Znaczenie inteligentnych technologii i opomiarowania w gospodarowaniu zasobami wody

Zużycie wody na naszej planecie wzrosło w XX w. trzykrotnie i w skali globalnej coraz bardziej widoczne jest złe nią zarządzanie oraz przestarzała lub nieodpowiednia infrastruktura. Zasoby wodne stają się coraz droższe i mniejsze, a ich skuteczna kontrola i efektywne wykorzystanie konieczne jest nie tylko w gospodarce komunalnej, ale i rolnictwie oraz przemyśle. Realizacja tych procesów opiera się na niepozornych urządzeniach, jakimi są wodomierze i przepływomierze, oraz technologiach komunikacji i przesyłu danych.

Od kilku lat instalujemy w UE wodomierze ze zdalnym odczytem danych, a ustawa o efektywności energetycznej [1] zobowiązuje do montażu w budynkach wielolokalowych takich urządzeń także dla ciepłej wody. Ujmowanie, uzdatnianie i dystrybucja wody są ściśle powiązane z energią. Informacje pochodzące m.in. z wodomierzy i przepływomierzy to źródło danych nie tylko dla systemów rozliczeń za zużyte media, ale, wraz z innymi danymi z sieci, także dla rozwijających się technologii zarządzania, wykorzystujących internet rzeczy i sztuczną inteligencję. Te z kolei służą m.in. do monitorowania i zarządzania zasobami wody, a nie tylko sieci. Branża wod-kan musi obecnie zarówno stosować się do zasad gospodarki zrównoważonej, jak i wchodzić w etap przygotowań związanych z odpornością jej infrastruktury na zmiany klimatu.

Precyzyjne opomiarowanie zużycia wody jest niezbędne w systemie rozliczeń, zwłaszcza wtedy, gdy rosną koszty ujmowania i energii elektrycznej. Zakłady wod-kan wprawdzie stosują już technologie OZE i obniżają energochłonność swoich procesów, ale w tym celu potrzebują precyzyjnych danych z sieci i od odbiorców. Zwiększanie jakości pracy i konieczność sprostania rosnącemu zapotrzebowaniu na wodę na terenach zurbanizowanych będzie wymagać dalszych dużych nakładów energetycznych oraz analiz i prognozowania zapotrzebowania. Rośnie tym samym znaczenie wdrażania rozwiązań i technologii smart wraz z IoT (Internet of Things) oraz AI (Artificial intelligence). Rozwój IoT umożliwia wykorzystanie inteligentnych technologii w obszarach dotychczas nieuwzględnianych, takich jak zużycie energii czy wody, praca oświetlenia i AGD itd.

W literaturze naukowej poświęconej przyszłości branży wod-kan pojawiają się już np. określenia AMI (Advanced Metering Infrastructure), IWSs (Intelligent Water Systems) czy SWSs (Smart Water Systems). Przyjmuje się, że rozwiązania inteligentne potrafią szybko, w czasie rzeczywistym (rzędu minut), przeanalizować otrzymane dane i dać użyteczną informację zwrotną. A to z kolei wymaga od urządzeń pomiarowych praktycznie stałego kontaktu z koncentratorami i systemami gromadzenia i analizy danych. Z tego wynika kolejne wymaganie – zagwarantowania bardzo dużych mocy obliczeniowych dla dużej liczby posiadanych danych oraz ich prawidłowego i optymalnego wyboru [2].

Wodomierze pełnią w tej architekturze informacyjnej bardzo ważną rolę i będzie się od nich wymagać coraz więcej możliwości i funkcji wspomagających „procesy diagnostyczne i decyzyjne związane z codzienną eksploatacją sieci wodociągowych w czasie quasi-rzeczywistym” [2]. Można być zatem pewnym, że cyfryzacja tych urządzeń będzie stale postępować i wpływać na budowę inteligentnej, a z czasem samouczącej się architektury sieci wodociągowych na cele: dystrybucji, zarządzania i optymalizacji ciśnienia, unikania i lokalizacji wycieków, zapewniania odpowiedniej jakości wody, efektywnej sprzedaży i fakturowania oraz nowych funkcji i wzywań.

Jednym z tych wyzwań są kurczące się zasoby wody słodkiej oraz zmiany klimatu i ekstremalne wahania pogodowe, w tym susze. Są to problemy globalne, a Polska nie należy do państw mających szczególnie dużo wody. Utworzona niedawno Światowa Organizacja Wody uważa, że kryzys wodny jest piątym globalnym ryzykiem pod względem skali wpływu na ludzkość. Choć wiadomo, że zasoby wody są ograniczone, korzystamy z nich w coraz szybszym tempie. Na całym świecie codziennie zużywa się aż 10 mld m³ słodkiej wody [3], dlatego oprócz wdrażania nowych technologii ważne jest zachęcanie obywateli do świadomego zużycia wody i zmiany postaw konsumpcyjnych w celu jej oszczędzania.

Choć Ziemia pokryta jest w 75% wodą (dlatego nazywamy ją „błękitną planetą”), aż 97,5% tych zasobów stanowi słona woda nienadająca się do spożycia i wykorzystania w rolnictwie i przemyśle, a pozostałe zaledwie 2,5% wody użytecznej jest rozłożone na globie nierównomiernie. Ponad miliard osób nie ma dostępu do bezpiecznej wody pitnej. Według Światowej Organizacji Zdrowia 80% wszystkich chorób w krajach rozwijających się ma związek z deficytem wody i jej niską jakością. Z kolei ONZ szacuje, że już za rok, czyli w 2025 roku, 30% światowej populacji zamieszkującej 50 krajów dotknie niedobór wody. Wyczerpujemy dostępne zasoby i stale rośnie popyt, a globalne ocieplenie jeszcze pogłębia problem. Wielu zapomina, że używamy wody nie tylko do picia, mycia czy prania, ale także w produktach, które spożywamy i wytwarzamy.

Proekologiczne zachowania obywateli można osiągnąć m.in. dzięki zastosowaniu inteligentnych usług pomiarowych, które są w stanie powiadamiać o bieżącym, codziennym zużyciu. Niezbędne są do tego inteligentne urządzenia pomiarowe, które mogą wykorzystywać technologię transmisji danych pomiarowych, ułatwić transformację i umożliwić pomiar zużycia wody w czasie rzeczywistym przez użytkowników końcowych.

Dzięki wykorzystaniu technologii IoT w przedsiębiorstwach komunalnych powstają skalowalne i solidne systemy mogące korzystać z rosnącej liczby urządzeń i danych przez nie zbieranych. Ma to duże znaczenie dla gospodarki wod-kan, gdyż sieci dystrybucji wody były budowane i projektowane kilkadziesiąt lat temu, co utrudnia ich pełną identyfikację i rozbudowę zwłaszcza na obszarach miejskich. Ponadto podziemna infrastruktura miejska zagęszcza się, a jej konserwacja i rozbudowa wymaga informacji i konsultacji kilku instytucji.

Inteligentne miasta to systemy zapewniające powszechny dostęp do usług i platform. Znaczenia nabiera w tym kontekście zagadnienie zgodności standardów różnych rodzajów formatów danych i transmisji oraz technik interfejsów komunikacyjnych dla użytkowników i służb komunalnych. Na rynku nie ma otwartego i powszechnie stosowanego standardu komunikacji w zakresie transmisji danych. Wiele firm i ekspertów rozwija możliwości komunikacji przewodowej i bezprzewodowej oraz protokołów komunikacyjnych, które ułatwiają interoperacyjność. Umożliwiają one ilościowe i jakościowe pomiary wody pod kątem poprawy infrastruktury wodnej w celu utrzymania niezawodności operacyjnej, dostarczają danych do optymalnego profilowania konsumentów, pozwalają zarządzać środowiskiem i optymalizują reakcje na sytuacje awaryjne. Prowadzone są badania i wdrożenia systemu IoT służącego do monitorowania zużycia wody oraz identyfikacji wycieków m.in. z wykorzystaniem technologii impulsowych, technologii rozpoznawania obrazu z mikromodułem kamery oraz optycznej komunikacji przewodowej [5].

Wodomierze i komunikacja a ilość i jakość wody

Inteligentne wodomierze stają się na rynku standardem. Preferowane są technologie o niskim zużyciu energii, umożliwiające komunikację na duże odległości i mające tanie komponenty oraz otwarty standard – m.in. LoRa, NB-IoT, Sigfox, Weightless, Telensa, Ingenu i Dash [6].

O ile prace badawcze nad wodomierzami i komunikacją są stosunkowo rozwinięte i korzystają z najnowszych osiągnięć technik pomiaru i rozliczeń (zwłaszcza energii elektrycznej czy gazu), nie ma niestety wielu danych nt. technik pomiaru jakości wody w sieci i stanu rurociągów oraz armatury. Woda jest badana i to skrupulatnie, ale na etapie uzdatniania i kierowania do sieci z ujęć i stacji uzdatniania oraz zbiorników. Chociaż dostępne są rozwiązania umożliwiające pomiar parametrów jakości wody w przewodach, występują trudności we wdrażaniu ich na dużą skalę [5]. Obiecujące wydają się prace nad „detektorami jakości wody” – z detekcją PH, właściwości utleniających i redukcyjnych, przewodności elektrycznej, mętności i temperatury – oraz technikami ich komunikacji z system nadrzędnym. System taki ma być docelowo tani, nie wymagać obsługi na miejscu i automatycznie monitorować jakość wody. Ma też umożliwiać wymianę detektorów i oprogramowania, ale musi korzystać z zasilania bateryjnego [7]. Prowadzone są też prace nad technologiami wykorzystywanymi na potrzeby monitoringu jakości wód w rzekach i zbiornikach. Spośród problemów we wdrażaniu technologii pomiaru jakości wody płynącej w przewodach wymieniana jest głównie kalibracja detektorów i ich stosunkowo szybka degradacja [5].

Infrastruktura sieciowa a dane z wodomierzy

Sieci wodociągowe, podobnie jak energetyczne, ciepłownicze czy gazowe, obciążane są okresowo i cyklicznie, a rozbudowa miast powoduje ich stałe przeciążanie z powodu rosnącego zapotrzebowania na uzdatnioną wodę do celów spożywczych i higienicznych oraz przemysłowych. Z kolei na terenach wiejskich i rolniczych zachodzą często inne procesy – maleje zapotrzebowanie na wodę zdatną do spożycia, a rośnie na potrzeby rolne i nawadniania. Sieci dystrybucyjne muszą być bardziej wydajne dzięki ograniczaniu strat, a konsumenci powinni się przyczyniać do zmniejszania zużycia wody.

W gospodarowaniu wodą ważne jest też to, czy dane pochodzą z budynków wielorodzinnych, gdyż w ich przypadku dostawca dysponuje informacją o zużyciu ogólnym, a nie poszczególnych mieszkań, co nie sprzyja wdrażaniu technologii analitycznych czy Smart City. Dla stabilnego działania infrastruktury komunalnej, w tym sieci wod-kan, znaczenie mają wiarygodne dane przypisane do konkretnych odbiorców. Technologie samouczenia się i z czasem samodzielnego podejmowania decyzji z wykorzystaniem IoT oraz AI wymagają zmian ułatwiających precyzyjne profilowanie konsumentów. To kolejne wyzwanie stojące przed administracjami budynków, branżą wod-kan i dostawcami technologii pomiarowych, ale też przed władzą ustawodawczą, która powinna nakreślić ramy prawne dla wymiany i przetwarzania danych. W literaturze naukowej znaleźć można sporo publikacji na temat zużycia wody w miastach, ale dotyczą one w większości dużych obszarów, a tylko nieliczne – konkretnych obiektów. Przybywa jednak budynków certyfikowanych, np. w ramach certyfikacji LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), o którą zabiegają inwestorzy obiektów przeznaczonych na wynajem, głównie biurowych. W przypadku takich inwestycji dane służą do określenia zużycia wody przez każde urządzenie, co umożliwia szeroką identyfikację złożonych wzorców zużycia [10]. Szczegółowe dane w zarządzaniu łańcuchem dostaw wody są kluczowe dla rozwoju zarządzania jej zasobami, a urządzenia pomiarowe odgrywają kluczową rolę w rozwijaniu różnych usług inteligentnych miast.

Nad czym pracują naukowcy?

Trud przeglądu całej literatury naukowej dotyczącej inteligentnych wodomierzy w skali globalnej w celu zrozumienia trendów badawczych w tej dziedzinie podjęli niedawno naukowcy z Hiszpanii [9]. Jako główne źródło danych wykorzystali bazę danych Scopus. Analiza materiałów była wieloetapowa i skupiona na publikacjach związanych z inteligentnymi wodomierzami oraz ich praktycznym zastosowaniem. Wynika z niej, że liczba artykułów na ten temat wykazuje tendencję wzrostową, w latach 2000–2022 powstało 2825 publikacji, a wyraźne zwiększenie ich liczby nastąpiło od roku 2010.

Autorzy analizy przyjrzeli się też rozkładowi artykułów o inteligentnych wodomierzach pod względem kategorii naukowych i wykazali jednoznacznie interdyscyplinarny charakter prowadzonych badań (rys. 1). Dominuje „inżynieria”, co wskazuje na aspekty techniczne, czyli projektowanie i wdrażanie technologii inteligentnych pomiarów. Drugim obszarem jest „informatyka”, czyli rola metod zbierania i analizy danych oraz systemów informatycznych. Kategoria „energia” wskazuje z kolei, że technologia inteligentnych wodomierzy ma wpływ na zużycie energii i potencjał jej oszczędzania. Natomiast „nauka o środowisku” pokazuje, że inteligentne opomiarowanie zużycia wody wpływa na ochronę jej zasobów i ekosystem. „Matematyka” informuje o modelowaniu i analizie danych, „fizyka” o badaniach nad technologiami czujników i przetwarzaniem sygnałów, a „nauki społeczne” o społecznych skutkach wdrażania inteligentnych wodomierzy. Ta ostatnia kategoria wskazuje również na wpływ technologii na procesy decyzyjne związane z wdrażaniem i użytkowaniem nowoczesnych wodomierzy oraz kwestie ekonomiczne, polityczne i bezpieczeństwa.

Autorzy analizowali publikacje także pod kątem krajów i podmiotów. Liderami są: USA (448 publikacji), Indie (332) i Chiny (267), a po nich Wlk. Brytania, Norwegia, Niemcy i Włochy oraz Australia. Z analizy wynika również, że rozwinięta jest współpraca pomiędzy ośrodkami naukowymi i angażują się w nią prestiżowe uczelnie. Powiązania te ujawniły szeroki zakres zainteresowań badawczych oraz multidyscyplinarny charakter prowadzonych badań.

Światowe trendy badawcze

Jak informują hiszpańscy badacze [9], w analizowanych publikacjach skupiano na najczęściej na takich zagadnieniach, jak: inteligentna sieć, internet rzeczy (IoT), uczenie maszynowe, oszczędność wody, woda w budynkach mieszkalnych, bezprzewodowe sieci czujników, BIG Data czy Smart City. Wskazuje to na duże przenikanie się analityki danych i działań na rzecz ochrony środowiska oraz rosnące znaczenie analiz w dużej skali i planowania urbanistycznego, a także analiz w skali mikro (konsumentów).

Kolejna grupa zagadnień poddawanych analizom obejmuje m.in.: inteligentną sieć wodociągową, automatyczny odczyt liczników, reagowanie na zapotrzebowanie, zarządzanie energią i bezpieczeństwo – co wskazuje na szerokie badania nad wzajemnie powiązanymi tematami inteligencji sieciowej, efektywności energetycznej oraz aspektów bezpieczeństwa.

Autorzy [9] przeanalizowali materiały także pod kątem trendów badawczych. Dokonujący się w ostatnich dwóch dekadach postęp w zakresie inteligentnych pomiarów doprowadził do niemal ciągłego monitorowania zużycia wody. Obfitość dostępnych danych umożliwia tworzenie strategii i modelowanie oraz efektywne zarządzanie zasobami wód i sieciami dystrybucji. W ten obszar wkracza internet rzeczy (IoT), co stwarza bardzo szerokie możliwości, ale i wyzwania w zakresie bezpieczeństwa. Skomputeryzowana kontrola sieci stanowi bowiem wyzwanie pod względem podatności na włamania, dlatego wdrażane są skuteczne rozwiązania ochrony danych oraz ich przetwarzania z zachowaniem prywatności użytkowników. Kolejny trend badań obejmuje zarządzanie ogromnymi ilościami danych i wdrażanie inteligentnych algorytmów pozyskiwania informacji, przetwarzania danych i szybkiego działania w rozległych sieciach, także energii elektrycznej i gazu ziemnego. Ważnymi trendami są również techniki wykrywania usterek i kontroli zanieczyszczeń oraz sektoryzacja sieci w celu upraszczania analiz poprzez badanie jej mniejszych elementów. Bada się także kwestie energetyczne przygotowania c.w.u. i źródeł energii do tych procesów. Spore nadzieje daje szybko rozwijające się uczenie maszynowe, szczególnie w zarządzaniu sieciami dystrybucyjnymi, co pozwoli w przyszłości rozwiązywać złożone problemy w czasie rzeczywistym.

Kolejny kierunek badań obejmuje kryzys wodny i zagrożenia związane z niedoborem zasobów, identyfikowane jako bezpośrednie konsekwencje ograniczonych opadów oraz tradycyjnych metod nawadniania i nieefektywnych systemów monitorowania oraz kontroli w rolnictwie. W tym kontekście uwagę zwracają niekonwencjonalne źródła wody – woda odsolona i odzyskana woda do celów rolniczych, a także inteligentne sterowanie nawadnianiem i oszczędność wody przy zachowaniu wydajności procesów w rolnictwie.

Według autorów [9] z trendów badawczych wynikają ważne wyzwania, przed jakimi stoimy w obszarze gospodarki wodą, a na które nie zawsze zwracamy należytą uwagę – monitorowanie wód gruntowych i inteligentna kontrola nawadniania. Są to krytyczne obszary badań, o dużym potencjale dla wszechstronnego zrozumienia konsekwencji zarządzania zasobami wodnymi. Woda odsolona i woda odzyskana umożliwiają bowiem dywersyfikację strategii zaopatrzenia w to medium oraz budowę bardziej odpornych i zrównoważonych systemów zaopatrzenia.

Warto tu zwrócić uwagę na fakt, że w ostatnich latach sporo sygnałów wskazywało na narastanie stepowienia terenów w centrum kraju, m.in. na lekkich glebach w woj. łódzkim, Wielkopolsce i na styku z Kujawami. Z uwagi na zmiany klimatu oraz wielkości opadów w skali roku, a zwłaszcza niskie pokrywy śniegu, rośnie ryzyko spadku zasobów wód poziemnych na wielu obszarach, w tym o wysokiej kulturze rolniczej. Tym samym nie powinniśmy traktować wód podziemnych jak niewyczerpanych zasobów odnawialnych, lecz dążyć do zwiększania zasobów wód powierzchniowych, zwłaszcza dla rolnictwa i przemysłu.

Jak pozyskiwać środki na inwestycje w nowe, inteligentne technologie

Z przeglądu literatury dotyczącej inteligentnych wodomierzy można też wyczytać, że nauka nie wyprzedza zbytnio tego, co już oferuje rynek, ale doskonali i integruje różne technologie dzięki rozwojowi technik komunikacji pomiędzy urządzaniami oraz zwiększa efekty synergii zwłaszcza dzięki analizie danych. Nowością są badania nad tanimi i trwałymi rozwiązaniami do monitorowania jakości wody w sieci, w tym oceny stanu technicznego rurociągów i armatury.

Na rynku dostępne są wodomierze z funkcjami zdalnego odczytu i komunikacji dwustronnej. Producenci (np. Apator, Bmeters, Itron czy Metrona) stale prowadzą działania na rzecz zakładów wod-kan, spółdzielni i wspólnot zmierzające do optymalizacji systemów pomiarowych. Powstaje też prężny sektor usług doradczych, audytorskich i wykonawczych dla mediów komunalnych i energetyki (np. firmy WES – Water Energy Systems).

Dla działań firm komunalnych ważna jest wiedza o optymalizacji wyboru wodomierzy – dostawcy i doradcy techniczni podkreślają, że jest to podstawowy warunek zwiększania przychodów przedsiębiorstw wodociągowych. Zanim podjęta zostanie decyzja o przeprowadzaniu dużych inwestycji w monitoring i strefowanie oraz GIS, konieczna jest praca u podstaw, czyli optymalizacja doboru wodomierzy. Firma WSE wdrożyła np. w Bydgoszczy, Częstochowie, Gdańsku, Kołobrzegu, Łodzi, Katowicach, Rzeszowie czy Krakowie rozwiązania opierające się na założeniu, że natężenie przepływu wody można opisać funkcją zależną od objętości zużywanej wody, liczby lokali oraz liczby obsługiwanych mieszkańców. I w zależności od sposobu użytkowania obiektu, jego funkcji i zabezpieczenia ppoż. można podać q3/qn i R wodomierza optymalnego dla danego podłączenia wodociągowego oraz wyliczyć straty wody i dodatkowy przychód wynikający z zastosowania nowego urządzenia. Z praktyki audytorskiej tej firmy wynika, że warto skupić się na początku na tym, jaka sumaryczna objętość wody fakturowana jest przy wykorzystaniu wodomierzy różnych średnic – zdarza się, że tylko 10% tych urządzeń odpowiada za ponad 50% przychodów dużych przedsiębiorstw. Z kolei w mniejszych zakładach i podmiotach trzeba zwracać uwagę na mniejsze średnice. Już tylko takie analizy pozwalają zidentyfikować potencjał zwiększenia przychodów o 5–10%.

Zwiększanie przychodów dzięki optymalizacji wodomierzy (a nie tylko skupianie się na ograniczaniu strat wody) pozwala także firmom inwestować we wdrażanie inteligentnych technologii. W branży znane są przypadki, że optymalizacja kilkunastu tysięcy wodomierzy zwróciła się w rok, dając w kolejnych latach dodatkowe przychody w wysokości ponad 2 mln zł rocznie. Są to już znaczące środki na wdrażanie inteligentnych technologii zdalnego odczytu i komunikacji, analizę danych oraz usprawnienie fakturowania, a zwłaszcza sprostanie wymaganiom prawnym [14].

Wodomierze, nakładki, transmisja danych i programy

Działaniom na rzecz optymalizacji urządzeń pomiarowych sprzyja szeroka oferta rynku wodomierzy do wody zimnej i ciepłej. Są to urządzenia o wysokich parametrach metrologicznych przystosowane do zdalnego odczytu, o różnej konstrukcji w zależności od przeznaczenia i warunków eksploatacji. Nasze prawo nie określa precyzyjnie, jak należy dobierać wodomierze, podaje tylko ogólne warunki, takie jak uwzględnienie szacowanego strumienia objętości, ciśnienia oraz właściwości fizycznych i chemicznych medium. Pomoce w postaci wzorów obliczeniowych mogą pochodzić z lat 90. i zawyżają wielkość wodomierzy, a to powoduje ryzyko ponoszenia nieuzasadnionych kosztów i obniża dokładność danych pomiarowych. Nie zawsze i wszędzie konieczne są najdroższe i najdokładniejsze wodomierze przy minimalnych i maksymalnych przepływach.

Poza metrologią, którą regulują przepisy (zakresy pomiarowe wg dyrektywy MID), funkcjonują inne kryteria podziału wodomierzy. Dostępne są wodomierze mechaniczne i cyfrowe – w pierwszych woda napędza wirnik, a w drugich przepływ mierzą czujniki fal ultradźwiękowych lub elektromagnetycznych. Z uwagi na kształt wirnika można je podzielić na wodomierze śrubowe do dużych i zmiennych przepływów oraz wodomierze skrzydełkowe do przepływów małych. Na podstawie kryterium liczby strumieni wody przepływających przez komorę wodomierza wyróżniamy wodomierze jednostrumieniowe (pojedynczy strumień wpada i porusza wirnik) oraz wielostrumieniowe. Te pierwsze są w mniejszym stopniu narażone na zabrudzenia wody, ale też mniej odporne na uderzenia hydrauliczne. Z kolei drugie są odporne na uderzenia, ale bardziej wrażliwe na zabrudzenia i osady. Według kryterium sposobu poruszania się wirnika wyróżniamy wodomierze suchobieżne i mokrobieżne. Pierwsze mają dwie komory, w tej z wodą znajduje się wirnik, a w suchej liczydło, natomiast w wodomierzach mokrobieżnych wirnik i liczydło umieszczone są w jednej komorze.

Producenci wodomierzy oferują do nich nakładki z różnymi standardami komunikacyjnymi. W ostatnim czasie w dużych aglomeracjach rozwijana jest technologia LoRaWAN, którą samorządy wykorzystują do różnych usług i zadań, jak np. systemy informacyjne dla komunikacji miejskiej i zarządzania parkingami. LoRaWAN to łączność radiowa w zakresie bezpłatnego pasma 868 MHz, obiecująca także w kontekście tworzenia infrastruktury komunalnej i energetycznej przepływu danych w Smart City. Inne technologie też wydają się mieć w przyszłości rację bytu ze względu na wiele atutów i możliwość włączenia w systemy smart, które korzystają z różnych danych i protokołów komunikacji. Ważne jest, w jaki sposób dane te będą gromadzone i wykorzystywane przez oprogramowanie analityczne, w tym systemy rozliczeń.

Oprogramowanie, czyli mózg systemu, stale i dynamicznie się rozwija. Ważne są nie tylko rozbudowane możliwości analityczne, ale także prosta obsługa i niezawodność, tak aby zarządca sieci wodociągowej czy administrator instalacji w budynku miał pełną kontrolę nad systemem opomiarowania i rozliczeń. W codziennej pracy ważny jest bowiem szybki dostęp do informacji o obsłudze rozliczeń, monitorowanie parametrów sieci, graficzna prezentacja danych w postaci funkcjonalnych wykresów, tabel i raportów tekstowo-graficznych, wykrywanie ponadnormatywnego zużycia, niedziałających czy niewłaściwie zainstalowanych wodomierzy, informacje o nieautoryzowanych ingerencjach itp.

Modele sieci wodociągowych

To coraz częściej wybierane narzędzia do cyfrowego odwzorowania hydrauliki sieci w układzie możliwie zbliżonym do warunków rzeczywistych. Model pozwala na symulacje i analizy pracy sieci oraz testowanie i porównywanie różnych rozwiązań i scenariuszy [15]. Daje duże możliwości optymalizacji decyzji eksploatacyjnych, a zwłaszcza inwestycyjnych. Można na nim przeprowadzać m.in. symulacje pracy sieci w fazie koncepcyjnej dla rozbudowy sieci, przyłączanie nowych odbiorców o różnym charakterze (zakład przemysłowy, budynek wielorodzinny itp.), wprowadzanie nowej armatury – np. regulatorów ciśnienia lub przepływu, wyznaczanie stref DMA oraz PMA, symulacje awarii, trybów pracy w warunkach poboru na cele ppoż., wyznaczanie częstotliwości i zasięgu płukania, typowanie miejsc z ryzykiem wystąpienia nietypowych zjawisk (wycieki, przymknięte zasuwy itp.). Stworzony model poddawany jest kalibracji w warunkach rzeczywistych, m.in. przy użyciu rejestratorów ciśnienia oraz przepływu i ciśnienia. Modelowanie może być jednym z elementów audytu i optymalizacji sieci wodociągowej. Audyt może obejmować także m.in. weryfikację wielkości i typów wodomierzy, o czym była mowa wyżej, wybór systemu odczytu, strefowanie, monitoring sieci, wdrożenie GIS, regulację ciśnienia, lokalizację nieszczelności w obrębie stref. Zakres tych działań powinien być określany indywidualnie w odniesieniu do potrzeb danego zakładu wod-kan, z uwzględnieniem powiązań między różnymi obszarami pracy przedsiębiorstwa oraz podejścia systemowego [15].

Istotnym elementem takich działań może być GIS (Geographic Information System), czyli system do zbierania, przechowywania, analizy oraz wizualizacji informacji przestrzennych. Każdy element sieci można opisać za pomocą precyzyjnych danych lokalizacyjnych oraz informacji technicznych istotnych dla działań projektowych i eksploatacyjnych. GIS umożliwia praktyczną inwentaryzację sieci oraz gromadzenie informacji w jednej bazie, do której dostęp jest łatwy i szybki. Przyspiesza to i ułatwia także usuwanie awarii. GIS może być integrowany z modelem hydraulicznym sieci oraz systemem eBOK – elektronicznego biura obsługi klienta. Możliwa jest też integracja ze SCADA (Supervisory, Control And Data Aquisition), czyli oprogramowaniem do zbierania, przetwarzania i wizualizacji danych procesowych – niczym w centrum kontroli lotów czy aerodromie kosmicznym.

Literatura

1. Ustawa z dnia 20 kwietnia 2021 r. o zmianie ustawy o efektywności energetycznej oraz niektórych innych ustaw (DzU 2021, poz. 868)

2. Dzimińska Paulina, Stańczyk Justyna, Pałczyński Krzysztof, Licznar Paweł, Andrysiak Tomasz, Potencjał algorytmów inteligencji obliczeniowej w interpretacji rozproszonych danych wodomierzowych, „INSTAL” 1/2024, DOI:10.36119/15.2024.1.5, https://informacjainstal.com.pl/wp-content/uploads/2024/02/Instal-1_2024-strony-6-2.pdf

3. Average Daily Water Usage, https://www.theworldcounts.com/stories/average-daily-water-usage

4. Deploying Full Water Metering at the Household/Final User Level, Green Best Practice Community, https://greenbestpractice.jrc.ec.europa.eu/node/586 

5. Syrmos Evangelos, Sidiropoulos Vasileios, Bechtsis Dimitrios, Stergiopoulos Fotis, Aivazidou Eirini, Vrakas Dimitris, Vezinias Prodromos, Vlahavas Ioannis, An Intelligent Modular Water Monitoring IoT System for Real-Time Quantitative and Qualitative Measurements, „Sustainability” 2023, 15(3), 2127, https://doi.org/10.3390/su15032127

6. Gu Fei, Niu Jianwei, Jiang Landu, Liu Xue, Atiquzzaman Mohammed, Survey of the low power wide area network technologies, „J. Netw. Comput. Appl.” 2020, 149, 102459, https://doi.org/10.1016/j.jnca.2019.102459

7. Daigavane Vaishnavi V., Gaikwad M.A, Water Quality Monitoring System Based on IOT, „Advances in Wireless and Mobile Communications” 2017, Vol. 10, No. 5, https://www.ripublication.com/awmc17/awmcv10n5_24.pdf

8. Chowdury Mohammad Salah Uddin, Bin Emran Talha, Ghosh Subhasish, Pathak Abhijit, Alam Mohd. Manjur, Absar Nurul, Andersson Karl, Hossain Mohammad Shahadat, IoT Based Real-Time River Water Quality Monitoring System, „Procedia Comput. Sci.” 2019, 155, 161–168, https://doi.org/10.1016/j.procs.2019.08.025

9. Zapata-Sierra Antonio Jesús, Salmerón-Manzano Esther, Alcayde Alfredo, Zapata-Castillo María Lourdes, Manzano-Agugliaro Francisco, The Scientific Landscape of Smart Water Meters: A Comprehensive Review, „Water” 2024, 16(1):113, https://doi.org/10.3390/w16010113

10. Clifford Eoghan, Mulligan Sean, Comer Joanne, Hannon Louise, Flow-Signature Analysis of Water Consumption in Nonresidential Building Water Networks Using High-Resolution and Medium-Resolution Smart Meter Data: Two Case Studies, „Water Resources Research”, 2017, https://doi.org/10.1002/2017WR020639

11. Slaný Vlastimil, Lučanský Adam, Koudelka Petr, Mareček Jan, Krčálová Eva, Martínek Radek, An Integrated IoT Architecture for Smart Metering Using Next Generation Sensor for Water Management Based on LoRaWAN Technology: A Pilot Study, „Sensors”, 2020; 20(17):4712, https://doi.org/10.3390/s20174712

12. Krishnan Siva Rama, Nallakaruppan M.K., Chengoden Rajeswari, Koppu Srinivas, Iyapparaja M., Sadhasivam Jayakumar, Sethuraman Sankaran, Smart Water Resource Management Using Artificial Intelligence – A Review, „Sustainability”, 2022, 14(20), 13384, https://doi.org/10.3390/su142013384

13. Jan Farmanullah, Min-Allah Nasro, Düştegör Dilek, IoT Based Smart Water Quality Monitoring: Recent Techniques, Trends and Challenges for Domestic Applications, „Water”, 2021, 13(13):1729, https://doi.org/10.3390/w1313172

14. https://www.igwp.org.pl/optymalny-dobor-wodomierza-jako-warunek-zwiekszenia-przychodow-przedsiebiorstwa-wodociagowego/

15. Materiały techniczne i poradnikowe firmy WES, https://wes.info.pl/

16. Materiały techniczne firm: Apator Powogaz, Bmeters, Diehl Metering, Ferro, Globe of Things, Itron, Metrona