Table of Contents
אימפולסיבי לרשתות מים הסתגלות בעידן העיר החכמה
תשתיות מים עירוניות עומדות על צומת דרכים.עבור יותר ממאה שנים, רשתות מים עוצבו כמערכות ליניאריות, סטטיות: מקור, טיפול, הפצה ושחרור.עם זאת, הופעתה של טכנולוגיות עיר חכמות – אשר נקבעו על ידי חישה נצנות, נתונים בזמן אמת, אינטליגנציה מלאכותית, ושליטה אוטומטית - דורש חשיבה יסודית של איך מים מנוהלים.
הנתחים גבוהים יותר.הזדקנות צינורות, גידול האוכלוסייה, בצורת אקלים ושיטפונות, ותקנות סביבתיות קפדניות יותר כל כלי הלחץ לעשות יותר עם פחות.על פי FLT:0U. הסוכנות להגנת הסביבה של ארצות הברית (ראה FLT:1), המים ושתיית המים של האומה ומערכות המים של פסולת עומדים בפני מיליארדים של דולרים בהשקעות הון צריך על פני שני העשורים הבאים.
אתגרים מרכזיים הדורשים פילוסופיה חדשה
לפני צלילה לפתרונות, עלינו להבין את המגבלות שמניעות את עיצוב מחדש של רשתות מים.מערכות מסורתיות היו אופטימיזציה לפעילות של מדינות יציבות והתחדשות מכנית. ערים חכמות מודרניות, עם זאת, מציגות משתנים כי עיצובים סטטיים לא יכולים להתמודד.
תשתיות וניהול נכסים
מערכות הפצה מים רבות במדינות מפותחות הותקנו לפני יותר מ-50 עד 100 שנה. צינורות ברזל קאסטבסט-צ'מנט משתבשים, מפתחים דליפות, וגורמים לשיבושים תכופים של שירות ללא הערכת מצב בזמן אמת, שירותים פועלים עיוורים.ה-FLT:0 [0] אגודות המים האמריקאיות של מחסנים 1:1] מעריכים כי העלות להחליף צינורות מים מזדקנים בארצות הברית לבדה תפעילה טריליון דולר.
שינוי הביקוש ויציבות האקלים
ערים חכמות כוללות אוכלוסיות דינמיות - קומפרס, לוחות זמנים גמישים של עבודה, ואירועים שיוצרים ספייקטים מקומיים בשימוש במים.סימנטלית, שינויי האקלים מביאים לחשים יבשים ארוכים יותר בין סערות אינטנסיביות, מאתגרים הן את אספקת המים והן את ניהול סופה.אחד בגודל אחד של התאמה הידראולית לא נכשל בתנאים אלה.רשתות יש יכולת הסתגלות: היכולת להגדיל את זרימת המחוז אחד תוך צמצום זה, ללא התערבות ידנית.
אבטחת סייבר וריבונות נתונים
כשרשתות מים הופכות ליותר דיגיטציה, הן גם הופכות ליותר פגיעות.התקפות סייבר על כלי מים כבר התרחשו, ממניפולציה מרחוק של דו-קיום כימי כדי לנסח מערכות SCADA מפצחות טכנולוגיות עתידיות, משמעות הטמעת אבטחה ברמות החומרה והתוכנה, לא כאמצעי לאחר שמדכאה.זה כולל תקשורת מוצפנת בין חיישנים ובקרים, מנגנוני עדכון מאובטחים ובקרת גישה קפדנית.
תכונות מפתח של רשת מים חכמה לקריאה
רשתות מים עמידות לעתיד חולקות מספר תכונות בסיסיות המאפשרות להם לארח טכנולוגיות מתפתחות מבלי לדרוש מערכת כוללת.
מעקב בזמן אמת ותיאומים דיגיטליים
(הרכישה של נתונים רצופים היא עמוד השדרה של ניהול מים אינטליגנטי.לחץ טרנספורמטיבי, מונים זורמים, מנתחי איכות מים, וגלאי גלאי דליפה אקוסטיים יוצרים רשת חיישן צפופה המזין לתוך מרכזי FLT:0 דיגיטלית תאום כפול 1 (העתק דינמי של המערכת הפיזית.D.D.D.D.D.D.D.D.D. מאפשר למפעילים לחקות תרחישים (למשל, כשל, בצורת, צריכת, משאבה) ללא פעולות אמיתיות כמו: LT2x) ו-D.
מהירויות ואופטימיזציה אוטומטית
חלפו הימים של שסתום ידני ורשתות מודרניות משלבות את ה-FLT:0 שסתום חכם 1Felot (FLT) עם ממריצים משולבים ו- PLCs להגיב לפקודות ממנועי אופטימיזציה מרכזיים.כוננים בתדר משתנה (VFDs) על משאבות להסתגל למהירות כדי להתאים את הביקוש בדיוק, ניתוק צריכת האנרגיה.
עקרונות עיצוב בר קיימא ומרחביים
רשתות מים חכמות חייבות להיות יעילות לסביבה, כלומר תכנון עבור ההרחבה:0water reusesof ReusesFLT:1, FLT:2 סיעור מים קצירת אדמה 3, ו-FLT:4 שחזור אנרגיה שחזורים אנרגיה מתחדשת:5 לדוגמה, מים פסולת ניתן ליישב מחדש עבור השקיה, קירור תעשייתי, או אפילו שימוש חוזר לאחר טיפול מתקדם של מים זורמים ממתכת (Ricial) וניתן לשלב חיישנים ללא הגבלת זמן של פחמן.
אינטגרציה ללא ים עם פלטפורמות עיר חכמות
רשת מים אינה פועלת בבידוד.זה חייב להחליף נתונים עם מערכות עירוניות אחרות: רשת האנרגיה (לייעל את המשאבה בשעות ה-Fak), תחבורה (כדי להימנע מהפסקת מים עיקריות תחת כבישים), ובטיחות ציבורית (לנושא יועצים מים רותחים) עיצוב API סטנדרטיים ופרוטוקולים פתוחים-נתונים מתחילתם נמנעים מפעולות של רטרופורמיות יקרות לאחר מכן.
אסטרטגיות עיצוב עבור טכנולוגיות עתידיות
תרגום התכונות הללו למציאות הבנויה דורש גישה מכוונת להנדסה ולרכישה.אסטרטגיות הבאות מסייעות להשקעות עתידיות.
תשתיות מודולריות ו Scalable Infrastructure
Utilities צריך להימנע מפתרונות מונוליטיים המנעולים בטכנולוגיה מסוימת במשך 30 שנים. במקום זאת, לאמץ ארכיטקטורה מודולרית: תחנות משאבה שיכולות לקבל יחידות נוספות, לשלוט בקבינטות עם חריצים I / O, צינורות עם יציאות חיישן מוטבע פלוש-הטבע.זה מאפשר שדרוגים הדרגתיים כמו חיישנים חדשים, אקטוטורים, או קצה קצה חישוב מכשירים להיות זמין.
Advanced Data Analytics and Machine Learning
נתוני חיישן Raw הם חסרי תועלת ללא קשר.עיצוב המערכת לתמיכה:0 (אנליזה חדשנית) 1FLT – עיבוד נתונים באופן מקומי כדי להפחית רוחב פס ועוצמה.לדוגמה, חיישן אקוסטי יכול, כשלעצמו, לסווג צליל כמו דליפה מול רכב עובר באמצעות רשת עצבית מאומנים מראש.
חומרים גמישים ונכסים ארוכים
צינורות ואביזרים חייבים לעמוד לא רק בלחץ הידראולי אלא גם ההתקנה של חיישניים מקוונים ואת הרטט מבנייה הקרובה. dutile ברזל, PVC, ו HDPE להישאר פופולרי, אבל חומרים מורכבים מתעוררים מציעים תוחלת חיים ארוכה יותר והתנגדות טובה יותר לכימיה מים אגרסיבית.
בעל מניות משותף
אף ארגון יחיד אינו יכול לבנות רשת מים חכמה בלבד.פרויקטים מוצלחים כרוכים שותפויות בין מחלקות תכנון ערים, הרגולטורים הסביבתיים, ספקי טכנולוגיה פרטיים, חוקרים אקדמיים ונציגי קהילה.המעורבות מוקדמת מבטיחה כי תקני התכנון יהיו תואמים עם תוכניות אמן עירוניות חכמות לטווח ארוך וכי הסכמי שיתוף נתונים נמצאים במקום.
מחקרים: פיוריונים ב-Smart Water Implementation
כמה תחומי שיפוט כבר החלו ליישם את האסטרטגיות שתוארו לעיל, המציעות שיעורים חשובים לשאר התעשייה.
ניהול המים המשולב של סינגפור
סינגפור, עיר-מדינה עם משאבי מים טבעיים מוגבלים, כבר זמן רב מנהיגה. PUB (סוכנות מים לאומית) מפעילה מערכת משולבת לאסוף מים גשם, יבוא מים ממלזיה, מייצרת מים (מים עתירי רמה גבוהה), ו desalinates ים מים.כל הרכיבים נמצאים במעקב באמצעות רשת של אלפי חיישנים, והנתונים לתוך מרכז פיקוד מרכזי.
« תאומים דיגיטליים של ברצלונה למים & דגימה;
כלי המים של ברצלונה, Aguas de Barcelona, פיתחה תאום דיגיטלי של מחזור המים כולו, כולל מערכות הפצה ותפירה.התאום משלב נתונים SCADA, תמונות לוויין, ודיווחים אזרחיים כדי לדמות תרחישים חירום.במהלך גלי חום, הוא מייעל את קירור מים למרכזי נתונים.לאחר גשם כבד, הוא מחשב משולב תפירה על פני נפחי זרימה בזמן אמת, מה שסתום התאמות כדי להגן על הסביבה הנוכחית שיכולה לחסוך במיליוני קיבולת טובה יותר.
מערכת Leak Detection and Meter
ועדת השימוש הציבורי של סן פרנסיסקו משתרעת על פני 100,000 מטרים חכמים ברחבי העיר, יחד עם נקודות זיהוי דליפות אקוסטיות על צינורות גדולים.המערכת מספקת נתונים של צריכת שעה הן על ידי השירות והן הלקוחות דרך פורטל מקוון.ניתוח של נתונים מטר זיהה דפוס של זרימת לילה-זמן שחשפה אחרת דליפות בלתי נראות.התועלת הפחיתה מים לא-revenue עד 20% באזורי היעד ודהתה דפוס של מאות מיליוני דולרים של חיסכון מתוכנן על ידי החלפה של מיליוני דולרים.
טכנולוגיות עתידיות על Horizon
רשתות מים שתוכננו כיום חייבות גם לצפות טכנולוגיות עדיין בפיתוח, ולהבטיח שהתשתית לא תתיישן לפני שהיא תשולמו.
רובוט אוטונומי
חוקרים ב-Kyga Mellon ו-MIT הפגינו רובוטים לנווט צינורות מים, ממיפוי תנאי צינורות וביצוע תיקונים קטנים (למשל, החלים שרף למפרקים) רשתות עתידיות יכילו תחנות מעגן בהן רובוטים אלה יכולים לטעון ולעלות נתונים.עיצוב צינורות עם מדריכים פנימיים ופורטולים במערות אדם יאפשרו לצי הרובוטי הזה לפעול ללא הפרעה של השירות.
Blockchain עבור עסקאות מים
חוזים חכמים על בלוקצ'יין יכולים להתיידד בין משתמשים, המאפשרים ללקוחות תעשייתיים לקנות מים מהחקלאים במהלך המחסור, עם הרשת להתאים באופן אוטומטי את זרימת המים וחיוב.זה דורש תשתית מטר אשר יכול לגרום פקודות שסתום בהתבסס על עסקאות חוצות קריפטוגרפיים.
אנרגיה מרשת
טורבינות In-pipe ומכשירים אדזואלקטריים יכולים לייצר חשמל מהאנרגיה של מים זורמים, כוח חיישנים ומבצעים ללא סוללות.עיצוב רשתות עם נתיבי זרימה מבוקרים (למשל, עקיצות) מאפשר התקנת מכשירים אלה קציר ללא צמצום הלחץ עבור משתמשי upstream.חדשנות זו יכולה להפוך את נקודות ניטור מרחוק להשגחה עצמית במשך עשרות שנים.
מדיניות, תקנים ושיקולים כלכליים
עיצוב טכני לבדו אינו מספיק.העדים חייבים לנווט את חוקי רכש, מימון מנגנונים ומסגרות רגולטוריות שלעתים קרובות מתנגשות מאחורי חדשנות.
אימוץ סטנדרטים פתוחים להתאמה
מערכות תעמולה טוענות לשימושים במערכות אקולוגיות חד-דוריות, העלאת עלויות ארוכות טווח והגבלת אפשרויות שדרוג.התחילה על סטנדרטים פתוחים - כגון OPC UA לתקשורת תעשייתית או ל- WaterNet עבור מ"מ - מבטיח כי חיישנים מיצרנים שונים יכולים להחליף נתונים בצורה חלקה.
מימון של מהירויות מים חכמות
עלות ההון של תשתיות חכמות יכולה להיות מרתיעה.עם זאת, שירותים רבים מוצאים כי תקופת ההחזר קצרה יותר מאשר צפוי עקב אובדן מים מופחת, חשבונות אנרגיה נמוכים יותר, פרויקטים הון מופחתים. Alternatives כוללים חוזים המבוססים על ביצועים שבו הספק משולם מחיסכון, ואיגרות חוב ירוק שמושך משקיעים השפעה. תוכניות פדרליות כמו USS.S. תשתיות מים וחוק (WIFIA) יכול גם לספק הלוואות נמוכות עבור פרויקטים חדשניים.
ניהול כוח העבודה ושינוי
רשתות מים חכמות דורשות מערך מיומנות שונה: מדעני נתונים, אנליסטים בתחום אבטחת סייבר ומהנדסי אוטומציה לצד מהנדסים אזרחיים מסורתיים.השימוש באימונים של אנשי צוות קיימים וגיוס כישרון חדש.יצירת תרבות שממלאת קבלת החלטות המונעת על ידי נתונים ולא רגשות מעיים היא לעתים קרובות החלק הקשה ביותר של הטרנספורמציה.
מסקנה: השימוש במים החכמים של המחר
תכנון רשתות מים כדי להתאים טכנולוגיות עתידיות אינו עומד לחזות את הצורה המדויקת של ערים חכמות מעכשיו.זה על בניית בסיס גמיש, הסתגלותי ופתוח. על ידי הטמעת רגישות, אוטומציה, וגמישות לתוך הבד של התשתית, הכלים יכולים לאמץ בחסד חידושים כפי שהם מופיעים - החל מדלפה מלאכותית לגילוי אוטונומית לשווקים מבוזרים.
הערים שמשקיעות בעקרונות אלה היום לא רק יימנעו מעיכובים יקרים, אלא גם ייהנו מחיסכון מבצעי מיידי, שירות טוב יותר לתושבים, ושיא מעקב סביבתי חזק יותר.מים הם המשאב הקריטי ביותר לחיים עירוניים, ורשת חכמה היא מערכת העצבים ששומרת על כך.