A hagyományos víz- és szennyvízközmű-rendszereket nem az éghajlatváltozás és a gyors urbanizáció okozta drámaian növekvő igénybevételre tervezték. Ezért az elöregedő infrastruktúrával járó kockázatok - a hálózatok lehetséges meghibásodása és gyenge környezetvédelmi teljesítménye - világszerte komoly gondot jelentenek a vízközműveket üzemeltető vállalatoknak - véli James Chalmers, az ABB Hajtások, Global Water & Waste Water üzletág elnökhelyettese.
A közműcégeken egyre nő a nyomás, hogy csökkentsék a teljes tulajdonlási költségeiket és a magas szivárgási arányt. A szivárgások és vízminőségi problémák korai észlelésére alkalmas valós idejű észlelési- és monitorozási technológiák gyors fejlődése hatékony eszközt nyújt e kihívások kezeléséhez. Az intelligens monitorozási technológiákat hajtások és motorok kombinálásával a víziközmű-üzemeltetők megelőző eszközgazdálkodás-optimalizálási megoldást használhatnak, és a reaktív monitorozásról áttérhetnek a valós idejű rendszerfelügyeltre.
Állapotalapú monitorozás
A világszerte üzemelő villanymotorok közel egyharmadát - főként az energiafelhasználás csökkentése céljából - változtatható sebességű hajtások (VSD-ok) működtetik. Azonban a víz- és szennyvízközmű-alkalmazások esetében egyéb szempontok is a hajtások használata mellett szólnak. Ezek közül kiemelkedik a folyamatvezérlés fontossága (az állandó víznyomás fenntartása, és ezáltal a nagy nyomás miatti szivárgások csökkentése), a nyomásingadozás megelőzése vagy az ivóvíz-kitermelés optimális kihasználása. A hajtások a szivattyú üzemének optimalizálása és az energiamegtakarítás érdekében a szennyvízkezelési alkalmazásokban biztosítják a szivattyú tisztítását, míg ivóvíz-szivattyúzási alkalmazásokban több kaszkádkapcsolt szivattyút képesek egyszerre vezérelni.
E vízközmű-automatizálási termékekkel együtt alkalmazott állapotalapú monitorozási szolgáltatásokkal a felhőn át valós idejű adatok nyerhetők a távoli vízközművek berendezéseiről. Az új módszer lelkét a vezeték nélküli okos érzékelők új generációja adja, amely olcsó, könnyen telepíthető digitális megoldást biztosít.
Az okos érzékelők forradalmasították a motorok karbantartási logisztikáját, mivel segítségükkel az üzemeltetők a távmonitorozással már idejekorán észlelhetik a kezdődő problémákat. Napjainkra már a működési hiba fellépése előtt költséghatékonyan megtervezhetők a karbantartási lépések. Az új megközelítésnek köszönhetően csökken az állásidő, kiiktathatók a váratlan üzemi leállások, és csökkenthető a pótalkatrészek raktárkészlete.
A valós idejű, adaptív viselkedést támogató, beépített intelligenciájú technológia segítséget nyújt a szélsőséges időjárási viszonyok okozta problémák kezelésében is, például amikor a túlzott mennyiségű csapadék vízminőségi és környezeti megfelelőségi problémákat okoz.
A digitális megoldás további előnye, hogy segítségével a szakemberek elemezhetik az érzékelőktől gyűjtött adatokat, majd azok alapján helyesbítő, határozott intézkedéseket dolgozhatnak ki a berendezések élettartamának meghosszabbítása érdekében. Elemezhető és kidolgozható az a legjobb megoldás, amellyel javítható a víz- és a szennyvízközművi berendezések üzemeltetése, legyen szó egyetlen szivattyúállomásról, vagy akár teljes ivóvíz- és szennyvízkezelő telepekről.
Az érzékelők alkalmazásával a hagyományos szivattyúkat intelligens, vezeték nélkül csatlakoztatott berendezésekké lehet fejleszteni. Ez a módszer a szivattyú felületén méri a rezgést és a hőmérsékletet, és a mért értékek alapján hasznos ismereteket nyújt a szivattyú állapotáról és teljesítményéről. A mérések köre kiterjed a szivattyú fordulatszámára, a rezgésre, az egytengelyűségtől való eltérésre, a csapágyak állapotára, valamint a kiegyensúlyozatlanságra is. Ezen túlmenően a szivattyúhoz csatlakozó motorokra rögzített okos érzékelők a motorok kimenő teljesítményének csökkenése alapján észlelni tudják a vízhozam esését is.
A digitalizálás kiterjed a változtatható sebességű hajtásokra (VSD) is. A hajtási adatok a távmonitorozási megoldáson át feltölthetők a felhőbe. Ez lehetővé teszti a hajtás, a motor és a szivattyú adatainak együttes elemzését, az elemzett adatok pedig bepillantást nyújtnak a teljes hajtáslánc állapotába és teljesítményébe.
Bár a vízközmű-üzemeltetők mindig figyelemmel kísérik a hálózatukban bekövetkező változásokat, többek között a csővezeték nyomásának és a szállított vízhozamnak az ingadozását (amelyek az esetleges problémák fellépésére, például dugulásokra és szivárgásokra utalnak), néha mégis előfordul, hogy a rendszerrel kapcsolatos problémáról csak akkor szereznek tudomást, amikor egy fogyasztó csőtörést jelent be. A digitalizálás a lehető legkorábbi figyelmeztetést biztosítja az esetleges problémákkal kapcsolatban. Minél korábban vagy gyorsabban tudják megelőzni a közműcégek a kezelt víz elfolyását, annál jelentősebb megtakarításokat érhetnek el, nem is beszélve a fogyasztói bizalom erőteljes megerősödéséről. A kezeletlen szennyvíz környezetbe jutása komoly problémát okozhat. Ilyen esetben a közműcég bírsággal sújtható, a szennyvíz veszélyt jelenthet az emberek és a vagyontárgyak biztonságára, és komoly csorbát szenvedhet a közművállalat imázsa is.
Mennyire nehéz a digitalizálás bevezetése?
A vízközmű-szektor jelentős lépéseket tett a digitális technológiák hasznosítása irányába. Igaz, még bőven van lehetőség a további előrelépésre. Mivel a technológia gyorsan fejlődik, az okos eszközök ára pedig csökken, nagy lépést lehet tenni a digitális átalakítás irányába.
A meglévő hardver teljes leszerelése valószínűleg nem a legjobb megoldás. A közműcégeknek első lépésben világos stratégiai tervvel kell megalapozniuk az új ökoszisztéma kiépítését. Kezdésként a vízhálózatot különálló, diszkrét zónákra lehet osztani, és meghatározni azokat a lépéseket, amelyekkel kezelhetők az egyes zónákban jelentkező egyedi kihívások. A digitális megoldásokat célszerű fokozatosan, kis lépésekben haladva beépíteni a meglévő technológiai rendszerekbe. E tekintetben az érzékelők ideálisan alkalmazhatók már a kezdő fázisban is, mivel azok motorra, szivattyúra, csapágyra vagy fogaskerék-hajtóműre is feltelepíthetőek. Csatlakoztatásuk és használatuk egyszerű, drága, új rendszerek beszerzése nem szükséges.
Sikeres alkalmazás Szingapúrban
Szingapúrban, a nyüzsgő városállamban a vízközmű-üzemeltető egyetlen kiemelt célra összpontosít: biztosítania kell a gyorsan növekvő, de kevés természeti erőforrással és korlátozott szárazföldi területtel rendelkező metropolisz folyamatosan ellátását tiszta ivóvízzel. A kihívás nagyságát az is növeli, hogy a vízigény a jelenlegi 1500 millió liter/nap vízfogyasztáshoz képest a következő négy évtizedben várhatóan megduplázódik. A magas üzemeltetési költségek, a növekvő energiafelhasználás és a hazai munkaerő szűkössége arra késztette Szingapúrt, hogy új, innovatív megoldásban gondolkodjon.
Az ABB és a Public Utilities Board (PUB), a vízközmű-vállalat, sikeres kísérleti programot hajtott végre, amelynek keretében okos érzékelőket telepítettek a PUB villanymotorjaira és szivattyúira. Az érzékelőktől érkező valós idejű adatok segítségével a közműcégnek sikerült lerövidítenie a hibaelhárítási időt, csökkentenie a szükséges erőforrásokat és az adminisztrációt.
Ezt követően az ABB egy integrált megoldást telepített, 22 okos érzékelővel, távoli állapotfigyeléssel és kiterjesztett valóságú szemüveggel (Microsoft HoloLens), hogy segítse a karbantartást és a képzést. Hat digitális hajtásláncot is telepített, amelyek az érzékelők és hajtások adatait a felhőalapú elemzéssel integrálják az üzemi berendezések teljes láncában: a hajtásoktól és motoroktól kezdve a szivattyúkig és csapágyakig. Az állapotfelügyeleti portál lehetővé teszi a PUB számára, hogy könnyen konfigurálja a hajtásláncokat, és egyetlen portálon keresztül kísérje figyelemmel a kritikus állapot- és üzemi paramétereket. A digitális hajtásláncok figyelmeztetéseket küldenek a kezdődő meghibásodásokról, így a közműcég az idejében végrehajtott lépésekkel csökkenteni tudja a karbantartási költségeket.
Előretekintés
Az okosvárost gyakran a "rendszerek rendszereként" írják le, amelyben a dolgok internetét (IoT) és az analitikát kombinálják a hagyományos infrastruktúrával. Ezek a nagyvárosok az IoT és az analitika alkalmazásával biztosítják a kiváló üzemi hatásfokot, javítják a szolgáltatások színvonalát, a fenntarthatóságot és a gazdaság dinamizmusát. A korábban elkülönülő szektorok, mint az energetika, a közlekedés, a katasztrófa-elhárítás és a vízellátás, az új megközelítésben egymással összehangoltan működnek.
A világ számos nagyvárosában hatalmas lépéseket tesznek abba az irányba, hogy digitalizálják az infrastruktúrák több területét, köztük az energetikát és a közlekedést. A nagyvárosok zöme esetében még várat magára az a lépés, hogy a vízellátást is integrálják az okosváros stratégiájukba és az ezekhez kapcsolódó rendszerekbe. Az erőforrások fokozódó hiánya jelentette fenyegetés azonban egyre több nagyvárost kényszeríthet az intelligens vízgazdálkodási rendszerek bevezetésére.
