимизираните модели за съхранение на масовия баланс се комбинират с мрежови модели за симулация в реално време с цел бързо намиране на решения за подобряване на системните операции, които са близо до оптималните. Мрежовият модел автоматично определя модела за съхранение на баланса, като отчита промените в потреблението, управлението и други фактори във всеки един етап на периода на симулация.
Вече оптимизираният график за работа на помпеното оборудване може да бъде подаден към SCADA система, за да се използва при прилагане на цялостна стратегия за управление на ВиК мрежите.
Модели за мрежов мониторинг и детекция на аномалии
Тези модели разширяват функциите на интелигентните мрежи с възможности за предиктивно прогнозиране и предварителна оценка на условията. Те позволяват на операторите да следят в реално време хидравличните показатели на мрежата и да сравняват моментната мрежова динамика с прогнозни и исторически стойности, за да идентифицират бързо неочаквани явления и проблеми и да набелязват ефективни мерки за разрешаването им.
Такава мярка може да е например локализиране на конкретните клапани, които трябва да бъдат затворени, за да се изолира дадена повреда и да се уведомят засегнатите абонати. Високи нива на потока през нощта в конкретни зони на мрежата могат да са индикатор за течове, прекалено ниско налягане или прекомерно изпомпване. Спад в нивото на резервоарите за съхранение в дадена зона пък може да е показател за авария на главния водопровод.
Сред аномалиите, които могат да бъдат регистрирани в реално време чрез мрежови модели, са големи отклонения в потреблението на вода, резки промени в потока, налягането и нивото, аномални хидравлични условия, причинени от течове, пробойни, аварии в резервоарите, разкъсвания на тръбни връзки, неизправности в оборудването и др.
Моделите за детекция на подобни проблеми са фундаментален напредък в мониторинга на ВиК мрежи и осигуряват възможности за навременно иницииране на мероприятия за предотвратяване или смекчаване на неприятните икономически последици и рискове за общественото здраве. Тези модели позволяват предвиждане на аварии и осигуряват достатъчно време за реакция и подготовка при настъпващи кризисни ситуации.
Модели за регистриране на събития в реално време
Този тип модели създават условия в интелигентните ВиК мрежи да се осъществява непрекъснат мониторинг и оценка на динамиката на качеството на водата, като по този начин позволяват на операторите да сравняват реалните резултати с регулаторните изисквания (например нивата на замърсяване).
Чрез идентифициране на промените в качеството на водата в мрежата е възможно регистрирането на аномални събития. Основна функция на моделите за регистриране в реално време е своевременната детекция на потенциални рискове, което ги превръща в мощни инструменти за контролен мониторинг на общественото здраве. Тези модели са базирани на концептуална рамка и статистически техники, използвани в моделите за мониторинг и детекция на аномалии в реално време.
Те могат да анализират данните за стандартните параметри за качеството на водата (общо съдържание на хлор, съдържание на свободен активен хлор, хлориди, pH показател, електропроводимост, общо съдържание на органичен въглерод, мътност, общо съдържание на разтворени вещества и др.), получени от сензори за непрекъснат мониторинг, и да ги сравняват с прогнозни и исторически стойности, за да регистрират промените.
Така чрез усъвършенствани техники за разпознаване на тенденциите в качеството могат да бъдат разграничавани нормалните показатели на водата от абнормалните и да се отсеят фалшивите от реалните сигнали за опасност.
Модели за управление на активите и капиталово планиране
С тях се разширява функционалността на интелигентните ВиК мрежи с инструменти за предиктивен анализ, които оценяват оставащия полезен живот на тръбопроводите, риска от цялостно влошаване на показателите на мрежата и спомагат планирането на ремонти и дейности по подмяна.
Те могат да бъдат използвани за съставяне на рисков профил на всяка отделна тръба в мрежата (като се вземат предвид рискът и последиците от евентуална авария) и да се идентифицират най-проблемните зони. Това позволява на ВиК операторите информирано да изготвят приоритизирани графици за подмяна на тръбопроводите, рехабилитация и поддръжка, планове за управление в краткосрочен и дългосрочен план, както и разходно-ефективни цялостни капиталови програми.
Възможностите за оценка на рисковете позволяват удължаване на полезния живот на тръбопроводите, подобряват превантивната поддръжка, намаляват времетраенето на прекъсванията на услугите и пестят средства. Резултатът е подобрено управление на активите и капиталово планиране, повишаване на капацитета, надеждността и ефективността на мрежите и устойчивостта на ВиК услугите.
Когато се комбинират със SCADA системи и интелигентни сензори, тези модели се превръщат в мощен и цялостен инструмент за подпомагане на решенията в интелигентните ВиК мрежи.
Новости в мрежовото моделиране
Ефективността на системите за водоразпределение и водоснабдяване най-адекватно може да бъде оценена посредством методи за проследяване и симулиране в реално време, които сигнализират потенциални аварии достатъчно рано, за да осигурят на операторите време за ефикасна реакция и да минимизират икономическите последици и рисковете за здравето.
Интелигентните ВиК мрежи са ключов компонент от концепцията за интегриране на smart grid функционалност във водоснабдяването. Те играят важна роля за осъществяването на непрекъснат мониторинг на системите, локализиране на участъци с недостатъчен капацитет, оценка на различни подходи за отстраняване на проблеми и неизправности, иницииране на контролни програми при критични аварии, оптимизиране на времената за реакция и ефикасността на кризисните мерки, както и за установяването на адекватна базова линия за измерване и подобряване на системната ефективност.
На базата на текущите инвестиции в технологии за събиране, архивиране и обработка на данни в реално време и различни телеметрични системи, интелигентните ВиК мрежи разширяват рутинното мрежово моделиране до възможности за планиране и проектиране на програми за действия при аварии и поддръжка, отдалечена детекция на течове, прогнозиране на пробиви в тръбопроводите, цялостно оптимизиране на енергийното потребление, намаляване на въглеродния отпечатък и по-ефективно управление на качеството на водата.
Интегрирани информационни и контролни системи
Информацията от интегрираните информационни и контролни системи е по-точна, сигурна и навременна и помага на ВиК дружествата да вземат по-добри решения за по-кратко време, както и да предприемат проактивни мерки. Ако е внедрена интелигентна система за управление на мрежата, течовете могат да бъдат предвидени и предотвратени или бързо локализирани и отстранени, което намалява загубите и пести средства.
В интелигентните ВиК мрежи информацията, получавана от SCADA системите в реално време, сигнализира оператора за настъпили необичайни промени в хидравличния модел на мрежата. На базата на тази информация се задейства специализиран софтуер за мониторинг на съоръженията, който може да потвърди наличието на теч и потребността от иницииране на коригиращи мерки.
Същата информация задейства проверка на системата за техническо обслужване, която при интегрираните информационни и контролни решения е свързана с ГИС платформа. Заявка към ГИС системата идентифицира точната локация на проблема, показва кое действие би минимизирало ефекта за останалата част от мрежата и уведомява контролната система кои клапани да бъдат затворени, за да се изолира проблемът.
В интелигентните ВиК мрежи интегрираните системи включват и база данни за абонатите, която идентифицира кои от тях ще бъдат засегнати от дадена авария. Информацията се предава към система за известяване на клиентите, която да ги предупреди за предстоящите аварийни и планови ремонти.
В цялостните интегрирани системи за управление на ВиК съоръжения могат да бъдат включени и ERP платформи за ресурсно планиране, където данните за даден теч могат да бъдат преобразувани в точна информация за необходимите време, разходи и човешки ресурс за отстраняването му и да бъде изведена детайлна справка за влиянието на конкретната авария и други оперативни параметри върху ресурсите на дружеството в краткосрочен и дългосрочен план.
Вижте още от В и К
Ключови думи: ВиК мрежи, GIS платформи, SCADA системи, симулативни модели
Новият брой 9/2024
