Qatium
L’aumento della popolazione urbana, l’elevato consumo di risorse, l’invecchiamento delle infrastrutture, i cambiamenti climatici, i complessi sistemi di distribuzione dell’acqua: questi sono solo alcuni dei problemi che costringono coloro che sono nella gestione della città a ripensare i loro sforzi di sostenibilità ed efficienza. Alla base di ciascuno di essi c’è la questione della gestione dell’acqua pulita e di come i servizi idrici possano essere messi in grado di prendere decisioni informate di fronte ai problemi combinati. La risposta è questa: le aziende idriche devono migliorare la gestione dei sistemi di distribuzione dell’acqua adottando strumenti avanzati che combinano la raccolta di dati dei sensori in tempo reale, analisi avanzate e funzionalità basate su modelli per simulare scenari ipotetici. E, adempiendo a tutte queste funzioni, è esattamente qui che i gemelli digitali per le utility idriche si inseriscono nel quadro.
Cos’è un Digital Twin?
Nel 2003, il Dr. Michael Grieves ha introdotto i Digital Twin come rappresentazioni digitali di prodotti fisici per aiutare a ottimizzare il ciclo di vita di un prodotto, in particolare il suo processo di progettazione e produzione, e la successiva manutenzione durante il suo ciclo di vita. Secondo Grieves, qualsiasi modello di Digital Twin deve contenere tre parti principali:
- Beni fisici.
- Un modello virtuale delle risorse fisiche.
- Le connessioni di dati e informazioni che legano insieme gli spazi virtuali e reali.
Da allora, molti altri ricercatori hanno ampliato la definizione, le basi e le tecnologie chiave coinvolte nella costruzione di un gemello digitale, tra cui:
- Modellazione: I modelli fisici e virtuali devono descrivere le caratteristiche principali del sistema.
- Connessione: I sistemi fisici e virtuali devono essere costantemente connessi. Questo concetto include la trasmissione dei dati, la conversione, l’archiviazione, la protezione, ecc.
- Analisi avanzata dei dati: Per ottenere informazioni da un set di dati, questo deve essere pre-elaborato (pulito e filtrato) ed estratto sia dall’analisi dei dati che dagli algoritmi di Intelligenza Artificiale (AI).
- Interazione e servizio: Per ottimizzare o adattare i processi del sistema in base a modifiche esterne, il Digital Twin dovrebbe essere in grado di suggerire impostazioni operative ottimali una volta convalidate dalle simulazioni.
Digital Twin— un modello virtuale dell’asset fisico
Digital Twins for Water Utilities: come possono risolvere le sfide che il settore deve affrontare?
In un contesto di gestione urbana, soprattutto per quanto riguarda il sistema di approvvigionamento di acqua potabile, i modelli idraulici sono diventati nel tempo più pertinenti e sono comunemente utilizzati dai servizi idrici per prendere decisioni più accurate. I gemelli digitali aiutano le aziende idriche non solo a comprendere meglio le prestazioni passate e attuali dei loro sistemi idrici, ma anche a prevedere e ottimizzare le prestazioni future. Possono anche simulare eventuali cambiamenti potenziali e il loro impatto nel mondo virtuale prima che si verifichino nel mondo fisico. Questo livello di virtualizzazione limita il rischio per le operazioni nel mondo reale, aiuta le utility a prendere decisioni rapide e basate sui dati e le aiuta a rispondere nel modo migliore alle crisi e ad altri scenari ipotetici. Data la portata della sfida, vale a dire la crescita esponenziale della popolazione, la scarsità di risorse e l’invecchiamento delle infrastrutture, i sistemi tradizionali di distribuzione dell’acqua sono diventati sempre più complessi e difficili da gestire. Pertanto, i gemelli digitali vengono utilizzati con maggiore frequenza all’interno dei sistemi di distribuzione dell’acqua per migliorare problemi come:
- Gestione patrimoniale
- Localizzazione delle perdite
- Ottimizzazione delle operazioni di sistema
- Efficienza energetica
- Qualità dell’acqua
- Pianificazione delle operazioni di manutenzione
- Risposta tempestiva alle emergenze
In breve, si prevede che il modello Digital Twin sarà presto un sistema di supporto essenziale per quasi tutti i tipi di processo decisionale all’interno del settore. Abbiamo discusso del viaggio dei gemelli digitali per le utility idriche con esperti del settore nel nostro podcast video, Qtalks. Il fulcro dell’episodio era la loro evoluzione e i modi in cui questo poteva essere accelerato.
Che aspetto hanno i gemelli digitali in azione?
La configurazione di un gemello digitale può essere un processo lungo con costi elevati. Di seguito sono riportati solo alcuni esempi di come i Gemelli Digitali vengono già applicati all’interno del funzionamento e della gestione di veri e propri Sistemi di Distribuzione dell’Acqua.
L’estensione EPANET-RTX
L’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti (EPA) e l’Università di Cincinnati hanno creato l’estensione EPANET-RTX, un framework di modellazione idraulica in tempo reale basato sul motore EPANET. L’applicazione, che collega un modello idraulico con dati di campo in tempo reale, è stata creata per aiutare a comprendere il comportamento idraulico e di qualità dell’acqua dei sistemi di distribuzione dell’acqua e per esplorare il potenziale dei modelli idraulici nel rappresentare sistemi reali. Le sue capacità sono state testate con successo sul campo per un caso di studio del Northern Kentucky Water District.
WaterBox: un banco di prova su piccola scala
WaterBox, un banco di prova su piccola scala, ha consentito la simulazione di monitoraggi avanzati e di molteplici scenari di guasto e anomalia, come rotture di tubi o problemi di comunicazione, all’interno di un ambiente a prova di guasto. Questo approccio ha permesso l’esecuzione in tempo reale di algoritmi di controllo (alimentati dai dati dei sensori) ed era finalizzato all’ottimizzazione energetica, al controllo automatico e alla comunicazione basata su eventi.
Qatium: un gemello digitale conveniente
Qatium fornisce una soluzione di Digital Twin per i servizi idrici a costi contenuti che massimizza l’uso delle soluzioni tecnologiche e delle fonti di dati esistenti. La soluzione include l’uso di data-logger di proprietà della città che forniscono un flusso live di dati attraverso una dashboard basata sul Web esistente e un collegamento allo storico SCADA. È possibile generare un modello idraulico basato solo su dati GIS aperti e i collegamenti tra il sistema di monitoraggio dell’idrante e il modello sono stati abilitati attraverso un livello API. Qatium consente inoltre agli utenti di importare le proprie reti con l’aiuto di un assistente basato sull’intelligenza artificiale che li guida attraverso il processo, fornendo approfondimenti e suggerimenti per possibili miglioramenti man mano che il modello viene costruito automaticamente.
Se sei interessato a mettere in pratica un Digital Twin, prova Qatium. La creazione di un account e l’avvio delle sfide sopra descritte sono gratuite.
I gemelli digitali consentono un processo decisionale basato sui dati
I gemelli digitali rappresentano un nuovo metodo per migliorare la gestione dei sistemi di distribuzione dell’acqua, consentendo alle aziende idriche di simulare e prevedere scenari, analizzare le prestazioni e lo stato degli asset e testare virtualmente gli scenari per affrontarli efficacemente nel mondo reale. In futuro, i gemelli digitali saranno cruciali per il processo decisionale e costituiranno parte integrante del settore idrico migliorando le operazioni del sistema idrico, riducendo le spese operative, riducendo l’impatto ambientale e garantendo la sicurezza idrica.
