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南澳洲水务公司智慧供水案例

作者:广州管威机电技术服务有限公司 浏览: 发表时间:2020-10-21 16:13:50

南澳洲水务公司智慧供水案例

 陈耐涵 水务加服务号

南澳大利亚水务公司位于南澳洲首府阿德莱德,隶属于南澳大利亚州立政府的水务集团公司,统管整个南澳大利亚州的水务服务,包括供水、排水、雨污循环系统及污废水处理等服务。


一、南澳大利亚供水系统



南澳大利亚州供水系统主要来源于3大水源:地表水、地下水和海水。


地表水主要从水库储水和河流泵水获取;地下水供水系统覆盖偏远地区;而海水供水则在阿德莱德市政供水系统,由阿德莱德海水淡化处理厂供应。


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本文的主角是地表水供水系统,从Murray河->水库->市政管网,结合海水供水系统从阿德莱德海水淡化厂->蓄水池->市政配水管网,在保证供水安全的基础上,利用智慧供水决策系统达到智慧调度,优化分配及能耗节省的目的。


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地表水主要由原水管网->输水系统->配水管网,覆盖从淡水河及降雨储水到每家每户的供水系统。


南澳洲人口为170万,阿德莱德市为130万,每年用水量不少于200GL(约2亿吨),日均用水量为40-80万吨。


南澳大利亚州淡水资源从Murray河取水,由5条原水供水线路经过大型泵站,经过大大小小的河流和水库,到达自来水厂,由重力流再供水到配水管网,其中有3条直达供应阿德莱德市。


阿德莱德市供水水源主要由10座原水水库经过6个大型自来水厂和1个海水淡化厂,供水到各家各户。



二、中控中心



24/7实时监控及调度系统设置在中控中心,主要职责为全州管网实时监控、管网运行优化调度、供水规划、生产及能耗管理等


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三、智慧供水决策系统



那么为什么要投资开发智慧供水决策系统呢?主要因为3大原因:


大量生产运营数据没有系统管理

德莱德市政南水北调工程实施

南澳洲水务集团“自由电价”政策


第一个原因很好理解,相信也是很多国内水司面临并且要改善的首要任务。大量的历史运营数据包括SCADA、资产设备信息、水质信息、营收系统等等都没有综合管理系统,部门之间分享及管理也很困难。


阿德莱德市政的南水北调工程由传统的点->区供应变成了多点->多区,加大优化调度灵活性和应急性。


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标准调度由各大水厂对应供水区域,而南水北调工程可以由南部水厂结合海水淡化厂一路北调覆盖整个阿德莱德市。而“自由电价”政策也成为智慧水务系统构想很好的驱使。


南澳洲的泵站每年要耗费几千万澳币,仅仅在原水泵站,为节省用电开支,自由电价项目可以让调度更优化地选择水泵开启的时间。



自由电价波动为每5分钟,定价为每30分钟平均,波动范围为负价$-1000/MWh到正价$10,000/MWh以上,这就意味着在负价开启水泵不但可以输水,同时还可以盈利。



四、决策辅助模块



整个智慧供水系统由4大模块组成,分别为水量预测、原水-输水优化工具、管网运行模型及管网状态监控。


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相对应的4个功能应用为在线用水量预测、在线优化调度、异常报警/预警及实时管网运行监测。



五、用水量预测模块



这个模块背后是数据驱动的智能算法,以大量管网测点流量历史数据作为基础,计算出每个水厂在不同季节、温度、土壤湿度的输出水量7天预测。


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结合实时SCADA进出口流量数据、水厂水质数据、蓄水池水位预测,用户还可以在界面直接选择不同情景下的模拟结果,以快速辅助应对应急事件,给出快速调度方案,以确保供水安全。



六、原水-输水优化工具模块



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用水量预测模块的输出结果会传输到优化工具模块,通过背后的遗传优化(Genetic Algorithm)算法和边界限制条件,在保证供水安全的前提下,系统会自动给出最优化、最省钱或能耗最少的调度方案,以供中控中心工程师们做出决策和规划。


 方案一 

• 春季/秋季用水量

• 南水北调至51North区域

• 水厂最小输出模式以保证水厂正常运营(LP/AH)

• 水厂维护中(无产量模式)

• 水厂要求一定输出水

• 海水淡化厂最小输出模式


方案二

• 春季/秋季用水量

• 不启用南水北调模式

• 水厂在传统调度模式

• 海水淡化厂最小输出模式



七、管网运行模拟模块



用水量预测模块的输出结果、原水-输水优化工具调度结果会成为管网运行模拟模块的输入条件,进行运算。


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现在:以水力模型引擎为基础,SCADA实时数据为初始边界条件,驱动在线模型运算。


预测:报警及预警管网中的问题包括供水压力过高过低、出水口流量异常等。


同时,对传感器的数据的分析来判断是否需要校验传感器、流量计、水质分析仪等。


同时,结合“自由电价”的高价位预测,也可以通过模拟在高价位时段关闭泵站、阀门,提前在低价位时段蓄水等达到优化调度管理。


事件:当有突发事件发生时,例如区段内水质污染事件、爆管事件、用户投诉事件等作出相应快速的调度,并评估“最坏的影响及范围”,以帮助水务集团作出决策。


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水力模型:全网水力模型覆盖整个阿德莱德市服务130万人口。


模型有46万节点、10万管段、8.6公里管长,共覆盖1800平方公里,相当于1个伦敦市。


历史最高日用水量为85万吨。模型运算为5分钟,模拟结果会实时传送到发布界面,供中控中心人员使用。


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八、管网状态监控模块



以大数据中心为基础,结合管网设备静态信息、实时SCADA信息、GIS地理信息、天气预报及降雨信息、水质数据及上述3个模块模拟结果,帮助用户快速获取水务相关信息及预测,真正意义上实现一张网、一张图、一平台的目标。


用户可以根据水厂、蓄水池等设备分类进行监控,或通过点击地图上的管网进行查询。


以下简单介绍几个非常有价值的功能:



✔水质查询功能

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实验室人工水质采样结果会通过系统直接传输到决策辅助系统,结合GIS工具查询,可搜索到离查询点最近的人工采样及水质分析仪的采样结果。


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同时,背后的水力模型会计算水龄并呈现在地图上,让中控中心人员可以快速应对水质投诉或紧急事件。还能帮助水质分析仪进行校正。


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✔资产设备管理功能

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传统水务设备管理是在纸质上翻阅信息,而今智慧水务系统可以对与之相关的所有资料包括图像、监控、静态信息、实时数据、预测模拟、阀门开度及水质数据一览无余。





✔ 自由电价辅助决策功能


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中控中心的工程师和操作员不单单根据预测电价曲线来做决策,同时会结合几十种电价指数辅助决策。





九、总结



通过智慧供水决策系统的应用,南澳水务集团在各大原水-输水管网大型泵站电费节省了5%、输水-配水管网运营成本也相应减少


每年水务集团财政预算规划更精确,对于管网设备新建、升级等大型项目于日常运行带来的影响也可以通过智慧系统评估财政影响。


智慧决策系统的应用还能监测传感器数据质量,使得设备的维护和传感器校验变得更有效更及时,模拟结果也更准确。最后也是最重要的,智慧供水决策系统让南澳州人民的供水安全得到保障。


因此,南澳州水务集团的这一智慧供水决策系统在2015年被Global Water Intelligence授予年度Water Performance Initiative的奖项。


12

特邀专家—陈耐涵



澳大利亚阿得莱德大学土木环境工程、水资源管理硕士


澳大利亚注册工程师


从事给排水行业8年有余


在澳大利亚水务集团从事原水到自来水供需平衡、能耗优化、南水北调等市政智慧给水项目


在中国从事智慧供排水工程项目,实现硬件数字化转型,一张网、一平台、一朵云建设。

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