Prywatne inwestycje w program monitorowania wycieków w celu radzenia sobie z niedoborem 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, zgodnie z przewidywaniami zregionalizowanych scenariuszy klimatycznych opracowanych w ramach projektu ADAPTACLIMA-EPAL finansowanego przez EPAL (Empresa Portuguesa das Águas Livres) i realizowanego przez grupę badawczą CCIAM (Climate Change Impacts, Adaptation and Mitigation Research Group) Uniwersytetu Lizbońskiego. Ze względu na klimat subtropikalny i 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 prowadzić do odwodnienia, dlatego ważne jest, aby miasto zwróciło uwagę na efektywność 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 korzystania z wody w mieście. Woda niedochodowa stanowi różnicę między całkowitą objętością wody wejściowej a zatwierdzonym rozliczonym zużyciem, tj. wodą utraconą/wyciekniętą w systemie zaopatrzenia w wodę. W latach 90. roczny poziom wody niedochodowej w Lizbonie wynosił średnio od 25% do 30%, około 40 000 000 metrów sześciennych. Dodatkowym czynnikiem stresującym w systemie dystrybucji wody jest rosnące zapotrzebowanie na wodę pitną ze względu na wzrost liczby ludności w miastach. Sieć dostarcza wodę do około 350 000 klientów krajowych i komercyjnych w centrum miasta i około 2 500 000 osób (dane z 2016 r.) w obszarze Wielkiej Lizbony (region otaczający 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 odsetka wody niedochodowej w miejskiej sieci wodociągowej na jak najniższym poziomie.

Miasto Lizbona postanowiło znaleźć sposób na zmniejszenie ilości wody utraconej z powodu wycieków, znanej również jako woda nieprzychodowa. Głównym źródłem tego problemu są usterki w rurociągach spowodowane starzeniem się infrastruktury. EPAL posiada wyspecjalizowanych techników wewnętrznych do przeprowadzania wszelkich niezbędnych napraw. Trudność polega jednak na zidentyfikowaniu i zlokalizowaniu usterek, ponieważ sieć jest powszechna i przeważnie podziemna. To, czy technik musi szukać wycieku na obszarze 1 metra kwadratowego, czy 1000 metrów kwadratowych, może mieć ogromną różnicę. W związku z tym EPAL postanowił opracować program monitorowania WONE, dzięki któremu wycieki wody mogłyby być szybciej i dokładniej identyfikowane i lokalizowane. Jego pierwotnym celem było zmniejszenie ilości wody niedochodowej 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 redukcję niedochodowej wody do około 8,5 % w 2015 r.

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

Inicjatywa przyczynia się do osiągnięcia dwóch ważnych celów zrównoważonego rozwoju: celu zrównoważonego rozwoju nr 11 „Zrównoważone miasta i społeczności” wzmacniającego zrównoważony charakter miasta i jego społeczności oraz celu zrównoważonego rozwoju nr 13 „Działania w dziedzinie klimatu” poprzez ograniczenie zużycia energii (niewielkie 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. Porównanie to jest przeprowadzane przez oprogramowanie, które zostało specjalnie opracowane dla programu. Gdy zostanie stwierdzona rozbieżność między tymi dwoma zbiorami danych, powiadamia zespół monitorujący o potencjalnym wycieku w systemie. Lokalizacja wycieku jest identyfikowana poprzez prześledzenie wstecz wodomierza, który dostarczył dane, które wykazały odchylenie. Po zidentyfikowaniu lokalizacji wycieku wysłani są wyspecjalizowani technicy, znani jako mechanika wykrywania wycieków, w celu przeprowadzenia wykrywania wycieków w terenie i naprawy problemu. Program doprowadził do zmniejszenia ilości wody nieprzychodowej z 23,5% w 2005 r. do około 8,5% w 2015 r. (strona internetowa EPAL), przy łącznych oszczędnościach wynoszących około 135 mln m3 od 2005 r.

System monitorowania WONE opiera się na podziale Lizbony na strefy wodne zdefiniowane z uwzględnieniem liczby mieszkańców, znane również jako okręgowe obszary opomiarowane (DMA). Każda strefa składa się z 3000 do 5000 klientów i funkcjonuje jako strategiczny obszar pomiarowy. W każdej strefie ciśnienie wody jest stale monitorowane przez system pasywny z aktywnymi alarmami. Oprogramowanie WONE przeprowadza ciągłą ocenę wydajności DMA, łącząc dane z kilku baz danych i oblicza wskaźniki wydajności w celu kontrolowania wody niedochodowej.

Projekt został opracowany jako wewnętrzny projekt R&D. Początkowo projekt rozpoczął się jako projekt pilotażowy w wybranej liczbie „prostych” stref. Na podstawie wyników tego projektu pilotażowego program został dodatkowo udoskonalony i rozszerzony na większą liczbę stref. W pierwszym roku rozwoju do programu włączono 20 stref. W kolejnych latach program był rozbudowywany o 30 do 40 stref rocznie. Do 2016 roku system działa we wszystkich 158 strefach. Obok wodomierza w tych strefach klienci mogą otrzymać dodatkowe wodomierze za pośrednictwem programu na życzenie. 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 klientów w celu poprawy efektywności zaopatrzenia w wodę.

Oprócz monitorowania programu WONE EPAL wdrożył zestaw środków mających na celu przygotowanie systemu do radzenia sobie z obniżeniem jakości wody związanym z bardziej intensywnymi okresami suszy i spływem zanieczyszczeń, wyższymi temperaturami i zmniejszeniem średniego rocznego przepływu, prognozowanym w scenariuszach zmiany klimatu. Na przykład działania obejmowały modernizację stacji uzdatniania wody Vale da Pedra w celu dostosowania procesów uzdatniania, aby zareagować na szerszy zakres różnic w 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 krajowej publicznej spółki holdingowej Áquas de Portugal (AdP) od 1993 r. EPAL odpowiada za zarządzanie dystrybucją wody oraz utrzymanie sieci dystrybucyjnych.

Zespół monitorujący oprogramowanie WONE odgrywa kluczową rolę w jego udanej aplikacji. Zespół ten został stworzony przez rekrutację 4 absolwentów uniwersytetu. Każdy technik wykrywania wycieków otrzymał specjalistyczne szkolenie wewnętrzne i terenowe (obejmujące 2 tygodnie szkolenia w miejscu pracy z zagranicznymi firmami). Cała późniejsza wiedza została rozwinięta w pracy. Spójność zespołu przyczyniła się do pomyślnego zbudowania dużej wewnętrznej bazy wiedzy na temat monitorowania efektywności wodnej 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 ich okresowe monitorowanie z perspektywy podatności systemu na zagrożenia.

Ponieważ zachowania konsumentów są głównym czynnikiem zmniejszającym zużycie wody, wraz z oprogramowaniem WONE, EPAL świadczy usługi doradcze dla klientów, którzy chcieliby poprawić swoją efektywność wodną. Na przykład stworzyła aplikacje i narzędzia do samokontroli konsumentów w celu zwiększenia efektywności wodnej gospodarstw domowych (np. aplikacja Waterbeep).

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

Ponadto EPAL promował projekt ADAPTACLIMA-EPAL, który został naukowo wspierany przez grupę badawczą CCIAM (Climate Change Impacts, Adaptation and Mitigation Research Group) Uniwersytetu w Lizbonie. 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, co wspiera cele programu WONE. Własność danych i dokumentów z projektu badawczego została przeniesiona na EPAL po zakończeniu projektu.

EPAL przeprowadził odpowiednie działania mające na celu podnoszenie świadomości obywateli na temat kwestii oszczędnego gospodarowania wodą i zarządzania popytem na wodę. Na przykład zainicjowała kilka kampanii promujących prawidłowe i odpowiedzialne korzystanie z wody.

Kluczowymi zainteresowanymi stronami programu WONE są obywatele i przedsiębiorstwa prywatne, które są klientami EPAL, a tym samym korzystają z ewentualnego obniżenia rachunków za wodę. Poza utrzymaniem sieci dystrybucji wody głównym czynnikiem zmniejszającym zużycie wody są zachowania konsumentów. Dlatego EPAL świadczy szereg usług dla klientów, którzy chcieliby poprawić swoją efektywność wodną (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 poczyniło duże inwestycje w celu realizacji tych ulepszeń. Ponieważ działania programu WONE odbywają się na terenie miasta, miasto działa również jako pośrednik w pracach budowlanych, które muszą być wykonane na miejscu. Ponadto gmina Lizbona ułatwia wszelką niezbędną komunikację na temat programu WONE między EPAL, obywatelami i przedsiębiorstwami z Lizbony.

Program WONE okazał się skuteczny w poprawie odporności sieci dystrybucji wody, jednocześnie realizując zyskowny biznes dzięki znacznym oszczędnościom kosztów. W związku z tym programu WONE nie należy traktować jedynie jako inwestycji w przystosowanie się do zmiany klimatu. Oferuje również bardzo interesującą szansę jako inwestycja biznesowa (dodatkowa korzyść gospodarcza), która zapewniła EPAL silną zachętę ekonomiczną do zapewnienia długoterminowej odporności jego sieci dystrybucyjnej.

Wsparcie zarządu firmy okazało się ważnym czynnikiem sukcesu, a także zaangażowanie innych kluczowych części firmy, a mianowicie operacji sieciowych, konserwacji i relacji z klientami. Operacje te mają na celu promowanie zmiany mentalności w firmie. Rozwój programu WONE od samego początku cieszył się dużym poparciem 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. Świadczy o tym utworzenie Komisji ds. Susz w ramach Ministra 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.

Program WONE koncentruje się wyłącznie na wykrywaniu wycieków. Dlatego wyniki analizy danych muszą być dobrze dostosowane do praktyk techników, którzy muszą znaleźć dostosowane rozwiązania w celu naprawy rzeczywistego wycieku. To przełożenie z danych na działanie wciąż wymaga ludzkiego działania, co oznacza, że jego sukces w dużej mierze zależy od wiedzy zespołu, który nim zarządza. W ramach programu WONE zrealizowano przyjemne środowisko pracy, które do tej pory zaowocowało stałym zespołem operacyjnym.

Sieć dystrybucji wody musi być stale monitorowana i ulepszana. Zastosowanie systemu dystrybucji wody oznacza, że jego rury będą się zużywać i ostatecznie będą musiały zostać wymienione. 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. Odnawianie i naprawa rur wodociągowych jest zatem procesem ciągłym. Program WONE sprawia, że można nim zarządzać, koncentrując się na ciągłym naprawianiu mniejszych części sieci, zamiast wymieniać je wszystkie na raz.

Pierwsze dowody sukcesu zebrano w pierwszym obszarze pilotażowym, w którym testowano system. Pozytywne wyniki pozwoliły na 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 stosowaniu tego produktu w podobnych przypadkach. Przykładami tego 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.

Miasta mogą mieć trudności z podjęciem inicjatywy w realizacji programu oszczędnego gospodarowania wodą, ponieważ rola miast ogranicza się do bycia facylitatorem i klientem firmy wodociągowej. Realizacja programu oszczędnego gospodarowania wodą to przede wszystkim decyzja inwestycyjna, którą musi podjąć samo przedsiębiorstwo wodociągowe. Inne miasta mogłyby stymulować tego rodzaju rozwój poprzez stosowanie podejścia opartego na dawaniu przykładu, poprawiając własną efektywność wodną. Mogą również wspierać komunikację między przedsiębiorstwem wodociągowym a obywatelami, propagując wiedzę na temat projektu wśród obywateli i zapewniając praktyczne możliwości kontaktu.

Początkowy rozwój programu został sfinansowany 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 kwota inwestycji w rozwój oprogramowania wyniosła około 1 000 000 euro, podobnie jak podobna kwota, która została zainwestowana w systemy monitorowania sieci w mieście. Koszty operacyjne programu wynoszą około 500 000 EUR rocznie.

Dzięki programowi ilość wody nieprzychodowej zmniejszyła się z 23,5% w 2005 r. do około 8,5% w 2015 r. W ciągu ostatnich 10 lat przyniosło to skumulowane oszczędności w wysokości około 68 mln EUR. Program oszczędnego gospodarowania wodą jest zatem bardzo korzystny pod względem stosunku kosztów do korzyści. EPAL postanowił następnie ponownie zainwestować uzyskane oszczędności w dalsze zmniejszenie wpływu przedsiębiorstwa na środowisko.

Wycieki mogą mieć wpływ zarówno na rurociągi „publiczne”, jak i na rurociągi „prywatne” będące własnością klientów. W pierwszym przypadku oznacza to, że utrata wody jest odpowiedzialna przed EPAL. W związku z tym firma bezpośrednio oszczędza koszty poprzez naprawienie wycieku. W przypadku rurociągów prywatnych koszty zaoszczędzone dzięki naprawieniu wycieku są wyłącznie z korzyścią dla klienta, bez wzrostu zysku dla EPAL. Zmniejszenie rachunków za wodę dla klientów ze względu na niewielkie zużycie 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, AdP i EPAL otrzymują od 1993 r. wsparcie finansowe w postaci pożyczek o korzystnych stopach procentowych udzielanych przez Europejski Bank Inwestycyjny (EBI). Ich wsparcie wykorzystano do finansowania rozbudowy i modernizacji sieci wodociągowych, środków gospodarowania odpadami, sieci kanalizacyjnych i poprawy efektywności. EBI wsparł pożyczki w wysokości prawie 2 500 000 000 EUR w portugalskich sieciach wodociągowych. Od momentu rozpoczęcia finansowania swoich projektów EBI nawiązał z EPAL długą, zaufaną relację. Związek ten jest utrzymywany poprzez dostarczanie EBI rocznych sprawozdań z postępów w zakresie nowych koncepcji i metod przez EPAL, a także aktualnych informacji na temat powiązanych programów międzynarodowych i krajowych.

Dodatkowe korzyści dla środowiska osiąga się dzięki zmniejszonym emisjom związanym z niższym zużyciem energii i ochroną zasobów wodnych. W istocie projekt wykazuje istotne synergie z łagodzeniem zmiany klimatu. Zarówno działanie pomp wodnych, jak i oczyszczanie wody wymagają energii elektrycznej, wykorzystując w ten sposób zasoby, które w fazach produkcji emitują gazy cieplarniane. Pompy wody zapewniają ciągły przepływ czystej wody przez system. Gdy ze względu na ograniczenie wycieków potrzebna jest mniejsza ilość czystej wody, należy wprowadzić mniej wody do obiegu, a tym samym zmniejszyć całkowitą ilość energii potrzebnej do utrzymania działania systemu dystrybucji wody.

Projekt WONE jest zgodny z Krajowym Programem Efektywnego Użytkowania Wody (PNUEA, 2012), koordynowanym przez Narodowe Laboratorium Inżynierii Lądowej. Program ten ma na celu przyczynienie się do nowego podejścia do rozwiązywania problemów wodnych w Portugalii w ramach zrównoważonego rozwoju. W ramach tego programu stwierdzono, że w 2009 r. ilość odpadów wodnych związanych z systemami dystrybucji wody była nadal bardzo wysoka. W tym czasie EPAL zdobył już znaczne doświadczenie w redukcji wody nieprzychodowej, a zatem służył jako lider w wysiłkach na rzecz oszczędnego gospodarowania wodą poprzez program WONE. W swojej ostatniej wersji (2012 r.) PNUEA wzmocniła cel ograniczenia zużycia wody niedochodowej do 2020 r. z 20 % do 25 %. Redukcja ta została już osiągnięta w Lizbonie, a poziom wody niedochodowej stale wynosi poniżej 10%.

Dostosowanie krajowego prawa wodnego (dekret nr58/2005 zaktualizowany dekretem nr 130/2012) do ramowej dyrektywy wodnej zapewniło EPAL prawo do poboru podatku od zasobów wodnych. Podatek ten ma na celu pokrycie kosztów związanych z planowaniem, ochroną i zarządzaniem zasobami wodnymi.

Program WONE rozpoczął się w 2005 roku i nadal działa.

Potrzeba wykrywania wycieków w sieci wodociągowej jest ciągła, dopóki sieć jest w użyciu. Program nie ma zatem końca, lecz raczej cykle, które reprezentują żywotność rur i umożliwiają dostosowanie 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

Network Sectorisation & Monitoring for Non-Revenue Water Control