V minulosti se projektování a dimenzování kanalizačních sítí provádělo s ohledem na vývoj počtu obyvatelstva, průmyslu či např. srážkových předpovědí na velmi dlouhé časové období. Z dnešního pohledu se jeví některé předpoklady a předpovědi jako nedostatečné a někdy dokonce i chybné. Především provozovatelé vodohospodářských sítí stojí před rozhodnutím, jak dotyčné sítě optimálně provozovat. Vlivy klimatických změn, demografického vývoje či změny konzumního chování obyvatel a v neposlední řadě i změny v legislativě, vyžadují změnu v přístupu k plánování a provozování těchto struktur. V dnešní době jsou vyhledávány systémy, které by se aktuálně a flexibilně přizpůsobovaly novým okolnostem. Dále je nutné data, která jsou již v dnešní době ve vodárenské infrastruktuře k dispozici, lépe zpracovávat a vyhodnocovat.
Více flexibility a digitalizace
Velice inspirativní se zdá být aktuální stav vývoje digitalizace průmyslu na bázi internetových služeb, souhrnně nazývané jako PRŮMYSL 4.0. Produkty a myšlenky této celoevropské iniciativy lze implementovat také na komunální vodohospodářskou infrastrukturu. Na základě této myšlenky vznikl projekt KOMUNAL 4.0, který si dal za cíl implementovat široké možnosti digitalizace do komunální sféry. Mezi základními obory byly vybrány nakládání s odpadní vodou a výroba a distribuce pitné vody.
Dotační projekt KOMUNAL 4.0
Projekt KOMUNAL 4.0 je jedním z 16-ti vybraných projektů z celkově 130 přihlášených, ve výběrovém řízení při technologickém dotačním titulu „SMART SERVICE WELT“ německého ministerstva hospodářství a energetiky (BMWi). Tento projekt je součástí tzv. „Digitální agendy“ spolkové vlády Německa. Projekt byl zahájen v dubnu roku 2016 a má být ukončen v polovině roku 2019. Zpracovatelem projektu je konsorcium tří technologických společností a tří akademických pracovišť vedené společností HST Hydro-Systemtechnik GmbH & Co. KG. Cílem projektu je vývoj digitální datové a servisní platformy, která by v budoucnu umožňovala flexibilní projektování a provozování veškeré vodohospodářské infrastruktury, a to na bázi již vybudované nebo nově vytvořené internetové síti.
Definice problému
Projektování komunálních vodohospodářských systémů je prováděno na lokální úrovni. Dimenzování např. kanalizačních systémů probíhá vždy pro jedno ohraničené území, a tak například nadměrné srážky v jiné oblasti mohou vést k přetížení čistíren odpadních vod, dešťových zdrží nebo odlehčovacích objektů. Díky systémové integraci veškeré infrastruktury, přesahující regionální uspořádání, lze zajistit lepší využití retenčních objemů, regulovat odlehčení či optimalizovat zatížení čistíren odpadních vod. Stejné metody lze aplikovat na zásobování pitnou vodou, například s ohledem na stále častěji se opakující suchá období či změny v chování obyvatel v jednotlivých ročních obdobích. Sběr a přenos dat je dnes pro tento účel nedostatečný nejen mezi jednotlivými oblastmi, ale v některých případech i v rámci jednoho územního celku. Dalším problémem je nedostatečný monitoring důležitých veličin, jako například množství srážek, průtoky v kanalizacích, úniky v řadech apod.
Cíle
Cílem projektu KOMUNAL 4.0 je vytvoření centrálního datového systému a s tím související servisní platformy, se kterým by bylo možné provádět automatické řízení vodohospodářské infrastruktury, vytvořit podklady pro dimenzování nových vodárenských objektů a sítí a v neposlední řadě navrhovat optimalizaci těchto systémů. Velké množství potřebných dat již v současné době existuje, avšak jsou soustředěna lokálně na jednotlivých objektech či regionálních dispečincích (čistírnách odpadních vod, dešťových zdržích, vodárenských dispečincích apod.). Dále jsou tato data velmi nesourodá a vedená v různých digitálních formátech. V budoucnu mají být veškerá data soustředěna na centrální platformě a převedena na jednotný formát. Poté by měla být dána k dispozici pro řízení, optimalizace a navrhování nových objektů pro vlastníky, provozovatele, projektanty, instituce apod.
Důležitým aspektem při návrhu této platformy je vytvoření bezpečnostního konceptu, podloženého legislativními předpisy, jak lokálními, tak v budoucnu i mezinárodními (např. GDPR apod.)
Provedení
Prvním krokem je definice základního datového formátu a datové platformy, které budou v budoucnu sloužit jako základní kámen všech dalších operací. Poté budou následovat:
-
Sjednocení datového přenosu z jednotlivých heterogenních CPS systémů (CyberPhysicsSystems)
-
Vývoj datové platformy na webové bázi pro transformaci a uložení sesbíraných dat
-
Vývoj flexibilní datové architektury pro budoucí využití v podobě intranetu nebo internetu
-
Vývoj uživatelských nástrojů pro oblast projektování, inženýringu, benchmarkingu, monitoringu sítě, optimalizace provozu a údržby, workflow apod.
-
Vytvoření konceptu bezpečnosti sítě a dat spolu s právními aspekty tzv. cloud computingu
-
Vývoj digitální hospodářských modelů jakožto podklad pro budoucí užívání v reálném provozu
-
Vývoj analytických modulů pro propojení mezi jednotlivými obory jako jsou doprava, řízení měst apod.
Nové myšlenky na skutečných aplikacích
Využití dnes již nasazovaných inteligentních zařízení, tzv. Smart Machines, jejich sloučení do lokálních systémů, jejich doplnění o další zařízení a následná integrace do centrálních systémů je základním smyslem projektu KOMUNAL 4.0.
Teoretické návrhy a koncepty a jejich schopnost financování jsou ověřovány v tzv. pilotních projektech. Z vícero návrhů a doporučení byly na základě analýzy vybrány ty vodárenské společnosti, které díky již využívané pokročilé technologii nejvíce vyhovovaly projektovým záměrům KOMUNAL 4.0. V neposlední řadě hrála roli také angažovanost vlastníků a provozovatelů těchto vybraných vodárenských zařízení.
K ověření teoretických návrhů byly členy konsorcia KOMUNAL 4.0 vyvinuty digitální moduly a ty byly přizpůsobeny na konkrétní vodohospodářskou infrastrukturu. Seznam pilotních projektů naleznete níže.
Na vybraných lokalitách probíhala implementace a testování základních modulů KOMUNAL 4.0 jeden rok. Projekt KOMUNAL 4.0 a výsledky pilotních projektů bude společnost HST Systemtechnik GmbH & Co. KG prezentovat na veletrhu URBIS 2019 v Brně.
Seznam pilotních projektů KOMUNAL 4.0
Stadtwerke Schäbisch Gmünd (Městské služby Gmünd) – management a řízení zásobování pitnou vodou
Entsorgungsbetrieb der Stadt Siegen (Technické služby města Siegen) – softwarový nástroj na optimalizaci, kontrolu a údržbu kanalizačních výustí
Město Öhringen – matematický modul chování kanalizace při dešťových událostech a následná preventivní opatření
Sdružení obcí Heesefeld – čistírna odpadních vod Sölingen – implementace moderních řídicích modelů spolu s řízením celé kanalizační sítě