Dodola - Istraživanje prediktivnog upravljanja za učinkovit i fleksibilan rad vodoopskrbnog sustava
Sažetak
Cilj projekta je unapređenje suradnje istraživačkih organizacija (Fakultet elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu) s poduzećima (Končar - Digital d.o.o. i Vodne usluge d.o.o.) te unapređenje kapaciteta predmetnih poduzeća za istraživanje, razvoj i inovacije provođenjem kolaborativnog primijenjenog istraživanja prediktivnog upravljanja za učinkovit i fleksibilan rad vodoopskrbnog sustava.
Problemi koji će biti adresirani projektom obuhvaćaju smanjenje gubitaka vode i troškova električne energije u vodoopskrbnom sustavu u odnosu na dosadašnje metodologije.
Ciljne skupine uključuju prijavitelja i partnere, vanjske istraživačke organizacije i poduzeća te istraživače na međunarodnoj razini i potencijalne kupce Dodola rješenja.
Trajanje projekta: 30.3.2024. – 29.06.2026. (27 mjeseci)
Poziv: Ciljana znanstvena istraživanja NPOO.C3.2.R3-I1.04
Opis projekta
Projektom primijenjenog istraživanja poduzeća Končar - Digital d.o.o. i Vodne usluge d.o.o. te istraživačka organizacija Fakultet elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu provode istraživačke aktivnosti temeljnog i industrijskog istraživanja na razini tehnološke spremnosti TRL 1-4 inovativnog proizvoda naziva Dodola, na temu prediktivnog upravljanja za učinkovit i fleksibilan rad vodoopskrbnog sustava.
Dodola predstavlja cjeloviti proizvod koji će se temeljiti na originalnom pristupu u rješavanju problema smanjenja gubitaka vode i troškova električne energije u vodoopskrbnom sustavu.
Vodoopskrbni sustavi se danas uglavnom vode na način da operater postavke protoka i tlakova za pojedine upravljačke crpke ili ventile postavlja po iskustvu ili nekom unaprijed zadanom propisanom rasporedu te su dodatno implementirane autonomne zaštitne upravljačke petlje uključenja / isključenja crpki da bi se razina vode u vodospremama (a time i tlakovi u sustavu) držala u zadanim granicama. Postojeći vodoopskrbni sustavi najčešće posjeduju jednostavnu SCADA vizualizaciju procesa putem koje operateri mogu nadzirati pojedine veličine sustava te po potrebi povratno reagirati odgovarajućim ad-hoc akcijama.
Ova vrsta rada sustava prilično je konzervativna, s unaprijed definiranim upravljačkim akcijama koje osiguravaju dovoljne razine tlaka u krajnjim točkama sustava. Konzervativni pristup ne razmatra troškove rada sustava u smislu potrošnje energije i gubitaka vode niti pokušava iskoristiti mogućnost sudjelovanja na tržištu pomoćnih usluga elektroenergetskog sustava, za što zbog fleksibilnosti razina vode u vodospremama postoji značajan potencijal.
Vodoopskrbni sustav dinamički je sustav kod kojeg je potrebno održavati dopuštene intervale tlakova po različitim točkama mreže, te pritom troškove za električnu energiju i gubitke vode učiniti čim manjima. Navedeno ga čini idealnim kandidatom za primjenu optimizacijskih postupaka i prediktivnog upravljanja koje se na njima temelji. Zadatak tih postupaka jest naći optimalan profil aktuacije upravljačkih crpki i ventila u vodoopskrbnom sustavu tijekom određenog perioda vremena. Način njihova uvođenja u upotrebu moguć je kroz predlaganje optimalnih akcija operateru, zajedno s pripadnim ključnim pokazateljima koji opravdavaju predloženi način rada sustava.
Računalno donošenje odluka na razini cijelog sustava zahtijeva da za cjelokupan sustav bude postavljen matematički model te da se nad tim modelom izvedu odgovarajuće operacije optimizacije. U vodoopskrbnim poduzećima ne postoji ekspertiza za navedeno modeliranje, kao ni ekspertiza iz područja optimizacije da bi se predmetni model upotrijebio u donošenju odluka, te odgovarajuća programerska znanja da se takav algoritam i implementira.
Svaki je sustav vodooprskrbe jedinstven te je izrada njegova modela izazovan problem, a ona je ujedno nužan preduvjet za razvoj naprednog upravljačkog algoritma. Model podrazumijeva i određivanje gubitaka što zahtjeva praćenje mjernih podataka na mnogim mjestima unutar distribucijske mreže.
U projektu se na razini koncepta razmatra dizajniranje sustava autonomnog prediktivnog upravljanja vodoopskrbnim sustavom i testiranje dobitaka rada takvog sustava na laboratorijskoj simulacijskoj platformi u okviru SCADA sustava koji je pripremljen da se lako nadogradi na postojeće sustave automatizacije u vodoopskrbnim sustavima.
Važna dodatna mogućnost koja se otvara uspostavom prediktivnog upravljanja u vodoopskrbnom sustavu jest korištenje inherentne fleksibilnosti vodosprema kako bi se ostvario odziv potrošnje te na taj način dodatno smanjili troškovi za električnu energiju. Smanjenja troškova proizlaze dijelom iz korištenja crpki u skladu s različitim tarifama za električnu energiju, a dijelom zbog nagrade za fleksibilnost u potrošnji električne energije.
Takvim se fleksibilnim vodoopskrbnim sustavima povećava mogućnost integracije obnovljivih izvora energije, što je važan neizravan učinak kod primjene Dodola rješenja. Obnovljivi izvori imaju nestalnu proizvodnju pa se održavanje balansa između proizvodnje i potrošnje u energetskom sustavu dijelom prebacuje i na stranu krajnjih potrošača, u sklopu mehanizma odziva potrošnje. Uz fleksibilne potrošače, tj. potrošače koji svoju potrošnju mogu uskladiti s dostupnošću energije iz obnovljivih izvora, raste i količina obnovljivih izvora energije koju je moguće integrirati u mrežu.
