断続的な給水のためのデジタルツイン

今日では、デジタルツインが主流です。センサー、ビッグデータ分析、クラウドコンピューティングなどのテクノロジーは、新世代のIoT接続された水資産、さらには都市インフラに電力を供給します。

デジタルツインは、プロセスの改善、生産性の向上、リスクの最小化、運用効率と総合パフォーマンスの最適化により、水セクターの複雑な問題を解決することを約束します。さらに、自動化を使用して意思決定を強化し、さまざまなコンテキストで結果を予測します。

しかし、現実には、水管理とデジタルツインの管理に関しては、多くの課題があります。たとえば、製品ライフサイクルに沿った製品の識別とデータ管理、さまざまなITシステムでのシミュレーションモデルの作成、膨大な量のデータの管理などです。

国連(UN)の持続可能な開発目標(SDG)6.1 は、すべての人に安全で手頃な価格の飲料水への普遍的かつ公平なアクセスを求めています。 SDG6.1の「安全に管理された」水道サービスを達成するためには、とりわけ、水が「必要なときに利用できる」必要があります。同様に、国連の水に対する人権に関する決議64/292は、水の供給は「個人的および家庭的な使用のために十分かつ継続的である」べきであると規定しています。

断続的な給水とは何ですか?

間欠給水(IWS)は、1日24時間未満で人々に水を届ける配管給水サービスで、水道システムの利用可能な供給と容量が弱すぎる場合に使用されます。このようなシステムは多くの国で普及しており、世界中で最大12億人の人々に影響を与えています。

これらの断続的な給水の普及と持続性は、SDG6と人間の水への権利を満たすIWSの能力に重要な疑問を投げかけています。このような疑問に答えるには、 IWSの原因を理解するためのフレームワークが必要です。

IWSは、水不足、初期設計パラメータと容量を超えたシステムの開発、ガバナンスの弱さ、ユーザーの行動など、下図に示すようなさまざまな要因によって引き起こされる可能性があります。公益事業管理者の間でよく見られる誤謬は、システム内の圧力がパイプの摩耗を引き起こし、水道システムが公平な分配を提供し、IWSがメンテナンスと修理により多くの時間を提供できるということです。

断続的な給水の主な原因、アボエルンガ 2019

断続的な給水源のモデリングの複雑さ

断続的な給水では、ポンプ容量ははるかに高く、ほぼ継続的に高速で稼働する必要があります。ストレージ容量も拡張する必要があります。これは、システムの管理が非常に困難であり、顧客の支払い意欲が低いため、負のスパイラルにつながる可能性があります。消費者は、限られた供給時間内にできるだけ多くの水を集める義務があります。

水の需要は、需要の日周変動の概念ではなく、供給時間中に収集できる水の最大量に基づいている継続的な水供給とは全く異なります。

水理モデルは、配水ネットワークを効果的に管理するための非常に強力な意思決定支援ツールです。しかし、IWSシステムのモデリングは、完全に加圧されておらず、1日あたりの給水時間が制限され、多くのフェルールポイントと屋根タンク接続を備えているため、本質的に複雑です。水道パイプラインを空にしたり補充したりすることが交互に行われるため、標準的な水理モデルを適用することも困難です。

ハッサン・アボエルンガが中東・北アフリカにおける水管理に関するQTalkで講演

断続的な給水システムがデジタルツインの恩恵を受ける方法

水理および水質モニタリングモデルは、IWSシステムを診断し、情報に基づいた意思決定を行い、サービスと水質を改善するための最善の方法について水の専門家にガイダンスを提供するために重要な役割を果たします。

IWSのより高度なシミュレーションには、供給開始時のパイプ充填プロセスが含まれます。デジタルツインを使用すると、水理モデルは、供給圧力、持続時間、漏れ率、および水の消費量を視覚化するのに十分な堅牢性も備えています。また、人々が水を受け取ったときにIWSの行動がどのように著しく変化するかを示し、システムが存在する理由と持続性を理解するのに役立ちます。

この水セクターの変革を促進するために、デジタル水道は、ワイヤレスセンサーノードのシステムを介して、断続的な給水供給を24時間365日の供給に移行するのに役立ちます。つまり、圧力や流量などの水理データを継続的にモデル化し、クラウドベースのサーバーに送信して処理およびアーカイブできます。次に、センサーノードからのデータストリームは、配水システムの水理状態のオンライン推定と予測を担当するオンライン水理モデリングサブシステムに統合されます。これにより、24 時間前に計画を立てることができます。

デジタルツイン技術が公益事業のネットワーク最適化にどのように役立つかについて詳しく知りたい方は、以下の記事をお読みください。