Интелигентно отчитане на водопотреблението

Управлението на питейнобитовото водоснабдяване е изправено пред ключови препятствия, отчасти свързани с традиционните водомери, капиталовите и оперативните разходи, загубата на вода поради течове и други повреди в системата. Решението се крие в събиране и използване на точни данни, които интелигентното измерване на водопотреблението може да предостави за намаляване на оперативните разходи, идентифициране на проблеми с производителността, подобряване на обслужването на клиентите и по-добро приоритизиране на инвестиции в инфраструктурата. Цифровите водомери отвеждат водоснабдителните услуги в света на интернет на нещата (IoT) и анализа на „големи данни“. Те имат потенциал да изградят по-ефективни процеси, да дадат възможност за предлагане на нови продукти и услуги, да отложат скъпите капиталови разходи и да постигнат опазване на водата.

Текст: списание Инфрабилд

Услугите по водоснабдяване в Европа днес са поставени в контекст, занимаващ се с ключови предизвикателства като недостиг на вода, икономически проблеми и остаряла инфраструктура. На глобално ниво прогнозите на Организацията на обединените нации за световното население са то да достигне 9,8 милиарда до 2050 г. С нарастването на населението и икономическото развитие се очаква глобалното търсене на вода да нарасне значително и повече от 40% от световното население може да бъде подложено на силен воден стрес до 2050 г. Този растеж на населението и изменението на климата ще представляват значителни предизвикателства за управлението на водите и ще увеличат натиска на водоснабдяването, което ще доведе до заплахи за градската водна сигурност в градовете с недостиг на вода.

Въпреки че у нас с нарастване на населението могат да се похвалят малко градове, за тях потенциалът е в бъдеще да концентрират все повече хора. От друга страна, на местно ниво ние имаме населени места с недостиг на вода както и курортни селища с неравномерно разпределение на водопотреблението във времето. Различни водоснабдителни предприятия се борят да поддържат стабилно водоснабдяване по време на недостиг на вода или в периоди на пиково търсене, без информация за потреблението на вода в реално време. В такива случа са необходими данни за водопотреблението в реално време, за да се идентифицира ползването и да се подобри ефективността на водоснабдителните дружества, а наред с това и обслужването на клиентите.

Какво налага преминаването към интелигентни водомери

Сградите и потребителите получават комунални услуги като снабдяване с природен газ, топлоенергия, електричество и вода чрез комунални дружества. Тези ресурси се управляват внимателно, за да се гарантира устойчивост. Потреблението на клиента се записва за изготвяне на фактури и таксуване, както и за прогнозиране на търсенето. Клиентите, които имат обикновен водомер, за да бъдат таксувани според потреблението си, трябва да допускат в домовете си служител от водоразпределителното дружество, който да записва ръчно показанията на водомера. Този процес отнема време, неточен е и е податлив на манипулиране и кражби. За да решат тези проблеми, комуналните компании насочват вниманието си към технологии, които позволят автоматично отчитане на измервателните уреди. Чрез използването на нови технологии, електромерите се превръщат в интелигентни сензорни възли, част от сензорна мрежа, която комуникира с център за съхранение на данни и централизирано управление.

Интересът към интелигентното измерване на вода се появи в началото на този век, когато се наложи водоснабдяването да реагира на глобалните тенденции за използване на подробни данни и анализи в почти реално време, за да предоставя по-предсказуеми и проактивни услуги. Основа за такива услуги са технологиите за автоматично отчитане на водомери и усъвършенстваната инфраструктура за измерване. Те дават решение на споменатите по-горе трудности като използват интелигентни измервателни уреди, които са инсталирани в тръбопроводите и събират данни в реално време за консумацията на вода. Впоследствие тази информация се изпраща до облачна платформа, след което данните се анализират и обработват, за да бъдат визуализирани от потребителя, съответната разпределителна компания или държавен орган чрез специално приложение. С тази система е възможно да видите разбивка на потреблението на вода и да получите алармени сигнали за аномалии в потреблението и течове.

Ползи за водоснабдяването от интелигентните водомери

Напоследък интелигентното измерване на водопотреблението се очертава като жизненоважен инструмент за управление на търсенетона вода в отговор на редица променливи, включително социално-демографски фактори, климатични промени и други глобални и регионални фактори. Много водоснабдителни дружества и национални правителства прилагат интелигентно измерване за преодоляване на досегашните ограничения в управление на доставките. По този начин, чрез данните за използването на водата в интелигентната система, получават по-добра диагностика, по-точно приоритизиране на проблемите и оптимизиране на всички аспекти на водоразпределителната мрежа. Предимствата от интелигентното измерване са както за водоразпределителните дружества, така и за крайните потребители.

Може би едно от най-атрактивните предимства е възможността за намаляване на разходите за енергия и вода, предвид ранното откриване на течове, отворени кранове и измами. Освен това предприятията могат да оценяват нуждите на различни потребители, да прогнозират търсенето и съответно да подобряват управлението на доставките. Предоставя се детайлност на данните и идентифициране по-конкретно от всякога кога, къде и защо се използва вода. Сред основните ползи са дистанционно наблюдение на потока и разпределението на вода, достъп в реално време до информация за потреблението на вода и фактурирането. Така се събират по-точни показания, използвани за повишаване ефективността при използване на водата и нейното опазване.

Типове интелигентни водомери - избор 

Интелигентните водомери могат да бъдат разработени с помощта на различни технологии. Изборът на технология зависи от няколко водещи фактора като цена, мащаби и изисквания за мрежа, други изисквания в конкретната ситуация - дали съществуващите водомери ще се модернизират или старите ще се заменят с нови. Интелигентните водомери измерват водния поток, като използват главно два подхода: обработка на изображения или използване на сензори. Обработката на изображението на дисплея на измервателния уред позволява лесно модернизиране на съществуващи аналогови измервателни уреди, докато подходите базирани на сензори използват или магнитни, или капацитивни сензори.

Конвенционалният водомер използва механична структура, при която водният поток задвижва зъбни колела, които от своя страна движат стрелка върху панел с нанесена скала. Когато водният поток се записва с помощта на описаната проста механична конструкция, измервателният уред не изисква електрическо захранване. Това обаче налага стойностите на измервателния уред да се записват ръчно.

Интелигентните водомери, които позволяват текущите измерени стойности да се отчитат и предават от разстояние, черпят електричество. Именни затова при избора на интелигентен водомер от съществено значение е енергийната ефективност. Според последните промени в Закона за енергетиката, обн. ДВ 21/12.03.2021 г., с които са въведени изискванията на Директива (ЕС) 2018/2002 на Европейския парламент и на Съвета относно енергийната ефективност, за отчитане консумацията на топла вода задължително се монтират само дистанционни водомери.

Принципи на интелигентното отчитане

Интелигентното (цифрово) измерване на водопотреблението може да използва технологията за автоматично отчитане на измервателни уреди (Automated Meter Reading, AMR), при която локалните измервателни уреди се отчитат от мобилни, ръчно пренасяни четци или от четци в превозни средства (Walk-By/ Drive-By readers) при преминаване на разстояние от водомерите. Четците представляват приемници за безжично улавяне на сигналите, предавани от усъвършенстваните измервателни уреди. Данните от приемниците се предават в облак и централна система за събиране и обработка на данните. Интервалът на записаните данни се определя от периода между преминаване или шофиране с четец в близост до водомера. При технологиите walkby/drive-by предаването на данните от водомерите не е директно към централната база данни, а има нужда от персонално обслужване за пренасянето на приемниците.

Друга технология - тази на усъвършенстваната измервателна инфраструктура (Advanced Metering Infrastructure, AMI) добавя комуникационен слой, който автоматично отчита измервателните уреди на фиксирани интервали, обикновено на час, и предава данните към облак и централна система за събиране и обработка на данните. В този случай не е необходимо обслужващ персонал да пренася четец и да преминава на някакво разстояние от измервателните уреди. Колкото по-сложна е технологията, толкова по-високи са разходите за създаване и експлоатация. Отчитането на данните на всеки час генерира около 2200 показания на тримесечие, което е много повече сравнено с единична стойност, записана при конвенционалното ръчно отчитане на водомера. Функцията за фактуриране взема цифровото отчитане на определена дата и час от цикъла за фактуриране на сметката.

Големият, постоянно нарастващ набор от данни отваря света на „големите данни“ за водоснабдителните компании. Така те вече могат да предприемат извличане на данни, за да разберат по-добре своя бизнес, което води до по-информирано планиране и опериране, спестяване на разходи и предлагане на нови продукти и услуги за клиентите. При необходимост от информация, не се налага потребителите да се свързват с компанията и да бъдат обслужвани от нея, тъй като интелигентното отчитане им дава възможност да преглеждат данните си директно, т. е. за да получат информация те се обслужват сами. Това е голямо облекчение за работата на водоразпределителните компании и в същото време удобство за клиентите.

Мобилно дистанционно отчитане Walk-By

При отчитане на водомерите с метода Walk-By, данните от измервателните уреди се събират с помощта на ръчно преносим приемник докато преминавате извън сградата или в нейни общи зони. Данните могат да се предадат в облак или да се съхраняват на компютър (например таблет). Това предлага две решаващи предимства: вече не са необходими срещи с клиенти и достъп до апартаменти или офиси. Усъвършенстваната система елиминира необходимостта от физически достъп или визуална проверка на водомери. Освен това електронното отчитане на данни елиминира възможните грешки при въвеждане на данни. Автоматизираните дистанционни системи Walk By са проектирани за рентабилно, ефективно и интелигентно събиране на данни от водомери на места, които не са достъпни за превозни средства.

Мобилно дистанционно отчитане Drive-By 

Популярното решение за събиране на данни Drive By осигурява ефективно покритие на показанията на водомери на големи площи в много кратки времеви интервали. С помощта на дистанционно отчитащо устройство, инсталирано в превозно средство, системата Drive By може да отчита повече от хиляда водомера на час в крайградски район и много повече в райони с високи сгради. Водомерите се отчитат ефективно и надеждно, дори когато са монтирани в подземни зони. Специализиран софтуер за навигация помага за проектиране на най-ефективните маршрути за отчитане, като по този начин спестява разходи за гориво и труд и намалява въглеродния отпечатък.

Използването на AMR генерира огромен непрекъснат поток от данни, които трябва да се обработват правилно, преди да бъдат постигнати ползите от прилагането на аналитични инструменти към този поток от данни. Необходима е и мащабируема комуникационна архитектура за справяне с голямото количество възли в интелигентната комунална мрежа. Чрез активиране на автоматично отчитане на измервателния уред с използването на интелигентни електромери, комуналните компании получават няколко предимства. AMR им позволява да внедряват автоматизирани системи за фактуриране, да наблюдават предлагането и търсенето в реално време, да предоставят дистанционно управление на измервателните уреди, да откриват кражби и неизправности. AMR системата може също да бъде разширена, за да измерва не само количеството на водата, но и нейното качество.

Когато възникне недостиг на вода, комуналните компании често реагират с активиране на ограничения за водоползването, като например забрана за поливане на градини извън определени периоди от време. Без никакви данни за потреблението на вода в реално време, може да бъде трудно да се определи дали потребителите нарушават тези ограничения, но именно AMR може да служи като източник на данни за разрешаване на проблема.

Дистанционно отчитане с фиксирана мрежа

Още по-напреднала технология, която спестява време, труд и пари от пътуване до сградите, е дистанционното предаване на данни, чрез допълнителни стационарни комуникационни устройства на така наречената усъвършенствана измервателна инфраструктура, AMI. Те събират всички данни от измервателните уреди и след това ги правят достъпни чрез дистанционно предаване.
Данните се прехвърлят бързо и сигурно, като се качват на сървър и могат да се изпращат на имейл адреси чрез GPRS. Обикновено се осигурява оперативна съвместимост между устройства от различни производители за надграждане на системите по всяко време.AMI може да осигури отдалечена и постоянна двупосочна връзка за данни между комунални услуги, измервателни уреди и потребители.

Комуникациите се доставят чрез различни технологии, включително комуникации по електропроводи (PLC технология), оптичен кабел, широколентов кабел, безжична радио-комуникации и клетъчни мобилни мрежи.
Чрез комуникационна инфраструктура от концентратори, ретранслатори и шлюзове, данните се предават между измервателния уред и се насочват към аналитичен софтуер, който може незабавно да задейства предварително определени сигнали. Така се генерира точно фактуриране, както и модели на потребление на ниво домакинство, квартал и район. Информация се подава до друг помощен софтуер като GIS (географски информационни системи) и SCADA системи за отдалечено управление на автоматизирани процеси, отдели за обслужване на клиенти, помпени станции и резервоари. Освен за наблюдение на текущото състояние на потреблението на вода, данните могат да допринесат за хидравлично моделиране, за да помогнат за прогнозиране на резултатите и промените в разпределението на водата