Prywatne inwestycje w program monitorowania wycieków w celu rozwiązania problemu niedoboru wody w Lizbonie (Portugalia)

Lizbona prawdopodobnie stanie w obliczu spadku rocznych opadów deszczu oraz wzrostu częstotliwości i czasu trwania okresów suszy, przy czym prognozy dotyczące minimalnych i maksymalnych temperatur wskazują na wzrost na koniec stulecia o około 3 °C, jak przewidziano w zregionalizowanych scenariuszach klimatycznych opracowanych wramach projektu ADAPTACLIMA-EPAL finansowanego przez EPAL (Empresa Portuguesa das Águas Livres) i wdrażanego przez grupę badawczą CCIAM (Climate Change Impacts, Adaptation and Mitigation Research Group) Uniwersytetu Lizbońskiego. Ze względu na subtropikalny klimat śródziemnomorski miasto na ogół doświadcza krótkich, łagodnych zim i gorących lat. Portugalia doświadczyła w przeszłości poważnych susz. Susze stanowią zagrożenie dla zdrowia ludzkiego, ponieważ w połączeniu z wysokimi temperaturami mogą powodować odwodnienie.  Dlatego ważne jest, aby miasto zwróciło uwagę na wydajność swojego systemu zaopatrzenia w wodę.

Ograniczenie wycieków z sieci dystrybucji wody i ilości „wody niedochodowej” może znacząco przyczynić się do zdolności Lizbony do radzenia sobie z przyszłymi suszami poprzez zwiększenie efektywności wykorzystania wody w mieście. Woda nieprzychodowa stanowi różnicę między całkowitą objętością wody wejściowej a zatwierdzonym zużyciem rozliczeniowym, tj. wodą utraconą/wyciekłą w systemie zaopatrzenia w wodę. W latach 90. roczny poziom wody nieprzynoszącej dochodu w Lizbonie wynosił średnio od 25% do 30%, czyli około 40 000 000 metrów sześciennych. Dodatkowym czynnikiem stresującym dla systemu dystrybucji wody jest rosnące zapotrzebowanie na wodę pitną ze względu na wzrost liczby ludności w miastach. Sieć dostarcza wodę do około 350 000 klientów domowych i komercyjnych w centrum miasta i około 2 500 000 osób (dane z 2016 r.) w obszarze Wielkiej Lizbony (regionotaczający Lizbonę, który obejmuje gminy położone na północnym brzegu szerokiego ujścia rzeki Tag (Tejo)).

Jednym z głównych wyzwań związanych z reagowaniem na zwiększone ryzyko suszy jest zatem utrzymanie na jak najniższym poziomie odsetka wody niedochodowej w miejskiej sieci wodociągowej. 

Miasto Lizbona postanowiło znaleźć sposób na zmniejszenie ilości wody utraconej w wyniku wycieków, znanej również jako woda nieprzynosząca dochodu. Głównym źródłem tego problemu są usterki w rurociągach spowodowane starzeniem się infrastruktury. EPAL posiada wyspecjalizowanych techników, którzy wykonują wszelkie niezbędne naprawy. Trudność polega jednak na zidentyfikowaniu i zlokalizowaniu usterek, ponieważ sieć jest powszechna i głównie pod ziemią. To, czy technik musi szukać wycieku na powierzchni 1 metra kwadratowego, czy 1000 metrów kwadratowych, może mieć ogromne znaczenie. W związku z tym EPAL postanowiło opracować program monitorowania WONE, dzięki któremu można było szybciej identyfikować wycieki wody i precyzyjniej je lokalizować. Jego początkowym celem było zmniejszenie ilości wody nieprzynoszącej dochodu z 25% do poziomu poniżej 15%, aby zapewnić długoterminowe zrównoważone zaopatrzenie w wodę poprzez poprawę wydajności i skuteczności z dnia na dzień. Osiągnięte wyniki były jeszcze lepsze, osiągając w 2015 r. redukcję ilości wody nieprzynoszącej dochodu do około 8,5 %.

Cele tego projektu są zgodne z Krajowym Programem Efektywnego Użytkowania Wody (PNUEA) zatwierdzonym uchwałą krajową 113/2005, która jest koordynowana przez Krajowy Laboratorium Inżynierii Lądowej. Program ten ma na celu przyczynienie się do nowego podejścia do rozwiązywania problemów związanych z wodą w Portugalii w ramach zrównoważonego rozwoju.

Inicjatywa przyczynia się do osiągnięcia dwóch ważnych celów zrównoważonego rozwoju: cel zrównoważonego rozwoju nr 11 „Zrównoważone miasta i społeczności” zwiększający zrównoważony charakter miasta i jego społeczności oraz cel zrównoważonego rozwoju nr 13 „Działania w dziedzinie klimatu” poprzez ograniczenie zużycia energii (drobne emisje gazów cieplarnianych).

Aby rozwiązać problem wycieków wody, EPAL postanowił opracować program wykrywania wycieków wody WONE. Program opiera się na systemie monitorowania, który jest w stanie zidentyfikować i zlokalizować wszelkie wycieki wody w sieci dystrybucyjnej. System monitorowania umożliwia porównanie oczekiwanych danych dotyczących zużycia wody z zużyciem wody w czasie rzeczywistym. To porównanie jest przeprowadzane przez oprogramowanie, które zostało specjalnie opracowane dla programu. Gdy zostanie wykryta rozbieżność między tymi dwoma zbiorami danych, ostrzega zespół monitorujący, że istnieje potencjalny wyciek w systemie. Lokalizacja wycieku jest identyfikowana poprzez śledzenie wstecz wodomierza, który dostarczył dane wskazujące na odchylenie. Po zidentyfikowaniu lokalizacji wycieku wyspecjalizowani technicy, znani jako mechanicy wykrywania nieszczelności, są wysyłani w celu przeprowadzenia wykrywania nieszczelności w terenie i naprawy problemu. Program doprowadził do zmniejszenia ilości wody niedochodowej z 23,5% w 2005 r. do około 8,5% w 2015 r. (stronainternetowaEPAL),przy łącznych oszczędnościach wynoszących około 135 mln m3 od 2005 r.

System monitorowaniaWONE opiera się na podziale Lizbony na strefy wodne określone z uwzględnieniem liczby mieszkańców, znane również jako okręgowe obszary pomiarowe (DMA). Każda strefa składa się z 3000 do 5000 klientów i funkcjonuje jako strategiczny obszar pomiarowy. W każdej strefie ciśnienie wody jest stale monitorowane za pomocą pasywnego systemu z aktywnymi alarmami. Oprogramowanie WONE prowadzi ciągłą ocenę wydajności DMA, łącząc dane z kilku baz danych i oblicza wskaźniki wydajności w celu kontroli wody nieprzynoszącej dochodu.

Projekt został opracowany jako wewnętrzny projekt R&D. Początkowo rozpoczął się jako projekt pilotażowy w wybranej liczbie „prostych” stref. Na podstawie wyników tego pilotażu program został udoskonalony i rozszerzony na większą liczbę stref. W pierwszym roku rozwoju do programu włączono 20 stref. W kolejnych latach program został rozszerzony o 30 do 40 stref rocznie. Do 2016 roku system będzie działał we wszystkich 158 strefach. Obok wodomierza w tych strefach klienci mogą na życzenie otrzymać dodatkowe wodomierze za pośrednictwem programu. Te „prywatne” wodomierze umożliwiły EPAL uzyskanie dalszych informacji na temat zużycia wody przez jej klientów, na podstawie których przedsiębiorstwo może obecnie świadczyć dodatkowe usługi doradcze. Usługi te mogą obejmować wykrywanie wycieków na miejscu lub doradztwo dla klienta w celu poprawy wydajności zaopatrzenia w wodę.

Oprócz monitorowania programu WONEEPAL wdrożył szereg środków mających na celu przygotowanie systemu do radzenia sobie z redukcjami jakości wody związanymi z bardziej intensywnymi okresami suszy i spływem zanieczyszczeń, wyższymi temperaturami i zmniejszeniem średniego rocznego przepływu, przewidywanymi w scenariuszach dotyczących zmiany klimatu. Na przykład działania obejmowały modernizację stacji uzdatniania wody Vale da Pedra w celu dostosowania procesów uzdatniania wody do szerszego zakresu zmian jakości wody.

Program WONE został opracowany i jest nadal zarządzany przez Empresa Portuguesa das Águas Livres (EPAL), najstarszą firmę wodociągową w Portugalii. EPAL jest głównym operatorem sieci dystrybucji wody w kraju i jest spółką państwową, która jest w całości własnością krajowego publicznego holdingu Áquas de Portugal (AdP) od 1993 r. EPAL odpowiada za zarządzanie działalnością związaną z dystrybucją wody, a także za utrzymanie sieci dystrybucyjnych.

Zespół monitorujący oprogramowanie WONE odgrywa kluczową rolę w jego pomyślnym zastosowaniu. Zespół ten powstał poprzez rekrutację 4 absolwentów uczelni. Każdy technik wykrywania wycieków otrzymał specjalistyczne szkolenie wewnętrzne i terenowe (obejmujące 2 tygodnie szkolenia w miejscu pracy z firmami zagranicznymi). Cała późniejsza wiedza została rozwinięta w pracy. Konsekwencja zespołu przyczyniła się do pomyślnego zbudowania dużej wewnętrznej bazy wiedzy na temat monitorowania wydajności wody w ciągu 10 lat trwania programu. W związku z tym wzmocnione wewnętrzne procesy i kompetencje EPAL umożliwiły przedsiębiorstwu ustanowienie zestawu kluczowych wskaźników zmian klimatu i okresowe monitorowanie ich pod kątem słabych punktów systemu.

Ponieważ zachowanie konsumentów jest głównym czynnikiem ograniczającym zużycie wody, wraz z oprogramowaniem WONE, EPAL świadczy usługi doradcze dla klientów, którzy chcieliby poprawić efektywność zużycia wody. Na przykład stworzyła aplikacje i narzędzia do samokontroli konsumentów, aby zwiększyć efektywność zużycia wody w gospodarstwach domowych (np.aplikacja Waterbeep).

Dodatkowe usługi doradcze obejmowały zapewnienie systemu monitorowania, identyfikację wycieków na miejscu lub doradztwo w zakresie oszczędnego gospodarowania wodą. Poprawa efektywności wykorzystania wody poprzez zmiany zachowań konsumentów ma ograniczony wpływ na roczny dochód EPAL, który w większym stopniu zależy od stałych kosztów usług uwzględnionych w każdym rachunku za wodę. Każdy sprzedany metr sześcienny wody musi pokryć koszty jego przygotowania i dystrybucji, co oznacza, że jego rentowność jest ograniczona. Zmniejszenie zużycia wody przez klientów jest zatem przedmiotem zainteresowania zarówno klienta, jak i EPAL.

Ponadto EPAL promował projekt ADAPTACLIMA-EPAL, który uzyskał naukowe wsparcie grupy badawczej CCIAM (Climate Change Impacts, Adaptation and Mitigation Research Group) Uniwersytetu Lizbońskiego. Badanie to, finansowane w całości przez EPAL, dostarczyło firmie strategii adaptacyjnej w celu zmniejszenia podatności jej działalności na zmianę klimatu. Projekt koncentrował się na wariantach przystosowania się do zmiany klimatu w celu zwiększenia odporności systemów EPAL na ryzyko związane ze zmianą klimatu. Jedną z przedstawionych opcji była promocja działań na rzecz efektywnego wykorzystania wody, która wspiera cele programu WONE. Własność danych i dokumentów z projektu badawczego została przeniesiona na EPAL pod koniec projektu.

EPAL przeprowadził odpowiednie działania mające na celu podnoszenie świadomości obywateli na temat kwestii związanych z oszczędnym gospodarowaniem wodą i zarządzaniem popytem. Na przykład zainicjowała kilka kampanii promujących prawidłowe i odpowiedzialne korzystanie z wody.

Kluczowymi interesariuszami programu WONE są obywatele i firmy prywatne, które są klientami EPAL, a tym samym korzystają z możliwych obniżek rachunków za wodę. Istotnie, oprócz utrzymania sieci dystrybucji wody głównym czynnikiem ograniczającym zużycie wody są zachowania konsumentów. Dlatego EPAL świadczy szereg usług dla klientów, którzy chcieliby poprawić efektywność zużycia wody (patrz Rozwiązania).

Chociaż gmina Lizbona nie była bezpośrednio zaangażowana w realizację programu WONE, miasto otrzymało od EPAL porady na temat sposobów poprawy oszczędnego gospodarowania wodą i dokonało dużych inwestycji w celu realizacji tych ulepszeń. Ponieważ działania programu WONE odbywają się na terenie miasta, miasto działa również jako pośrednik w pracach budowlanych, które muszą zostać wykonane na miejscu. Ponadto gmina Lizbona ułatwia wszelką niezbędną komunikację na temat programu WONE między EPAL, obywatelami i przedsiębiorstwami z Lizbony.

ProgramWONE okazał się skuteczny w poprawie odporności sieci dystrybucji wody, jednocześnie realizując rentowny biznes dzięki znacznym oszczędnościom kosztów. Program WONE nie powinien być zatem traktowany jedynie jako inwestycja w przystosowanie się do zmiany klimatu. Oferuje również bardzo interesującą okazję jako inwestycja biznesowa (korzyść ekonomiczna), która zapewniła EPAL silną zachętę ekonomiczną do zapewnienia długoterminowej odporności sieci dystrybucyjnej.

Wsparcie zarządu firmy okazało się ważnym czynnikiem sukcesu, a także zaangażowaniem innych kluczowych części firmy, a mianowicie operacji sieciowych, konserwacji i relacji z klientami. Działania te mają na celu promowanie zmiany mentalności w firmie. Rozwój programu WONE od samego początku cieszył się dużym wsparciem w firmie.

Podczas poważnej suszy, która miała miejsce w 2005 r., konsumenci w Lizbonie nie doświadczyli poważnych konsekwencji ze względu na odporność dostępności źródeł wody. Skrajna susza w 2005 r. doprowadziła do zwiększenia świadomości zagrożeń związanych z suszami. Ilustruje to utworzenie Komisji ds. Susz w Ministerstwie Środowiska i Działań w dziedzinie Klimatu bezpośrednio po wydarzeniu w 2005 r., w którym podkreślono znaczenie współpracy między podmiotami krajowymi oraz między Portugalią a Hiszpanią.

ProgramWONE skupia się wyłącznie na wykrywaniu wycieków. Dlatego wyniki analizy danych muszą być dobrze dostosowane do praktyk techników, którzy muszą znaleźć dostosowane rozwiązania w celu naprawy faktycznego wycieku. To przełożenie z danych na działanie nadal wymaga ludzkiego działania, co oznacza, że jego sukces w dużym stopniu zależy od wiedzy zespołu go obsługującego. W ramach programu WONE zrealizowano przyjemne środowisko pracy, co do tej pory zaowocowało stabilnym zespołem operacyjnym.

Sieć dystrybucjiwody musi być stale monitorowana i ulepszana. Korzystanie z systemu dystrybucji wody oznacza, że jego rury będą się zużywać i ostatecznie trzeba je wymienić. Średnia żywotność sieci wynosi od 50 do 60 lat. Zaletą systemu WONE jest to, że problemy można skuteczniej identyfikować, co oznacza, że wymiana sieci może faktycznie odbywać się etapami. Odnowa i naprawa rur wodociągowych jest zatem procesem ciągłym. Program WONE sprawia, że można nim zarządzać, koncentrując się na ciągłym naprawianiu mniejszych części sieci, zamiast zastępować je wszystkie naraz.

Pierwsze dowody sukcesu zebrano w pierwszym obszarze pilotażowym, w którym system został przetestowany. Pozytywne wyniki umożliwiły rozszerzenie programu monitorowania na całe miasto Lizbona.

Oprócz systemu WONE podobne produkty były sprzedawane innym jednostkom gospodarki wodnej w Portugalii i za granicą, co świadczy o łatwym zastosowaniu tego produktu w podobnych przypadkach. Przykładami takich działań są: AQUAmatrix®, system zarządzania klientami w sektorze wodnym i waterbeep®, usługa kontroli zużycia wody dla klientów domowych i korporacyjnych, pomagająca im stać się bardziej wydajnymi.

Miastamogą mieć trudności z podjęciem inicjatywy w realizacji programu oszczędnego gospodarowania wodą, ponieważ rola miast ogranicza się do bycia pośrednikiem i klientem przedsiębiorstwa wodociągowego. Realizacja programu oszczędzania wody jest przede wszystkim decyzją inwestycyjną, którą musi podjąć sama firma wodociągowa. Inne miasta mogłyby stymulować ten rodzaj rozwoju poprzez podejście oparte na dawaniu przykładu poprzez poprawę własnej efektywności wykorzystania wody. Mogą również wspierać komunikację między przedsiębiorstwem wodociągowym a obywatelami, propagując wśród obywateli wiedzę na temat projektu i zapewniając praktyczne możliwości kontaktu.

Początkowy rozwój programu był finansowany z wewnętrznych zasobów finansowych EPAL. Zwrot z inwestycji w naprawę wycieków był bardzo opłacalny dla przedsiębiorstwa i w związku z tym można go uznać za inwestycję w badania i rozwój. Łączna inwestycja w rozwój oprogramowania wyniosła około 1 000 000 euro, podobnie jak podobna kwota zainwestowana w systemy monitorowania sieci w mieście. Koszty operacyjne programu wynoszą około 500 000 EUR rocznie.

Dzięki programowi ilość wody nieprzynoszącej dochodu zmniejszyła się z 23,5% w 2005 r. do około 8,5% w 2015 r. Doprowadziło to do około 68 mln EUR skumulowanych oszczędności w ciągu ostatnich 10 lat. Program oszczędnego gospodarowania wodą jest zatem bardzo korzystny pod względem stosunku kosztów do korzyści. Przedsiębiorstwo EPAL postanowiło następnie ponownie zainwestować uzyskane oszczędności w dalsze ograniczanie wpływu przedsiębiorstwa na środowisko.

Wycieki mogą mieć wpływ zarówno na rurociągi „publiczne”, jak i na rurociągi „prywatne”, których właścicielami są klienci. W pierwszym przypadku oznacza to, że strata wody jest rozliczana z EPAL. W związku z tym przedsiębiorstwo bezpośrednio oszczędza koszty poprzez naprawę wycieku. W przypadku prywatnych rurociągów koszty zaoszczędzone dzięki naprawie wycieku są wyłącznie z korzyścią dla klienta, bez wzrostu zysku dla EPAL. Obniżenie rachunków za wodę dla klientów z powodu niewielkiego zużycia jest jednak ograniczone, ponieważ stała opłata za usługę pozostaje niezmieniona.

Koszt programu WONE nie obejmuje kosztów odnowienia sieci dystrybucji wody, które uznaje się za koszty „regularnej konserwacji”. Aby sfinansować te koszty, od 1993 r. AdP i EPAL otrzymują od Europejskiego Banku Inwestycyjnego (EBI) wsparcie finansowe w postaci pożyczek o korzystnym oprocentowaniu. Ich wsparcie zostało wykorzystane do sfinansowania rozbudowy i modernizacji sieci wodociągowych, środków gospodarowania odpadami, sieci sanitarnych i poprawy wydajności. EBI udzielił wsparcia na pożyczki w wysokości prawie 2 500 000 000 EUR w portugalskich sieciach wodociągowych. EBI od początku finansowania swoich projektów zbudował z EPAL długoletnie, oparte na zaufaniu relacje. Stosunek ten utrzymuje się dzięki przekazywaniu EBI przez EPAL rocznych sprawozdań z postępów w zakresie nowych koncepcji i metod, a także aktualizacji powiązanych programów międzynarodowych i krajowych.

Dodatkowe korzyści dla środowiska są osiągane dzięki zmniejszeniu emisji związanych z niższym zużyciem energii i ochroną zasobów wodnych. W rzeczywistości projekt wykazuje istotną synergię z łagodzeniem zmiany klimatu. Zarówno eksploatacja pomp wodnych, jak i oczyszczanie wody wymagają energii elektrycznej, wykorzystując w ten sposób zasób, który w fazach produkcji emituje gazy cieplarniane. Pompy wodne zapewniają ciągły przepływ czystej wody przez system. Gdy ze względu na zmniejszenie wycieków potrzebna jest mniejsza ilość czystej wody, należy wprowadzić do obiegu mniej wody, a tym samym zmniejszyć całkowitą ilość energii potrzebnej do utrzymania funkcjonowania systemu dystrybucji wody.

Projekt WONE jest zgodny zKrajowymProgramem Efektywnego Użytkowania Wody (PNUEA, 2012), który jest koordynowany przez Krajowe Laboratorium Inżynierii Lądowej. Program ten ma na celu przyczynienie się do nowego podejścia do rozwiązywania problemów związanych z wodą w Portugalii w ramach zrównoważonego rozwoju. W ramach tego programu stwierdzono, że odpady wodne związane z systemami dystrybucji wody były nadal bardzo wysokie w 2009 r. W tym czasie EPAL zdobył już znaczne doświadczenie w zakresie redukcji wody nieprzynoszącej dochodu, a zatem był liderem w działaniach na rzecz oszczędnego gospodarowania wodą w ramach programu WONE. W swojej ostatniej wersji (2012 r.) PNUEA wzmocniła cel redukcji do 2020 r. w odniesieniu do wody niedochodowej z 20 % do 25 %. Redukcja ta została już osiągnięta w Lizbonie, a poziom wód nieprzynoszących dochodów stale wynosi poniżej 10%.

Dostosowanie krajowej ustawy o wodzie (dekretnr 58/2005 zaktualizowany dekretem ustawodawczym nr 130/2012) do ramowej dyrektywy wodnej zapewniło EPAL prawo do pobierania podatku od zasobów wodnych. Podatek ten ma na celu pokrycie kosztów związanychz planowaniem, ochroną i zarządzaniem zasobami wodnymi.

Program WONE rozpoczął się w 2005 roku i nadal trwa.

Konieczność wykrywania wycieków w sieci wodociągowej jest ciągła, dopóki sieć jest w użyciu. Program nie ma zatem końca, lecz cykle, które odzwierciedlają żywotność rur i umożliwiają dostosowanie się do dynamiki sieci.

Generic email: geral.epal@adp.pt

Nuno Medeiros

Director of Asset Management, EPAL

nuno.goulartt.medeiros@adp.pt

Maria João Capela 

Head of Planning and Investment Department, EPAL

maria.joao.capela@adp.pt

Rui Mira

Climate Change Specialist, EPAL

rui.mira@adp.pt

Sektoryzacja sieci i wzmacniacz; Monitorowanie kontroli wody nieprzynoszącej dochodu