Plany redukcji strat wody
Przedsiębiorstwa wodociągowe na całym świecie stosują różne technologie i urządzenia w walce ze stratami wody. Oczywiście rozwiązania te w chwili ich implementacji są ściśle dopasowywane do posiadanej infrastruktury technicznej i zasobów przedsiębiorstwa. Okazuje się jednak, że ciągły napływ nowych urządzeń i technologii stawia przed eksploatatorem sieci regularne i stałe wyzwania.
W tej sytuacji prosta wiedza o efektywności zastosowanego środka do walki ze stratami i przewidywanych korzyściach jest niezbędnym, ale niewystarczającym minimum. W szerszym aspekcie powinno rozważać się interakcje pomiędzy stosowanymi opcjami w dłuższym horyzoncie czasowym oraz właściwy okres i natężenie ich zastosowania.
Sieci wodociągowe są „żywymi” obiektami. Posiadają swoją historię, urządzenia i mogą być w różny sposób eksploatowane. Rozważając podjęcie jakichkolwiek kroków ingerujących w ich działanie, należy zdawać sobie sprawę ze wszystkich uwarunkowań danego systemu wodociągowego oraz rozważanych zmian. Weźmy za przykład sposób przesyłu danych. W tej sprawie dość pouczająca i osobliwa sytuacja panuje aktualnie w Wielkiej Brytanii. Otóż w tej ojczyźnie metod ograniczania strat wody niemal wszystkie układy wodociągowe na początku lat 90. zostały wyposażone w monitoring radiowy, sprzęgnięty z różnego typu monitoringami towarzyszącymi, np. służącym do billingu. Po 15 latach eksploatacji nieco przestarzałe systemy monitoringu radiowego są tam dalej eksploatowane, mimo że obecnie dostępna jest już o wiele lepsza i nowocześniejsza forma przesyłu danych – GPRS. Wynika z tego, że nie zawsze możemy się wzorować nawet na najlepszych przedsiębiorstwach.
Celem uniknięcia błędów (pomyłek pomiędzy radiem, SMS-ami i GPRS-em) należy tu podkreślić, że jeśli przykładowy loger wysyła SMS-em informacje zebrane z kilkudziesięciu pomiarów, to absolutnie nie oznacza to przesyłania informacji on-line zawierającej wartości zarejestrowanych parametrów w formacie transmisji pakietowej GPRS. Informacja on-line jest więcej warta niż przesyłana w interwałach czasowych poprzez SMS-y, bardzo dobrze wykorzystywana jest przy nocnym testowaniu stopniowym sieci w procesie szybkości napraw (gdzie potrzebne są obserwacje zmiennych okien czasowych) czy przy ciągłej kalibracji on-line modeli hydraulicznych (analizy „co jeśli” w przypadku awarii itd.). Nie wyczerpuje to zalet tej nowej technologii.
Tak więc nie wszystkie wysoko rozwinięte przedsiębiorstwa stosują najlepsze technologie. Jak zwykle, w najlepszej sytuacji w tej dziedzinie są przedsiębiorstwa wodociągowe dopiero rozwijające się, takie jak w naszym kraju. Z tego właśnie powodu podjęcie właściwej decyzji o rodzaju przesyłu danych służących do monitorowania sieci wodociągowej (wybór: radio czy GPRS, bo technologia SMS-ów jest, zdaniem autora, nieefektywna w porównaniu z GPRS) jest obecnie dla wielu polskich przedsiębiorstw kluczowe i decydujące o przyszłej jakości dostawy wody. Wynika to stąd, że większość tych przedsiębiorstw stoi przed potrzebą podziału sieci na strefy i ich podobszary (tzw. DMA – district metered area), obszary regulacji i kontroli ciśnienia oraz punkty pomiarowe jakości wody.
Podział taki jest niezbędny dla profesjonalnej eksploatacji każdej sieci i zwiększy zagęszczenie czujników na jej obszarze. Będzie to co najmniej sześć różnego przeznaczenia i rodzaju sygnałów dla każdej ze stref! Stąd zdecydowanie się obecnie na transmisję GPRS duży wpływ będzie miało również na obniżenie przyszłych kosztów utrzymania monitoringu systemu wodociągowego i bardzo dokładną bieżącą informację o jego stanie. Chociażby stąd, że urządzenia używające GPRS posiadają mniejsze gabaryty i zapotrzebowanie na energię elektryczną niż radiowe. Mimo tych zalet nowych technologii nie można negować użyteczności istniejących czy budowanych systemów monitoringu radiowego.
Wdrażanie szybkości napraw
Wcielenie w życie lub ulepszenie procesu walki ze stratami wody (przejście z aktywnej kontroli wycieków – AKW do szybkości napraw – SN) wymaga odpowiedniej, choć na pierwszy rzut oka skomplikowanej analizy. Na rysunku pokazano przykładowy model procesu tworzenia takiej analizy-planu, ukierunkowanej na jak najmniejsze koszty eksploatacji. Wynika z niego, iż jedynie dokładne rozpatrzenie kolejnych opcji może przynieść oczekiwane i stabilne efekty wdrożeniowe.
Nowe urządzenia i technologie
Przykładem rozważenia nowych urządzeń czy technologii może być chociażby loger szumowy. Dzięki rozłożeniu go na sieci otrzymujemy możliwość wskazania przybliżonej lokalizacji wycieku. Z jednej strony określamy koszt zakupu i rozłożenia/obsługi logerów szumowych, a z drugiej zyski z częściowego zaoszczędzenia robocizny (czasu) pracowników wyszukujących wycieki oraz ograniczenia czasu trwania wycieku.
Następnie obliczamy przydatność użycia logerów szumowych na różnych obszarach własnej sieci. W przeciętnych warunkach bardziej opłaca się stosować logery na sieciach o większej awaryjności. W skrajnych przypadkach można je rozłożyć na stałe.
Innym przykładem nowej technologii może być stosowanie urządzeń przedsiębiorstwa Biatel – CellBOX-H, pracujących w technologii transmisji pakietowej GPRS i wyposażonych w oprogramowanie optymalizujące pracę sieci wodociągowej. Przykłady można tu mnożyć.
Zmiany wielkości stref
Zmiana wielkości stref czy podobszarów wynika z charakterystyki urządzeń parametryzujących na bieżąco strefy. Ma to wpływ m.in. na koszty i sposób prowadzenia detekcji. Większe obszary możemy objąć monitoringiem poprzez dokładniejsze przepływomierze (tj. o większej zakresowości), dzięki którym testowanie stopniowe sieci nocą będzie dokładniejsze, a otrzymane pomiary bardziej wiarygodne. Urządzenia pomiarowe przepływu, służące do testowania stopniowego, powinny być przynajmniej na tyle dokładne, by umożliwiały właściwy pomiar przepływu nocnego zawierającego straty do gruntu, pobór wody przez odbiorców oraz poszukiwany wyciek. Przy wymiarowaniu przepływomierzy straty do gruntu powinny być przyjęte na minimalnym poziomie, odpowiadającym dobrze utrzymanym sieciom.
Sposób detekcji wycieków przy AKW lub SN
Dzięki logerom szumowym (od kilku lat obecnym na rynku urządzenie) jesteśmy w stanie bardzo wydajnie zmienić sposób detekcji wycieków. Koszty i sposób detekcji również można zmniejszać poprzez testowanie stopniowe (np. moduł MNP i TK oprogramowania CellBOX-H) oraz krokowe. W innych sytuacjach możemy posłużyć się georadarem.
Przypomnijmy, że testowanie stopniowe sieci wskazuje podobszar strefy posiadający wyciek.
Następnie na podobszarze tym (postępując standardowo) możemy rozłożyć logery szumowe, przeprowadzić testowanie krokowe, dokonać przesłuchania sieci przez inspektora i dopiero na ostatnim etapie użyć korelatora.
Jak widać, nowe urządzenia przynoszą ciągłe zmiany w sposobie postępowania przy prowadzeniu kontroli wycieków. Uświadomienie sobie specyfiki ich użycia i charakterystyki może spowodować, iż zaplanowane przychody uzyska się dopiero w jednoznacznie określonych warunkach.
Rehabilitacja i kontrola ciśnienia
Rehabilitacja lub wymiana sieci oraz zarządzanie ciśnieniem są powszechnie znanymi metodami ograniczającymi straty wody. Zwróćmy więc uwagę na możliwe interakcje pomiędzy wymianą przewodów a detekcją wycieków (w rozumieniu AKW lub SN).
Otóż w świetle sprawności aktualnie używanych urządzeń do detekcji wycieków wymiana rur stalowych na plastikowe ma czasami zabarwienie wysoce kontrowersyjne, a nawet niekoniecznie opłacalne.
Wymiana rur na plastikowe w niektórych warunkach może przynieść co najwyżej krótkotrwały efekt (tj. oszczędność wody w miesiącach bezpośrednio po wymianie przewodów). Jest to oczywiście pogląd sprzeczny z poglądem rozpowszechnionym w przedsiębiorstwach wodociągowych. Dlaczego w niektórych przypadkach pogląd ten potrafi się jednak sprawdzić?
Otóż powszechnie wiadomo, że detekcja wycieków na rurach plastikowych jest bardzo trudna. Jeśli więc wymiany przewodów dokonano by w obszarach, gdzie następują ruchy gruntu uszkadzające sieć wodociągową, wówczas w przyszłości należałoby się liczyć ze wzrostem strat wody lub – w celu zapobieżenia im – z koniecznością nieproporcjonalnego do efektów zwiększenia pracochłonności procesu detekcji wycieków.
Innego typu interesująca interakcja występuje pomiędzy zarządzaniem ciśnieniem a wymianą przewodów. Zadania te wykonujemy w takiej kolejności, która przynosi maksymalny zysk dla przedsiębiorstwa – a tym samym najniższą cenę wody dla odbiorców. Niezbędne jest przy tym prognozowanie strat do gruntu i strat z wycieków oraz awaryjności sieci w dłuższym horyzoncie czasowym.
Obecnie polskie przedsiębiorstwa mają obowiązek – przy konstruowaniu planów podwyżek cen za usługi – zatwierdzania swoich planów rozwoju i modernizacji majątku. Przy tej okazji bardziej ekonomiczne staje się wykonywanie planów modernizacyjnych uwzględniających omówione tu zagadnienia w szerszej niż dotąd perspektywie.
Ranking opcji i plan najmniejszych kosztów
Ranking opcji to na początku spojrzenie na każdą z nich poprzez korzyści i koszty (eksploatacyjne i inwestycyjne dla opcji), ilość wolumetryczną oszczędzonej wody, elastyczność finansowania opcji, możliwość szybkiego wdrożenia i pozostałe czynniki (np. jakość wody).
W końcowym rezultacie opcje możemy ocenić standardowymi wskaźnikami oceny inwestycji – NPV, IRR, korzyści/koszty, BEP. W zależności od atrakcyjności danej opcji (zależących również od kosztów zaoszczędzonej wody i od poprawy jakości dostawy czy wydłużenia żywotności przewodów) wykonujemy plan, w którym przewidujemy w określonym czasie z określonym natężeniem wprowadzanie poszczególnych opcji w określonych strefach/obszarach sieci wodociągowej.
Aktualnie na świecie w branży wodociągowej za atrakcyjne uważa się te przedsięwzięcia, które posiadają stosunek korzyści do kosztów powyżej dwóch.
Podwójne liczenie oszczędności
W trakcie konstrukcji planu należy unikać podwójnego liczenia oszczędności.
Przykładowo, jeśli na sieci wprowadzimy regulację ciśnienia, to straty do gruntu i straty z wycieków zmniejszą się o 10%. Gdybyśmy nie dokonali regulacji ciśnienia, a wprowadzili szybkość napraw, to na tymże obszarze straty spadłyby np. o 60%. Jeśli jednak po wprowadzeniu szybkości napraw wprowadzimy regulację ciśnienia, to straty zmniejszą się np. o 4%, a nie o wcześniej obliczone 10%. Są to oczywiście zupełnie hipotetyczne liczby procentowe, lecz plan najmniejszych kosztów powinien uwzględniać tego typu zjawiska. Jest to właśnie uniknięcie podwójnego liczenia oszczędności w stratach wody.
Sławomir Speruda
W tej sytuacji prosta wiedza o efektywności zastosowanego środka do walki ze stratami i przewidywanych korzyściach jest niezbędnym, ale niewystarczającym minimum. W szerszym aspekcie powinno rozważać się interakcje pomiędzy stosowanymi opcjami w dłuższym horyzoncie czasowym oraz właściwy okres i natężenie ich zastosowania.
Sieci wodociągowe są „żywymi” obiektami. Posiadają swoją historię, urządzenia i mogą być w różny sposób eksploatowane. Rozważając podjęcie jakichkolwiek kroków ingerujących w ich działanie, należy zdawać sobie sprawę ze wszystkich uwarunkowań danego systemu wodociągowego oraz rozważanych zmian. Weźmy za przykład sposób przesyłu danych. W tej sprawie dość pouczająca i osobliwa sytuacja panuje aktualnie w Wielkiej Brytanii. Otóż w tej ojczyźnie metod ograniczania strat wody niemal wszystkie układy wodociągowe na początku lat 90. zostały wyposażone w monitoring radiowy, sprzęgnięty z różnego typu monitoringami towarzyszącymi, np. służącym do billingu. Po 15 latach eksploatacji nieco przestarzałe systemy monitoringu radiowego są tam dalej eksploatowane, mimo że obecnie dostępna jest już o wiele lepsza i nowocześniejsza forma przesyłu danych – GPRS. Wynika z tego, że nie zawsze możemy się wzorować nawet na najlepszych przedsiębiorstwach.
Celem uniknięcia błędów (pomyłek pomiędzy radiem, SMS-ami i GPRS-em) należy tu podkreślić, że jeśli przykładowy loger wysyła SMS-em informacje zebrane z kilkudziesięciu pomiarów, to absolutnie nie oznacza to przesyłania informacji on-line zawierającej wartości zarejestrowanych parametrów w formacie transmisji pakietowej GPRS. Informacja on-line jest więcej warta niż przesyłana w interwałach czasowych poprzez SMS-y, bardzo dobrze wykorzystywana jest przy nocnym testowaniu stopniowym sieci w procesie szybkości napraw (gdzie potrzebne są obserwacje zmiennych okien czasowych) czy przy ciągłej kalibracji on-line modeli hydraulicznych (analizy „co jeśli” w przypadku awarii itd.). Nie wyczerpuje to zalet tej nowej technologii.
Tak więc nie wszystkie wysoko rozwinięte przedsiębiorstwa stosują najlepsze technologie. Jak zwykle, w najlepszej sytuacji w tej dziedzinie są przedsiębiorstwa wodociągowe dopiero rozwijające się, takie jak w naszym kraju. Z tego właśnie powodu podjęcie właściwej decyzji o rodzaju przesyłu danych służących do monitorowania sieci wodociągowej (wybór: radio czy GPRS, bo technologia SMS-ów jest, zdaniem autora, nieefektywna w porównaniu z GPRS) jest obecnie dla wielu polskich przedsiębiorstw kluczowe i decydujące o przyszłej jakości dostawy wody. Wynika to stąd, że większość tych przedsiębiorstw stoi przed potrzebą podziału sieci na strefy i ich podobszary (tzw. DMA – district metered area), obszary regulacji i kontroli ciśnienia oraz punkty pomiarowe jakości wody.
Podział taki jest niezbędny dla profesjonalnej eksploatacji każdej sieci i zwiększy zagęszczenie czujników na jej obszarze. Będzie to co najmniej sześć różnego przeznaczenia i rodzaju sygnałów dla każdej ze stref! Stąd zdecydowanie się obecnie na transmisję GPRS duży wpływ będzie miało również na obniżenie przyszłych kosztów utrzymania monitoringu systemu wodociągowego i bardzo dokładną bieżącą informację o jego stanie. Chociażby stąd, że urządzenia używające GPRS posiadają mniejsze gabaryty i zapotrzebowanie na energię elektryczną niż radiowe. Mimo tych zalet nowych technologii nie można negować użyteczności istniejących czy budowanych systemów monitoringu radiowego.
Wdrażanie szybkości napraw
Wcielenie w życie lub ulepszenie procesu walki ze stratami wody (przejście z aktywnej kontroli wycieków – AKW do szybkości napraw – SN) wymaga odpowiedniej, choć na pierwszy rzut oka skomplikowanej analizy. Na rysunku pokazano przykładowy model procesu tworzenia takiej analizy-planu, ukierunkowanej na jak najmniejsze koszty eksploatacji. Wynika z niego, iż jedynie dokładne rozpatrzenie kolejnych opcji może przynieść oczekiwane i stabilne efekty wdrożeniowe.
Nowe urządzenia i technologie
Przykładem rozważenia nowych urządzeń czy technologii może być chociażby loger szumowy. Dzięki rozłożeniu go na sieci otrzymujemy możliwość wskazania przybliżonej lokalizacji wycieku. Z jednej strony określamy koszt zakupu i rozłożenia/obsługi logerów szumowych, a z drugiej zyski z częściowego zaoszczędzenia robocizny (czasu) pracowników wyszukujących wycieki oraz ograniczenia czasu trwania wycieku.
Następnie obliczamy przydatność użycia logerów szumowych na różnych obszarach własnej sieci. W przeciętnych warunkach bardziej opłaca się stosować logery na sieciach o większej awaryjności. W skrajnych przypadkach można je rozłożyć na stałe.
Innym przykładem nowej technologii może być stosowanie urządzeń przedsiębiorstwa Biatel – CellBOX-H, pracujących w technologii transmisji pakietowej GPRS i wyposażonych w oprogramowanie optymalizujące pracę sieci wodociągowej. Przykłady można tu mnożyć.
Zmiany wielkości stref
Zmiana wielkości stref czy podobszarów wynika z charakterystyki urządzeń parametryzujących na bieżąco strefy. Ma to wpływ m.in. na koszty i sposób prowadzenia detekcji. Większe obszary możemy objąć monitoringiem poprzez dokładniejsze przepływomierze (tj. o większej zakresowości), dzięki którym testowanie stopniowe sieci nocą będzie dokładniejsze, a otrzymane pomiary bardziej wiarygodne. Urządzenia pomiarowe przepływu, służące do testowania stopniowego, powinny być przynajmniej na tyle dokładne, by umożliwiały właściwy pomiar przepływu nocnego zawierającego straty do gruntu, pobór wody przez odbiorców oraz poszukiwany wyciek. Przy wymiarowaniu przepływomierzy straty do gruntu powinny być przyjęte na minimalnym poziomie, odpowiadającym dobrze utrzymanym sieciom.
Sposób detekcji wycieków przy AKW lub SN
Dzięki logerom szumowym (od kilku lat obecnym na rynku urządzenie) jesteśmy w stanie bardzo wydajnie zmienić sposób detekcji wycieków. Koszty i sposób detekcji również można zmniejszać poprzez testowanie stopniowe (np. moduł MNP i TK oprogramowania CellBOX-H) oraz krokowe. W innych sytuacjach możemy posłużyć się georadarem.
Przypomnijmy, że testowanie stopniowe sieci wskazuje podobszar strefy posiadający wyciek.
Następnie na podobszarze tym (postępując standardowo) możemy rozłożyć logery szumowe, przeprowadzić testowanie krokowe, dokonać przesłuchania sieci przez inspektora i dopiero na ostatnim etapie użyć korelatora.
Jak widać, nowe urządzenia przynoszą ciągłe zmiany w sposobie postępowania przy prowadzeniu kontroli wycieków. Uświadomienie sobie specyfiki ich użycia i charakterystyki może spowodować, iż zaplanowane przychody uzyska się dopiero w jednoznacznie określonych warunkach.
Rehabilitacja i kontrola ciśnienia
Rehabilitacja lub wymiana sieci oraz zarządzanie ciśnieniem są powszechnie znanymi metodami ograniczającymi straty wody. Zwróćmy więc uwagę na możliwe interakcje pomiędzy wymianą przewodów a detekcją wycieków (w rozumieniu AKW lub SN).
Otóż w świetle sprawności aktualnie używanych urządzeń do detekcji wycieków wymiana rur stalowych na plastikowe ma czasami zabarwienie wysoce kontrowersyjne, a nawet niekoniecznie opłacalne.
Wymiana rur na plastikowe w niektórych warunkach może przynieść co najwyżej krótkotrwały efekt (tj. oszczędność wody w miesiącach bezpośrednio po wymianie przewodów). Jest to oczywiście pogląd sprzeczny z poglądem rozpowszechnionym w przedsiębiorstwach wodociągowych. Dlaczego w niektórych przypadkach pogląd ten potrafi się jednak sprawdzić?
Otóż powszechnie wiadomo, że detekcja wycieków na rurach plastikowych jest bardzo trudna. Jeśli więc wymiany przewodów dokonano by w obszarach, gdzie następują ruchy gruntu uszkadzające sieć wodociągową, wówczas w przyszłości należałoby się liczyć ze wzrostem strat wody lub – w celu zapobieżenia im – z koniecznością nieproporcjonalnego do efektów zwiększenia pracochłonności procesu detekcji wycieków.
Innego typu interesująca interakcja występuje pomiędzy zarządzaniem ciśnieniem a wymianą przewodów. Zadania te wykonujemy w takiej kolejności, która przynosi maksymalny zysk dla przedsiębiorstwa – a tym samym najniższą cenę wody dla odbiorców. Niezbędne jest przy tym prognozowanie strat do gruntu i strat z wycieków oraz awaryjności sieci w dłuższym horyzoncie czasowym.
Obecnie polskie przedsiębiorstwa mają obowiązek – przy konstruowaniu planów podwyżek cen za usługi – zatwierdzania swoich planów rozwoju i modernizacji majątku. Przy tej okazji bardziej ekonomiczne staje się wykonywanie planów modernizacyjnych uwzględniających omówione tu zagadnienia w szerszej niż dotąd perspektywie.
Większość krajowych przedsiębiorstw wodociągowych stoi przed potrzebą podziału sieci na:
Podział taki jest niezbędny dla dobrego funkcjonowania każdej sieci i zwiększy skalę zagęszczenia na niej czujników i urządzeń pomiarowych. |
Ranking opcji i plan najmniejszych kosztów
Ranking opcji to na początku spojrzenie na każdą z nich poprzez korzyści i koszty (eksploatacyjne i inwestycyjne dla opcji), ilość wolumetryczną oszczędzonej wody, elastyczność finansowania opcji, możliwość szybkiego wdrożenia i pozostałe czynniki (np. jakość wody).
W końcowym rezultacie opcje możemy ocenić standardowymi wskaźnikami oceny inwestycji – NPV, IRR, korzyści/koszty, BEP. W zależności od atrakcyjności danej opcji (zależących również od kosztów zaoszczędzonej wody i od poprawy jakości dostawy czy wydłużenia żywotności przewodów) wykonujemy plan, w którym przewidujemy w określonym czasie z określonym natężeniem wprowadzanie poszczególnych opcji w określonych strefach/obszarach sieci wodociągowej.
Aktualnie na świecie w branży wodociągowej za atrakcyjne uważa się te przedsięwzięcia, które posiadają stosunek korzyści do kosztów powyżej dwóch.
Podwójne liczenie oszczędności
W trakcie konstrukcji planu należy unikać podwójnego liczenia oszczędności.
Przykładowo, jeśli na sieci wprowadzimy regulację ciśnienia, to straty do gruntu i straty z wycieków zmniejszą się o 10%. Gdybyśmy nie dokonali regulacji ciśnienia, a wprowadzili szybkość napraw, to na tymże obszarze straty spadłyby np. o 60%. Jeśli jednak po wprowadzeniu szybkości napraw wprowadzimy regulację ciśnienia, to straty zmniejszą się np. o 4%, a nie o wcześniej obliczone 10%. Są to oczywiście zupełnie hipotetyczne liczby procentowe, lecz plan najmniejszych kosztów powinien uwzględniać tego typu zjawiska. Jest to właśnie uniknięcie podwójnego liczenia oszczędności w stratach wody.
Sławomir Speruda
Artykuł jest kontynuacją rozpoczętego w poprzednim numerze “Wodociągów-Kanalizacji” cyklu na temat szybkości napraw. Cykl ten ma na celu przedstawienie czytelnikom nie tylko urządzeń i oprogramowania do prowadzenia monitoringu SN, ale również opłacalność tego procesu w krajowych warunkach dostawy wody. (red.) |
