Помощь студентам в учебе
Использование SMART технологий в системах водоснабжения и водоотведения
|
ВВЕДЕНИЕ 9
1. "УМНЫЕ" ТЕХНОЛОГИИ В МИРЕ 13
1.1 Область применения 13
1.2 Городские водные проблемы 14
1.3 Быстрая урбанизация 16
1.4 Руководство и управление 18
1.5 Инвестиции 19
1.6 Водоснабжение и инфраструктура 20
1.7 Доступность и качество воды 21
1.8 Изменения климата воды 23
2. ПРИМЕНЕНИЕ "УМНЫХ" ТЕХНОЛОГИЙ 26
2.1 Интеллектуальное управление водными ресурсами в городах 26
2.2 SWM технологии 31
2.2.1 Интеллектуальные трубы и сенсорные сети 31
2.2.2 Smart метрика 34
2.2.3 Модемы связи 35
2.2.4 Географические информационные системы (ГИС) 36
2.2.5 Облачные вычисления 37
2.2.6 Диспетчерский контроль и сбор данных (SCADA) 38
2.2.7 Модели, инструменты оптимизации и поддержка принятия решений 40
2.2.8 Средства веб-связи и информационные системы 41
2.3 Интеграция SWM: усиление управления водными ресурсами в городах 43
2.3.1 Интеллектуальные решения в области городского водного хозяйства
Aquadapt 43
2.3.2 AQUADVANCED-инновационное ИТ-решение 44
2.3.3 Проект UrbanWater 45
2.4. Современное Smart и цифровое оборудование 46
2.4.1 Улучшения в сканировании труб 46
2.4.2 Беспроводные мобильные датчики в подземных трубах 47
2.4.3 Решения для дистанционного мониторинга управления городскими
сточными водами 48
2.4.4 Технологии управления городскими паводками 49
2.5 Внедрение SWM 51
2.6 Возможности SWM 53
2.7 Решение проблем 56
2.8 Извлеченные уроки: Стандартизация и политические перспективы 57
3. ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ГОРОД» И ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО В РФ 62
Выводы 66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
1. "УМНЫЕ" ТЕХНОЛОГИИ В МИРЕ 13
1.1 Область применения 13
1.2 Городские водные проблемы 14
1.3 Быстрая урбанизация 16
1.4 Руководство и управление 18
1.5 Инвестиции 19
1.6 Водоснабжение и инфраструктура 20
1.7 Доступность и качество воды 21
1.8 Изменения климата воды 23
2. ПРИМЕНЕНИЕ "УМНЫХ" ТЕХНОЛОГИЙ 26
2.1 Интеллектуальное управление водными ресурсами в городах 26
2.2 SWM технологии 31
2.2.1 Интеллектуальные трубы и сенсорные сети 31
2.2.2 Smart метрика 34
2.2.3 Модемы связи 35
2.2.4 Географические информационные системы (ГИС) 36
2.2.5 Облачные вычисления 37
2.2.6 Диспетчерский контроль и сбор данных (SCADA) 38
2.2.7 Модели, инструменты оптимизации и поддержка принятия решений 40
2.2.8 Средства веб-связи и информационные системы 41
2.3 Интеграция SWM: усиление управления водными ресурсами в городах 43
2.3.1 Интеллектуальные решения в области городского водного хозяйства
Aquadapt 43
2.3.2 AQUADVANCED-инновационное ИТ-решение 44
2.3.3 Проект UrbanWater 45
2.4. Современное Smart и цифровое оборудование 46
2.4.1 Улучшения в сканировании труб 46
2.4.2 Беспроводные мобильные датчики в подземных трубах 47
2.4.3 Решения для дистанционного мониторинга управления городскими
сточными водами 48
2.4.4 Технологии управления городскими паводками 49
2.5 Внедрение SWM 51
2.6 Возможности SWM 53
2.7 Решение проблем 56
2.8 Извлеченные уроки: Стандартизация и политические перспективы 57
3. ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ГОРОД» И ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО В РФ 62
Выводы 66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
Водный цикл (водные ресурсы, производство, распределение, потребление, сбор и обработка сточных вод) играет неотъемлемую роль в городской системе, оказывая влияние на каждый компонент городского общества и его функциональность, поддерживая население, производя энергию, поддерживая туризм и рекреационную деятельность, обеспечивая охрану окружающей среды и здоровья человека и подпитывая местное экономическое развитие. Такая растущая конвергенция способствует росту городов, поскольку в настоящее время более половины населения мира проживает в городских районах. Предполагается, что численность городского населения увеличится с 7 миллиардов человек в 2020 году до 10 миллиардов в 2050 году. Перед городскими районами также будет стоять задача поглощения сельского населения, поскольку темпы его роста продолжают снижаться.
Как известно, наличие и распределение водных ресурсов неразрывно связано с деятельностью города в таких различных областях, как жилищное строительство, здравоохранение, экономическое развитие, туризм, рекреация, транспорт, управление отходами и энергетика. Растущая концентрация населения, экономической деятельности и активов в городских районах обычно приводит к образованию большого количества отходов и загрязнению парниковых газов, повышая восприимчивость города к рискам, связанным с бедствиями/опасностями, а также к последствиям изменения климата. Таким образом, необузданный рост в городских районах создает социально-экономические и экологические проблемы для жителей, предприятий, отраслей, муниципалитетов и правительств. В соответствии с направленностью данного исследования он также создает значительные проблемы для городских планировщиков в плане эффективного и устойчивого управления водными ресурсами.
Эти проблемы включают в себя нагрузку, оказываемую на водные ресурсы быстрыми темпами урбанизации, что приводит к росту спроса на чистую воду и адекватные санитарные условия, необходимые для обеспечения человеческого проживания. Быстрый рост городов также усилил конкуренцию за дефицитные водные ресурсы между такими секторами, как промышленность и сельское хозяйство.
В докладе ОЭСР (Организация экономического сотрудничества и развития) "водная безопасность для улучшения условий жизни" говорится, что достижение целей в области водной безопасности означает поддержание приемлемых уровней для четырех видов водного риска: риска нехватки (включая засухи), риска недостаточного качества, риска превышения (включая наводнения) и риска подрыва устойчивости пресноводных систем (например, за счет превышения защитной способности поверхностных и подземных водоемов). Этот подход свидетельствует о растущем осознании важности решения связанных с водными ресурсами проблем на комплексной, целостной основе с учетом как приемлемых уровней рисков, так и их потенциальных последствий (экономических, экологических, социальных) для заинтересованных сторон в городах.
Поэтому городская служба водоснабжения должна обеспечивать надлежащее управление водоснабжением и водораспределением, водоснабжением и очисткой сточных вод, а также другими коммунальными службами. Городские водоканалы постоянно расширяют цепочку водоснабжения, включая (но не ограничиваясь) следующие области:
• Служба неочищенной воды: отвод неочищенной воды необходим для облегчения очистки и распределения среди населения города. В некоторых городах розничная цена воды включает в себя стоимость проекта водозабора.
• Услуги по водоснабжению: предоставление безопасной очищенной воды различным секторам городской среды, в том числе жилым, коммерческим и промышленным секторам.
• Услуги по очистке сточных вод: предоставление услуг по очистке сточных вод для коммерческих услуг необходимо для обеспечения охраны окружающей среды.
• Мелиорированное водоснабжение: обычно предлагается подавляющим большинством компаний по очистке сточных вод в качестве бизнеса с добавленной стоимостью для промышленных потребителей, таких как электростанции.
• Другие услуги водоснабжения: рынок опреснения морской воды находится в процессе перехода от предоставления инженерного, закупочного и строительного оборудования (ИЗС) к комплексному инвестиционному и эксплуатационному обслуживанию.
При такой сильной зависимости от водных ресурсов любое сокращение их количества или качества будет иметь неблагоприятные последствия для городской системы. В условиях, когда города наращивают свое централизованное производство и потребление, а также быстро меняющиеся модели землепользования, устойчивое управление водными ресурсами представляет собой сложную проблему. Сбалансированное экономическое развитие и устойчивость водных ресурсов становятся еще более проблематичными с учетом текущих и ожидаемых последствий изменения климата (например, повышение уровня моря, нехватка воды), что усугубляет уязвимость, связанную со старением инфраструктуры.
В этом контексте, smart-системы в водоснабжении можно охарактеризовать как системы с "высокой степенью автоматизации, быстрое время отклика и возможность сбора информации в режиме реального времени, возможность передавать данные между удаленными локациями и обработки данных объекта, и данные должны быть интерпретированы и представлены предприятиям и конечным потребителям" в то время как эти системы сочетают в себе как технические, так и нетехнические инновации, информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) все шире обеспечивая новыми функциональными возможностями для городского водоснабжения менеджеров.
Подходы к рациональному управлению водными ресурсами (УВР) направлены на содействие устойчивому, хорошо скоординированному развитию и рациональному использованию водных ресурсов посредством интеграции продуктов, инструментов и решений ИКТ; таким образом, они обеспечивают основу для устойчивого подхода к управлению водными ресурсами и их потреблению.
Низкая стоимость некоторых продуктов ИКТ, а также их быстрые темпы оборота применительно к городской среде способствуют применению новых и новаторских подходов для обеспечения безопасного и адекватного водоснабжения городских жителей. Эти технологии могут быть адаптированы для непрерывного мониторинга и диагностики проблем, определения приоритетов и управления вопросами технического обслуживания, а также использования данных для оптимизации всех аспектов городской сети управления водными ресурсами.
Использование потенциала ИКТ в городах на основе использования SWM (Smart water management) может способствовать преодолению связанных с водой социально-экономических, культурных и экологических проблем, а также оснащению городов технологиями для смягчения последствий изменения климата.
Исходя из этого, в данном исследовании рассматриваются ключевые вопросы, связанные с SWM в городских условиях, включая ключевые проблемы управления водными ресурсами и возможности, с которыми сталкиваются города. Уделяя особое внимание роли и потенциалу ИКТ, настоящее исследование направлено на то, чтобы позиционировать SWM в качестве важнейшей области деятельности по достижению целей, поставленных умными устойчивыми городами, и реагировать на текущие и возникающие городские проблемы.
Как известно, наличие и распределение водных ресурсов неразрывно связано с деятельностью города в таких различных областях, как жилищное строительство, здравоохранение, экономическое развитие, туризм, рекреация, транспорт, управление отходами и энергетика. Растущая концентрация населения, экономической деятельности и активов в городских районах обычно приводит к образованию большого количества отходов и загрязнению парниковых газов, повышая восприимчивость города к рискам, связанным с бедствиями/опасностями, а также к последствиям изменения климата. Таким образом, необузданный рост в городских районах создает социально-экономические и экологические проблемы для жителей, предприятий, отраслей, муниципалитетов и правительств. В соответствии с направленностью данного исследования он также создает значительные проблемы для городских планировщиков в плане эффективного и устойчивого управления водными ресурсами.
Эти проблемы включают в себя нагрузку, оказываемую на водные ресурсы быстрыми темпами урбанизации, что приводит к росту спроса на чистую воду и адекватные санитарные условия, необходимые для обеспечения человеческого проживания. Быстрый рост городов также усилил конкуренцию за дефицитные водные ресурсы между такими секторами, как промышленность и сельское хозяйство.
В докладе ОЭСР (Организация экономического сотрудничества и развития) "водная безопасность для улучшения условий жизни" говорится, что достижение целей в области водной безопасности означает поддержание приемлемых уровней для четырех видов водного риска: риска нехватки (включая засухи), риска недостаточного качества, риска превышения (включая наводнения) и риска подрыва устойчивости пресноводных систем (например, за счет превышения защитной способности поверхностных и подземных водоемов). Этот подход свидетельствует о растущем осознании важности решения связанных с водными ресурсами проблем на комплексной, целостной основе с учетом как приемлемых уровней рисков, так и их потенциальных последствий (экономических, экологических, социальных) для заинтересованных сторон в городах.
Поэтому городская служба водоснабжения должна обеспечивать надлежащее управление водоснабжением и водораспределением, водоснабжением и очисткой сточных вод, а также другими коммунальными службами. Городские водоканалы постоянно расширяют цепочку водоснабжения, включая (но не ограничиваясь) следующие области:
• Служба неочищенной воды: отвод неочищенной воды необходим для облегчения очистки и распределения среди населения города. В некоторых городах розничная цена воды включает в себя стоимость проекта водозабора.
• Услуги по водоснабжению: предоставление безопасной очищенной воды различным секторам городской среды, в том числе жилым, коммерческим и промышленным секторам.
• Услуги по очистке сточных вод: предоставление услуг по очистке сточных вод для коммерческих услуг необходимо для обеспечения охраны окружающей среды.
• Мелиорированное водоснабжение: обычно предлагается подавляющим большинством компаний по очистке сточных вод в качестве бизнеса с добавленной стоимостью для промышленных потребителей, таких как электростанции.
• Другие услуги водоснабжения: рынок опреснения морской воды находится в процессе перехода от предоставления инженерного, закупочного и строительного оборудования (ИЗС) к комплексному инвестиционному и эксплуатационному обслуживанию.
При такой сильной зависимости от водных ресурсов любое сокращение их количества или качества будет иметь неблагоприятные последствия для городской системы. В условиях, когда города наращивают свое централизованное производство и потребление, а также быстро меняющиеся модели землепользования, устойчивое управление водными ресурсами представляет собой сложную проблему. Сбалансированное экономическое развитие и устойчивость водных ресурсов становятся еще более проблематичными с учетом текущих и ожидаемых последствий изменения климата (например, повышение уровня моря, нехватка воды), что усугубляет уязвимость, связанную со старением инфраструктуры.
В этом контексте, smart-системы в водоснабжении можно охарактеризовать как системы с "высокой степенью автоматизации, быстрое время отклика и возможность сбора информации в режиме реального времени, возможность передавать данные между удаленными локациями и обработки данных объекта, и данные должны быть интерпретированы и представлены предприятиям и конечным потребителям" в то время как эти системы сочетают в себе как технические, так и нетехнические инновации, информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) все шире обеспечивая новыми функциональными возможностями для городского водоснабжения менеджеров.
Подходы к рациональному управлению водными ресурсами (УВР) направлены на содействие устойчивому, хорошо скоординированному развитию и рациональному использованию водных ресурсов посредством интеграции продуктов, инструментов и решений ИКТ; таким образом, они обеспечивают основу для устойчивого подхода к управлению водными ресурсами и их потреблению.
Низкая стоимость некоторых продуктов ИКТ, а также их быстрые темпы оборота применительно к городской среде способствуют применению новых и новаторских подходов для обеспечения безопасного и адекватного водоснабжения городских жителей. Эти технологии могут быть адаптированы для непрерывного мониторинга и диагностики проблем, определения приоритетов и управления вопросами технического обслуживания, а также использования данных для оптимизации всех аспектов городской сети управления водными ресурсами.
Использование потенциала ИКТ в городах на основе использования SWM (Smart water management) может способствовать преодолению связанных с водой социально-экономических, культурных и экологических проблем, а также оснащению городов технологиями для смягчения последствий изменения климата.
Исходя из этого, в данном исследовании рассматриваются ключевые вопросы, связанные с SWM в городских условиях, включая ключевые проблемы управления водными ресурсами и возможности, с которыми сталкиваются города. Уделяя особое внимание роли и потенциалу ИКТ, настоящее исследование направлено на то, чтобы позиционировать SWM в качестве важнейшей области деятельности по достижению целей, поставленных умными устойчивыми городами, и реагировать на текущие и возникающие городские проблемы.
Хотя города составляют всего 2% от общей площади Мира, они занимают более половины мирового населения. Обеспечение устойчивого доступа к воде будет одной из самых серьезных проблем в ближайшие полвека. Как следует из анализа, стремительная урбанизация создает серьезную конкуренцию существующим водным ресурсам и усиливает давление, связанное с быстрым ростом населения и неопределенностью, обусловленной последствиями изменения климата. Неспособность решить новые задачи и удовлетворить потребности, связанные с водными ресурсами, может серьезно подорвать способность городов добиваться развития городов и достижения социально¬экономических и экологических целей. Поэтому крайне важно модернизировать традиционные подходы, с тем чтобы обеспечить более рациональные решения, которые были бы более эффективными в плане смягчения этих проблем и снижения затрат за счет оптимизации существующих и формирующихся инфраструктур.
Интеллектуальное управление водными ресурсами (УВР) может сыграть ключевую роль в преобразовании городов развитых и развивающихся стран в интеллектуальные и устойчивые города (ССК), если в его планирование и осуществление будут интегрированы адекватная политика, строгое управление и широкое участие заинтересованных сторон. Благодаря мониторингу в режиме реального времени, эффективной работе, совершенствованию процесса принятия решений и повышению производительности и качества предоставляемых услуг СУО может гарантировать, что рост города не будет достигнут за счет его водных ресурсов. Дополнительные преимущества, такие как увеличение доходов от коммунальных услуг, снижение эксплуатационных расходов и расширение участия общественности, делают SWM жизнеспособным, разумным и устойчивым решением для решения проблем городского водоснабжения.
Как показывает складывающийся опыт, инициативы в области интеллектуальных систем водоснабжения были более эффективными, когда они осуществлялись в рамках более широких стратегических подходов к управлению водными ресурсами (т. е. разработка водной политики). Поэтому усилия в этой области должны координироваться и обеспечивать синергизм между различными секторами и заинтересованными сторонами, участвующими в управлении водными ресурсами. В то же время опыт показывает, что государственно-частное партнерство может быть эффективным средством поощрения инновационной деятельности. Необходимо приложить дополнительные усилия для укрепления связей между коммунальными предприятиями, промышленными предприятиями и университетами, с тем чтобы разработать новые исследования в области рационального водопользования, возникающих проблем и возможностей, а также новых предприятий водоснабжения.
Признавая, что как технические, так и нетехнические инновации играют определенную роль в эффективной эксплуатации интеллектуальных систем водоснабжения, важно, чтобы развитие ИКТ сопровождалось инновациями в бизнес-моделях водоканалов, а также инновациями с точки зрения водопользования в конце трубы, с тем чтобы максимизировать вклад ИКТ в этой области.
Соответствующие политика и меры имеют ключевое значение для поддержки развития и внедрения интеллектуальных систем водоснабжения (например, ценообразование на воду, образование и информация, конкуренция для внешних потребителей). Кроме того, по мере дальнейшего появления интеллектуальных водных решений и углубления их интеграции в городскую среду будет возрастать значение общих стандартов для аппаратного и программного обеспечения. Эти стандарты имеют ключевое значение для поощрения международного внедрения инновационных технологий и, таким образом, дальнейшего прогресса в области рационального водопользования.
Успешная реализация SWM требует, чтобы дальнейшее внимание уделялось разработке руководящих принципов, наилучшей практики, стандартов и политики, которые были бы адаптированы к конкретным городским потребностям и приоритетам. Это обеспечит целостность, совместимость и функциональную совместимость протоколов, а также будет способствовать подотчетности и безопасности в рамках системы разумного управления водными ресурсами в городах.
Благодаря работе целевой группы МСБ по интеллектуальному управлению водными ресурсами и умным устойчивым городам, а также ее постоянным усилиям по ИКТ и адаптации к изменению климата, МСБ вносит свой вклад в разработку новых стандартов и рекомендаций, которые будут способствовать принятию более рациональных решений в водном секторе во всем мире.
Интеллектуальное управление водными ресурсами (УВР) может сыграть ключевую роль в преобразовании городов развитых и развивающихся стран в интеллектуальные и устойчивые города (ССК), если в его планирование и осуществление будут интегрированы адекватная политика, строгое управление и широкое участие заинтересованных сторон. Благодаря мониторингу в режиме реального времени, эффективной работе, совершенствованию процесса принятия решений и повышению производительности и качества предоставляемых услуг СУО может гарантировать, что рост города не будет достигнут за счет его водных ресурсов. Дополнительные преимущества, такие как увеличение доходов от коммунальных услуг, снижение эксплуатационных расходов и расширение участия общественности, делают SWM жизнеспособным, разумным и устойчивым решением для решения проблем городского водоснабжения.
Как показывает складывающийся опыт, инициативы в области интеллектуальных систем водоснабжения были более эффективными, когда они осуществлялись в рамках более широких стратегических подходов к управлению водными ресурсами (т. е. разработка водной политики). Поэтому усилия в этой области должны координироваться и обеспечивать синергизм между различными секторами и заинтересованными сторонами, участвующими в управлении водными ресурсами. В то же время опыт показывает, что государственно-частное партнерство может быть эффективным средством поощрения инновационной деятельности. Необходимо приложить дополнительные усилия для укрепления связей между коммунальными предприятиями, промышленными предприятиями и университетами, с тем чтобы разработать новые исследования в области рационального водопользования, возникающих проблем и возможностей, а также новых предприятий водоснабжения.
Признавая, что как технические, так и нетехнические инновации играют определенную роль в эффективной эксплуатации интеллектуальных систем водоснабжения, важно, чтобы развитие ИКТ сопровождалось инновациями в бизнес-моделях водоканалов, а также инновациями с точки зрения водопользования в конце трубы, с тем чтобы максимизировать вклад ИКТ в этой области.
Соответствующие политика и меры имеют ключевое значение для поддержки развития и внедрения интеллектуальных систем водоснабжения (например, ценообразование на воду, образование и информация, конкуренция для внешних потребителей). Кроме того, по мере дальнейшего появления интеллектуальных водных решений и углубления их интеграции в городскую среду будет возрастать значение общих стандартов для аппаратного и программного обеспечения. Эти стандарты имеют ключевое значение для поощрения международного внедрения инновационных технологий и, таким образом, дальнейшего прогресса в области рационального водопользования.
Успешная реализация SWM требует, чтобы дальнейшее внимание уделялось разработке руководящих принципов, наилучшей практики, стандартов и политики, которые были бы адаптированы к конкретным городским потребностям и приоритетам. Это обеспечит целостность, совместимость и функциональную совместимость протоколов, а также будет способствовать подотчетности и безопасности в рамках системы разумного управления водными ресурсами в городах.
Благодаря работе целевой группы МСБ по интеллектуальному управлению водными ресурсами и умным устойчивым городам, а также ее постоянным усилиям по ИКТ и адаптации к изменению климата, МСБ вносит свой вклад в разработку новых стандартов и рекомендаций, которые будут способствовать принятию более рациональных решений в водном секторе во всем мире.