Elastyczne, skalowalne i oszczędne lokalne rozwiązanie do prewencji podtopień w miastach
W europejskich miastach istnieje wiele systemów kanalizacyjnych ze sterowaniem w czasie rzeczywistym (RTC), zbudowanych z sieci czujników i urządzeń sterujących. Są to systemy sterowania centralnego, w których decyzje zapadają w oparciu o modele sieci i dane o opadach pochodzące z radarów. Takie systemy generują wysokie koszty kapitałowe i wymagają od operatorów dużej wiedzy. W ramach finansowanego ze środków UE projektu CENTAUR (Cost Effective Neural Technique for Alleviation of Urban Flood Risk) opracowano gotowy do wprowadzenia na rynek, zdecentralizowany i autonomiczny system. System CENTAUR pokazał, że możliwe jest zapewnienie dodatkowej ochrony przed podtopieniami w miastach z wykorzystaniem istniejącej sieci kanalizacyjnej.
Wdrażanie inteligentnych systemów sterowania w oparciu o dane
System CENTAUR działa poprzez zainstalowanie regulatora natężenia przepływu (FCD) powyżej obszarów podtapianych, w tej części sieci kanalizacji deszczowej, która posiada bufor w przypadku podtopienia sieci położonej niżej. FCD jest instalowany bezpośrednio w istniejących włazach kanalizacyjnych i dzięki komunikacji bezprzewodowej potrafi dynamicznie reagować na pomiary poziomu wody w lokalnej sieci kanalizacji deszczowej. System monitorowania poziomu wody rejestruje wysokie poziomy w obszarze zagrożonym podtopieniem oraz dostępną pojemność w obszarach położonych wyżej. Następnie, na podstawie algorytmu, zapada decyzja o zamknięciu FCD i zmagazynowaniu wody oraz zmniejszeniu natężenia przepływu, a tym samym poziomu wody w miejscach narażonych na podtopienia, co minimalizuje prawdopodobieństwo ich wystąpienia. Ponieważ system komunikacji jest zasilany energią słoneczną i może zostać przyłączony do pobliskiej infrastruktury, np. na słupach latarni, jest on bardzo elastyczny i tym samym łatwo dostępny. A co najważniejsze, system CENTAUR może działać bez konieczności wprowadzania zmian strukturalnych do istniejących systemów kanalizacyjnych. „Obszary miejskie mogą skorzystać z dodatkowej ochrony przed podtopieniami bez konieczności budowania nowych, drogich konstrukcji, takich jak zbiorniki magazynowe”, tłumaczy koordynator projektu, Simon Tait. „Takie lokalne spojrzenie na sprawę oznacza, że działania mogą być podejmowane szybciej przy mniejszych kosztach, bez konieczności oczekiwania na zdobycie dużego kapitału czy pozwoleń na budowę nowych konstrukcji”. Kolejną istotną zaletą tej technologii jest jej autonomiczność, co oznacza, że może ona zostać rozbudowana, tak by pokryć więcej obszarów narażonych na podtopienia należące do jednej sieci. Ponieważ każdy z systemów działa autonomicznie, w żadnym momencie nie są one od siebie zależne, w odróżnieniu od istniejących rozwiązań RTC, które często wymagają optymalizacji całego systemu. „Jako że system CENTAUR opiera się na danych, decyzje o natężeniu przepływu zapadają na podstawie rzeczywistych pomiarów poziomu wody na obszarach narażonych na podtopienia oraz powyżej miejsca zainstalowania FCD, a nie na podstawie niepewnych modeli prognoz jak to ma miejsce w przypadku starych, wielkoskalowych systemów RTC”, zapewnia Tait. O skuteczności technologii świadczą testy fazy pilotażowej przeprowadzone w portugalskim mieście Coimbra oraz system demonstracyjny zainstalowany we francuskim Toulouse. W ramach pilotażu w Coimbra system był kontrolowany podczas ulewnych deszczy, których w tym czasie spadło ponad 60. Natężenie przepływu i głębokość w niższych lokalizacjach zmniejszyły się o odpowiednio 37 % i 19 %. System demonstracyjny zainstalowany w Toulouse wciąż zbiera dane, a jego wydajność jest oceniana.
Elastyczność, która sprzyja szerszemu wdrażaniu technologii
System CENTAUR bezpośrednio przyczynia się do realizacji wymogów unijnej dyrektywy w sprawie ryzyka powodziowego, a panel sterowniczy do wizualizacji podłączony do sieci oferuje zakładom gospodarki wodnej możliwość wyświetlania na monitorze tego, jak system chroni mieszkańców i ich mienie. W przyszłości dynamiczne lokalne sterowanie siecią kanalizacyjną umożliwi kontrolę okresowych zrzutów wody z przelewów burzowych kanalizacji ogólnospławnej do cieków wodnych, przyczyniając się tym samym do wdrożenia w życie unijnej dyrektywy w sprawie oczyszczania ścieków komunalnych i ramowej dyrektywy wodnej. „Kiedy sieci kanalizacji deszczowej są przeciążone, na obszarach miejskich często dochodzi do podtapiania wciąż tych samych budynków. Szybkie i oszczędne rozwiązanie, jakim jest system CENTAUR, oznacza, że możemy zapewnić skuteczną ochronę przed podtopieniami w miejscach, gdzie podtopieniu ulega tylko niewielka liczba nieruchomości”, dodaje Tait. Partnerzy projektu CENTAUR z sektora MŚP rozpoczęli wdrażanie systemu na rynek za cenę docelową określoną w projekcie wynoszącą 100 000 euro, a więc znacznie poniżej ceny małych scentralizowanych systemów RTC wartych ponad 1 mln euro. Obecnie zespół projektowy planuje zbadać działanie systemu CENTAUR w sieciach kanalizacyjnych lub kanalizacji deszczowej w wielu różnych lokalizacjach pod kątem elastycznego sterowania siecią na dużym obszarze. Członkowie zespołu przyglądają się również możliwości wykorzystania systemu dla sprawniejszego zarządzania przelewami burzowymi kanalizacji ogólnospławnej w celu ograniczenia wpływu na wody, do których odprowadzane są ścieki jak również po to, by sprawdzić, czy manipulowanie przepływem w sieciach kanalizacyjnych może zmniejszyć koszty przepompowywania i oczyszczania (energia i środki chemiczne) ponoszone przez oczyszczalnie ścieków.
Słowa kluczowe
CENTAUR, kanalizacja, ścieki, podtopienia, czujniki, opady, radar, hydrodynamiczny, woda, kanalizacja deszczowa, autonomiczny, miejski
