Po kryzysie zadłużenia i następujących po nim obciążeniach gospodarczych, spowodowanych przez pandemię COVID-19, Grecja skoncentrowała się na Krajowym Planie Odbudowy i Zwiększania Odporności. Plan ten traktuje priorytetowo wprowadzenie transformacji cyfrowej do kluczowej infrastruktury w celu uzyskania pozytywnych wyników środowiskowych i gospodarczych. Jedną z głównych reform, które zostały przedstawione w ramach tego planu, jest poprawa regulacji dotyczącej dostępu do wody i gospodarki ściekowej.

Według raportu z 2017 roku przygotowanego przez Organizację Współpracy Gospodarczej i Rozwoju, grecki publiczny system zaopatrzenia w wodę traci rocznie około 26% wody z powodu wycieków. W rezultacie greckie gospodarstwa domowe zużywają więcej wody pitnej niż jakikolwiek inny kraj w Unii Europejskiej, około 170 metrów sześciennych na gospodarstwo domowe rocznie.

Liderem reformy systemu wodnego w Grecji jest Kozani, miasto w zachodniej Macedonii o skromnej populacji około 60 000 mieszkańców. Działania na rzecz poprawy systemu wodnego w Kozani rozpoczęły się w 1985 r., kiedy to założono Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji w Kozani, znane również jako DEYAK. DEYAK rozbudowywało sieć wodociągową przez kilka dziesięcioleci, ostatecznie oferując usługi 63 osadom w Kozani i okolicach. W ciągu ostatnich 12 lat system przeszedł znaczące modernizacje technologiczne, w tym segmentację w rejonowych obszarach pomiarowych (DMA), zarządzanie ciśnieniem, a ostatnio stworzenie kompleksowego modelu cyfrowego bliźniaka w celu usprawnienia procesów monitorowania wody i wydajności systemu.

Dimitris Papailiopoulos jest właścicielem greckiej firmy Tech-Go-Round, która konsultowała wdrożenie cyfrowego bliźniaka. Kiedy jego zespół rozpoczął pracę nad systemem dystrybucji wody w Kozani, zauważył, że ten system zmagał się z wieloma podobnymi wyzwaniami i niedociągnięciami, które występują w wielu innych sieciach wodociągowych w całej Grecji.

Wszystko było wykonywane ręcznie, jeśli w ogóle – powiedział. Straty wody były ogromne. Jakość wody była regularnie testowana ręcznie, ale zdawano sobie sprawę, że można zrobić to lepiej.

Kozani stanowiło również idealną okazję do stworzenia modelowego systemu dla innych greckich przedsiębiorstw użyteczności publicznej.

Łatwiej jest przekonać mniejsze przedsiębiorstwa wodociągowe do przyjęcia tej innowacyjnej technologii – zauważył Papailiopoulos. W przypadku dużego przedsiębiorstwa wodociągowego, takiego jak na przykład Athens Water Authority, trzeba wykonać wiele prac przygotowawczych i może minąć kilka lat, zanim będzie można wdrożyć zmiany.

Modernizacje cyfrowe

Przed wprowadzeniem jakichkolwiek modernizacji cyfrowych, DEYAK musiało najpierw przeprowadzić dokładną ocenę mapowania. Według Papailiopoulosa, przedsiębiorstwo wodociągowe nie posiadało kompletnej mapy sieci wodociągowej. Istniały obszary, w których nie było wiadomo, jakich materiałów użyto ani po której stronie drogi przebiegały rury.

Gdy mapa została ukończona, kolejnym krokiem przedsiębiorstwa było wdrożenie systemu kontroli nadzorczej i akwizycji danych (SCADA) obsługiwanego przez oprogramowanie do analizy dystrybucji wody OpenFlows firmy Bentley. Za pomocą cyfrowych czujników system SCADA mierzy ciśnienie, przepływ i jakość wody. Następnie zespół Papailiopoulosa pomógł w udoskonaleniu tego modelu poprzez włączenie cyfrowego bliźniaka infrastruktury wodnej firmy Bentley. Rozwiązanie to umożliwia przedsiębiorstwu wodociągowemu przeglądanie danych zebranych za pośrednictwem systemu SCADA na ujednoliconej platformie, umożliwiając szybszą ocenę i dokładniejsze podejmowanie decyzji dotyczących możliwych problemów z systemem i niezbędnych napraw.

W przeszłości pracownicy musieli wchodzić do systemu SCADA, aby monitorować czy zbiorniki są pełne, a na innym ekranie monitorować ciśnienie wody – powiedział Papailiopoulos. Teraz mogą mieć wszystko na jednym ekranie, co przyspiesza wykonywanie ich codziennych zadań.

Zespół Papailiopoulosa ma nadzieję, że w niedalekiej przyszłości przedsiębiorstwo będzie w stanie wykorzystać cyfrowego bliźniaka do automatyzacji podejmowania decyzji dotyczących napraw i regulacji systemu oraz generowania odpowiednich zleceń pracy.

Istnieją jednak pewne trudności, które należy pokonać, zanim potencjał cyfrowego bliźniaka zostanie w pełni wykorzystany. Podczas procesu mapowania systemu, wdrażania systemu SCADA i wprowadzania innych technologicznych ulepszeń, DEYAK zawierało umowy z różnymi dostawcami, którzy stosowali różne, często zaszyfrowane, platformy oprogramowania. To utrudniało stworzenie jednej otwartej platformy, do której mogliby uzyskać dostęp zarówno dostawcy, jak i pracownicy przedsiębiorstwa.

Dr Konstantinos Gkonelas, kierownik techniczny ds. hydrauliki w projekcie cyfrowego bliźniaka, powiedział, że ten problem jest powszechny w sieciach dystrybucji wody.

Ma to niestety miejsce na całym świecie – zauważył Gkonelas.

Dodał też, że przedsiębiorstwo wodociągowe w Kozani nadal pracuje nad utrzymaniem systemu, aby działał nieprzerwanie i wydajnie.

Utrzymanie systemu w działaniu wymaga wiele wysiłku – powiedział Gkonelas. Potrzebni są ludzie, którzy utrzymają połączenia i sygnały sprzętu połączone z cyfrowym bliźniakiem, aby uzyskać właściwe informacje we właściwym czasie ze wszystkich danych.

Pozytywne rezultaty

Wprowadzenie cyfrowego bliźniaka przyniosło Kozani wiele korzyści. Pracownicy przedsiębiorstwa wodociągowego spędzają o 40% mniej czasu na zadaniach związanych z zarządzaniem ciśnieniem. Wycieki są również wykrywane szybciej, co skutkuje realizacją napraw o wyższej jakości. Usprawnione zarządzanie wyciekami przyczyniło się do znacznego ograniczenia marnotrawstwa wody, zmniejszając przepływ w sieci o 20%. Mieszkańcy Kozani również odniosą korzyści, a mniejsze straty wody przełożą się na niższe rachunki za zużycie wody.

Ponadto zapobieganie utracie wody jest ważne z perspektywy środowiskowej i ekonomicznej. Pod koniec 2022 r. przywódcy UE wydali dyrektywę skoncentrowaną na zapewnieniu mieszkańcom prawa dostępu do czystej wody. Państwa członkowskie UE zostały wezwane do wprowadzenia systemów zapewniających, że woda jest „zdrowa i czysta“, co oznacza, że jest wolna od cząsteczek mikroplastiku, toksycznych chemikaliów i niebezpiecznych mikroorganizmów.

Dodatkowo, państwa zostały zobowiązane do oceny wskaźników wycieków z infrastruktury wodociągowej. Oczekuje się, że do 2028 r. Unia Europejska wprowadzi ustawodawstwo w celu formalnego egzekwowania przepisów dotyczących tych standardów dotyczących wody, w tym obowiązek raportowania danych o jakości wody i wydajności systemu konsumentom.

Nie można dostarczyć klientowi wszystkich tych informacji bez cyfrowego bliźniaka, więc jesteśmy gotowi na tę pozytywną zmianę – podsumował Gkonelas.

Sylwetka Konstantinosa Gkonelasa

Ekspert ds. hydrauliki pragnie, aby jego dziedzina przyjęła postęp technologiczny

Dr Konstantinos Gkonelas, inżynier budownictwa specjalizujący się w zarządzaniu sieciami wodnymi, przez ostatnią dekadę zaangażowany był w liczne inicjatywy mające na celu wdrożenie i unowocześnienie systemów wodnych w Grecji, na Bałkanach oraz w Zatoce Perskiej. Pełnił funkcję współzałożyciela firmy inżynierii hydraulicznej ReonHydor i pracował jako niezależny konsultant we współpracy z różnymi firmami, w tym Tech-Go-Round.

W trakcie zdobywania doktoratu w dziedzinie zarządzania systemami dystrybucji wody na Uniwersytecie w Tesalii, Gkonelas zaczął rozwijać swoje zainteresowanie hydrauliką, koncentrując się na tym, w jaki sposób można wykorzystać nowe technologie cyfrowe do optymalizacji zarządzania ciśnieniem i zmniejszenia strat wody. Najnowszym przejawem tego zainteresowania jest wykorzystanie potencjału cyfrowych bliźniaków, które Gkonelas uważa za przyszłość zarządzania dostawami wody. Jeden z jego ostatnich projektów, cyfrowy bliźniak systemu dystrybucji wody Kozani w północnej Grecji, został uruchomiony w czerwcu tego roku.

Wdrożenie cyfrowego bliźniaka pomogło nam uzyskać przydatne informacje w celu poprawy wydajności i działania całej naszej sieci wodociągowej – stwierdził Gkonelas. Wiele strategii dotyczących redukcji przesyłowych strat wody zostało ulepszonych, w tym zarządzanie ciśnieniem, aktywna kontrola wycieków, szybkość i jakość napraw oraz zarządzanie majątkiem trwałym.

Według Gkonelasa, sieci wodociągowe, w porównaniu z wieloma innymi rodzajami infrastruktury, opóźniają przyjęcie technologii XXI wieku i postępu cyfrowego ze względu na utrzymującą się postawę „co z oczu, to z serca“.

Myślę, że istnieje luka między obecną technologią a jej wdrożeniem w sieciach wodociągowych, ponieważ jest to podziemna – i w wielu przypadkach nieznana – infrastruktura – powiedział.

Z drugiej strony, Gkonelas uważa, że dziedzina gospodarki wodnej jest wyjątkowo przystosowana do transformacji cyfrowej. W przypadku wody nie ma czegoś takiego jak stałe lub statyczne środowisko. Modele wodne powinny być zatem dynamiczne i wrażliwe na zmiany systemu z minuty na minutę, aby jak najlepiej zoptymalizować funkcjonalność sieci. To jest możliwość, którą cyfrowy bliźniak jest w stanie zapewnić – wraz z wieloma innymi powiązanymi efektywnościami, co zostało potwierdzone przez cyfrowego bliźniaka Kozani.

Czas zarządzania ciśnieniem [w Kozani] został skrócony o 40%, a szybkość i jakość napraw nowo zgłoszonych i niezgłoszonych wycieków poprawiła się o 50% dzięki automatycznej lokalizacji zaworów odcinających i wykorzystaniu algorytmów genetycznych, które pomogły je zidentyfikować – oznajmił Gkonelas.

Gkonelas jest przekonany, że w nadchodzących dziesięcioleciach korzyści te będą miały jeszcze większe znaczenie, ponieważ czysta woda staje się coraz rzadszym zasobem, stając się „ropą przyszłości“. W całej Grecji i na całym świecie przedsiębiorstwa wodociągowe będą wzorować się na najnowocześniejszych usprawnieniach w Kozani.