Су өндіру жолы: Мезгілдік сұраныс тербелісіне сәйкес жылдамдықты реттеу

Мезгілдік сұраныстың өзгеруін және су өндіру жолындағы операцияларға әсерін анықтау

Жыл бойы суға деген сұраныс ауа райының өзгеруіне, ауыл шаруашылығы жоспарларына және аймаққа қаншалықты туристер келетініне байланысты өзгеріп отырады. Қажын күзетінде аграрийлерге өз егіндеріне анағұрлым көп су қажет болады, бұл жергілікті жабдықтауға нақты қысым түсіреді. Сонымен қатар, туристер ағыны көп болатын қалаларда су пайдалану деңгейі өседі. Бұндай жағдайда су өндіру қондырғылары артық су өндіріп, оны сақтау барысында ресурстарды шығындауы немесе жеткіліксіз мөлшерде өндіріп, толық таусылу қаупін туғызуы мүмкін. 2023 жылы UN Water жасаған кейбір соңғы зерттеулерге сәйкес, елдегі көпшілік қалалық су қызметтері маусымдар бойынша адамдардың сұраныстары мен нақты қажеттіліктерінің арасында 30%-дан жартысына дейінгі айырмашылықпен күресіп жүр. Бұл операторлардың сорғылардың жұмыс жасау жылдамдықтарын және тазалау қондырғыларын үнемдеу мен жетіспеушілік туғызбай ұстап тұру үшін тұрақты түрде баптау жасауын қажет етеді.

Суға деген ең жоғары және ең төмен сұраныс кезеңдерін көрсететін тарихи деректердің тенденциялары

Он бес жыл бойы жиналған муниципалдық деректерді талдау жыл мезгілдеріне тән үлгілердің қалыптасуын көрсетеді. Жылы аймақтарда әдетте шілде мен тамыз айларында сұраныста үлкен өсу байқалады, кейде әдеттегіден 40-60 пайызға артық болады. Содан кейін тұтыну қарқыны біраз төмендейтін қыс мезгілі келеді, жалпы алғанда 25-35 пайызға төмен. Теңіз жағалауындағы қоғамдастар үшін мереке кезінде адамдар көп келетіндіктен тағы бір кішігірім өсу байқалады. Осындай тербелістер болжау моделдерін жетілдіру қажеттілігін айқындай түседі. Жүйелер шын мәнінде күзетілген жазғы өсуді, шамамен 55 пайызға өсуін алдын ала болжай алса, онда барлық жүйелерді әрқашан толық қуатпен жұмыс істеуіне қарағанда энергияны шығындау 18 пайызға дейін азаяды. Бұл нәтижелер Жер су ресурстары журналында басылған 2022 жылғы зерттеу нәтижелеріне сәйкес келеді.

Зерттеу жағдайы: Жер теңізі қалаларындағы жыл мезгіліне байланысты тұтыну үлгілері

Барселона мен Афина сияқты жерлердегі су өндіру кәсіпорындары шамамен 65% өзгеріп отырады, өйткені көптеген туристер келіп тұрады. Халық күніне адам басына шамамен 340 литр су пайдаланады, бұл суық айларға қарағанда екі есе көп. Бұл қосымша су пайдаланудың жартысы ғана қонақ үйлердің бақтарын жасыл ұстауға және үлкен жүзу бассейндерін толтыруға кетеді. Жергілікті су компаниялары клиенттерге әртүрлі бағалық сатылар ұсынып және су сақтау қоймалары деңгейі төмендеген кезде ескертіп отырып, осындай үлкен өзгерістерге бейімделуге тырысады. Бірақ басқа да проблема бар. Қалалардың кейбір ескі бөліктерінде әлі де пайдалану мерзімі тауып кеткен құбырлар мен жүйелер сақталып келеді, сондықтан жүктелу кезінде 12-15% су жоғалып кетеді. Бұл қалаларды жоспарлаушылардың жыл мезгіліне байланысты су пайдалану көлемін ғана емес, сонымен қатар ескі құбырларды жөндеу уақытын да есептеуі керек екенін көрсетеді.

Су өндіру жолағындағы әділдікті бейімдеуіш жылдамдық бақылау арқылы арттыру

Айнымалы жылдамдықты сорғылар көмегімен энергияны пайдалану мен шығарылымды тепе-теңдікте ұстау

Су өндіру кәсіпорындары энергияға шығындарын 15-25 пайызға дейін үнемдеуі мүмкін, егер олар дәстүрлі тұрақты жылдамдықты сорғылардан айнымалы жиілікті жетекке ауыстырса. Бұл айнымалы жиілікті жетектер (VFD) негізінде сорғылардың айналу жылдамдығын нақты уақытта қажеттілікке қарай реттейді, сондықтан көп энергия тұтынатын кезеңдерді болдырмауға болады. Қазіргі зерттеулердің бірінде елдегі он екі қалалық су жүйелерін зерттеген кезде орташа көлемдегі жағалау қаласында (халқы шамамен 500 мың адам) жаңа бақылау жүйесін енгізгеннен кейін жылдық электр энергиясына шығын 86 мың долларға дейін азайып, тұрғындардың су қысымындағы сапа төмендемеді.

Динамикалық өндірісті реттеу үшін нақты уақыт режиміндегі бақылау жүйелері

Сенсор желілері су қоймасы деңгейлерін бақылап, құбырлардағы қысымды бақылап және тұтынушылардың су пайдалануын қадағалайтын болса, операторлар сұраныстағы өзгерістерді әрбір бес минут сайын байқай алады. Бұл жүйелер бір орталық SCADA басқару арқылы бірнеше сорғы станцияларын бір уақытта басқаруға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, ешкімнің суға қажеті болмаған кезде сорғылар бір мезгілде іске қосылса, артық энергия шығыны болмайтын болады. Нәтижесінде су компаниялары ескі әдістерге қарағанда жағдайға 40 пайыз жылдам әрі қарай әрекет ете алады. Осындай нақты уақыттағы бақылау ресурстарды үнемдеу арқылы операцияларды тиімді ұстаудың үлкен айырмашылығын жасайды.

Бекітілген және икемді өндіріс кестелері: Қалалық жүйелердегі операциялық шектеулер

Белгілі бір уақыт кестесі жөндеу жоспарын жеңілдетсе де, маусымдық сұраныстың төмендеуі кезінде өнімнің артық шығындалуына әкеліп соғады – бұл Америка Құрама Штаттарындағы ескі су инфрақұрылымында күніне 2,1 миллион галлон дайындалған судың шығындалуының негізгі себептерінің бірі. Икемді кестені пайдалану және бейімделуші сорғыларды қолдану коммуналдық қызметтерге мүмкіндік береді:

Стратегия	Энергияны үнемдеу	Жөндеу құнының әсері
Тұрақты жылдамдықты сорғылар	Базалық	18 доллар/сағ
Бейімделуші жылдамдықты басқару	22% жақсару	24 доллар/сағ (33% арту)

Калифорния су кеңесінің операциялық деректеріне сәйкес, бейімделуші жүйелердің орташа 19% тиімділік артуы жоғары жөндеу шығындарын 3,2 жыл ішінде жабады.

Маусымдық және беймаусымдық кезеңдер кезінде сұраныс пен ұсынысты басқару динамикасын басқару

Кенет пайда болған сұранысқа жауап беру: Ұсыныс-сұраныс кешеуілін азайту

Су өндіру жүйелері ыстықтолқын кезінде немесе үлкен халықаралық іс-шаралар кезінде сұраныстың кенет артуына байланысты нақты қиындықтарға тап болады. Жауап беру уақытын қысқарту үшін жүйенің барлық бөліктерінде мықты инфрақұрылым болуы қажет. Жақсы жаңалық – айнымалы жылдамдықты сорғылар енді өз шығысын күрт өзгерте алады, ал енді бірнеше сағат емес, бірнеше минут ішінде. Сонымен қатар, заманауи қысым датчиктері су қажеттілігінде болатын өзгерістерді тарату желісінің ең маңызды жерлерінде дер кезінде біліп отырады. Сол сияқты, операторлардың тұтынушылардың жергілікті аумағында су ағынын реттеуге мүмкіндік беретін, бүкіл өңдеу зауыттарын тоқтату қажеттілігін туғызбайтын қашықтықтан басқарылатын клапандар бар. Барлық осы шаралар су көп қажет болып тұрған кезде тіпті шаруашылықтар сумен қамтамасыз етілмей қалмас үшін крандардан ағып тұруын қамтамасыз етеді, соның ішінде күндізгі және жалғыз сәттерде пайдалану кенет артқан кезде.

Артық өндірудің құны: Су ысырабы мен инфрақұрылымның кернеуі

Су сұранысы өндіріс көлемінен асып түскен кезде, су өндіру жүйесінің барлық бөліктеріне қысым түседі. Белсенді кезеңдерде су пайдалану аз болғандықтан, сумен өңдеуге арналған химиялық заттар босқа шығындалады. Үлкен сүзу жүйелері қажет емес болғанымен де жұмыс істей береді, ол қоршаған ортаға қосымша көміртегі шығарындыларын әкеледі. Сонымен қатар, біздің сақтау ыдыстарымыз көбінесе тасып кетеді, ол соңғы зерттеулердің деректері бойынша жылына 740 000 АҚШ долларын шығын келтіретін булану арқылы судың жоғалуына әкеледі. Сорғылар кенет тоқтаған кезде құбырлардың коррозиясын үдететін қысымның секірістері пайда болады. Осы барлық зақымдарды жөндеуге қалалардың жөндеу жұмыстарына кететін шығындардың төрттен бір бөлігі жұмсалады. Өндіру деңгейлерін дәлдеп баптау суды тарату желісі бойынша ресурстарды үнемдеуге көмектеседі.

Тәжірибелік мысал: Оңтүстік Азия қалаларында муссонды аймақтарда суға деген сұраныстың төмендеуі

Жауынның әртүрлі мезгілдерде түсуі Мумбай мен Дака сияқты жерлерде су қаншалықты пайдаланылатынын өзгертеді. Құтты ыстық жауын сулары құйылып келген кезде адамдар барлық жерде жаңбыр суын жинауға кіріседі, бұл қалалық су тұтынуын 30-40 пайызға дейін азайтады. Су тазалау қондырғылары өз су сақтаулылары толып кетпес бұрын жұмысты жедел көлемде азайтудың басқа шаралары жоқ. Көпшілік кәсіпорындар өндіріс көлемін реттеу кезінде болжам жасау үшін ауа райы болжамына сүйенеді. Сонымен қатар жүйелерінің ішіндегі сүзгілерді қорғау үшін белгілі бір қадамдар жасайды. Кейбір артық су көлемі көшелерді жуу немесе суару үшін уақытша басқа жаққа айналдырылады, оны кетіп кетуіне жол бермейді. Жауынды мезгілде осындай стратегияларды жүзеге асыру арқылы әр ай сайын шамамен 28 мың текше метр су үнемдеуге болады. Осындай тиімділік заманауи су тазалау жүйелерінің ресурстарды үнемдеу үшін болжамсыз ауа райы үлгілеріне қалай икемделуі керектігін көрсетіп тұр.

Прогноздық және су өндіру жолын басқарудың алдын ала қамтамасыз ету үшін жасанды интеллектіні біріктіру

Мезгіл-мезгіл сұраныс ауытқуларын болжау үшін ауа-райы болжауды пайдалану

Ауа райының белгілері мен адамдардың нақты су пайдалануының арасындағы байланыс қарапайым. Өндіріс кәсіпорындары ауа райы туралы алдағы ақпаратты көргенде, олар мәселелер туындауынан бұрын өз шығыстарын реттей алады. Ұзақ мерзімді ыстық кезеңдерде жиі кездесетіні – тұрғын аудандардың әдеттегіден 20-30 пайызға дейін көбірек су қажет етуі. Керісінше, бірнеше күн бойы жауып тұрса, шаруашылықтар суармалы шаруашылықтың қажеттілігін біршама азайтады. Көптеген коммуналдық компаниялар қазір жүйелеріне күрделі ауа райы болжау құралдарын енгізіп, ауа райындағы күрт өзгерістердің екі немесе үш күн бұрын сорғылардың баптауларын реттеуге мүмкіндік алады. Бұл шаралар мәселелер туындағаннан кейін ғана әрекет ететін ескі әдістерге қарағанда жауап беру уақытын шамамен екі үштен бірге дейін қысқартады.

Бейімдеу өндірісін басқару үшін жасанды интеллект негізіндегі болжауыш талдау

Жүйелер су өндіру жолдарын баптау үшін жылдар бойы жұмсау деректерін және нақты уақыт режиміндегі датчик ақпаратын біріктіреді. Осындай ақылды алгоритмдер қоймадағы су мөлшері, құбырлардағы қысым, тазалау жылдамдығы сияқты заттарн қарастырады, содан кейін бұрын қолмен реттелетін өзгерістерді автоматты түрде орындайды. Бұндай өзгерістерді енгізген су араластыру ғимараттары талаптар күрт өскен кезде энергияның шамамен 18 пайызын, сонымен қатар су ағынын тәулік бойы нақты пайдалану қажеттілігіне сәйкестендіру арқылы өңдеу химикаттарының шамамен 22 пайызын үнемдейді.

Ұзақ мерзімді инфрақұрылымды жоспарлау және қысқа мерзімді операциялық икемділік

ЖИ әр күнгі калибрлаулардың дәлдігін көбінесе 25% артуына дейін сақтайды. Бірақ бұл технология тек күнделікті істерге ғана емес, сонымен қатар келешекте су сақтау қоймаларын кеңейту сияқты ірі ұзақ мерзімді жобаларды жоспарлауға да көмектеседі. Болжамды деректерді талдау құрғақ маусымдар кезінде ескі құбырлардың бірте-бірте қажуын көрсетеді, ол инженерлерге құбырлардың белгілі бір бөліктері толық істен шықпас бұрын оларды жөндеу керектігін нақты анықтайды. Сонымен қатар, автоматтандырылған датчиктер су ағысындағы кенет өзгерістерді инфрақұрылымды қайта жаңартпай-ақ шешеді. Соңғы жылдары жағалау қалаларында бұл әдістерді бірнеше рет табысты қолданған. Мысалы, бір қалада өткен жылы кенет су тасқыны болған кезде, жасанды интеллект жүйесінің ұсынысына сәйкес су жүйесін түбірімен қайта бағыттауға тура келді.

Құрғақшылықтар мен су аймақтарының таусылуының Өндіріс ықкымдылығына әсері

Су амбарлары көлемінің азаюы мен құрғақшылық әсерлерінің сақталуына байланысты су өндіру жолдары жыл мезгілдеріне байланысты өзгеріп отыратын сұраныстарға сай келе алмай жатыр. Құрғақшылық әсеріне ұшыраған көптеген аумақтарда жер асты суларының деңгейі 2013 жылдан бері 15-30 пайызға дейін төмендеді. Жер асты су қоймаларынан суды тартуды шектеу қажеттілігі туындап отыр, әйтпесе олардың толық тауып кету қаупі туындайды. Қажеттілік табиғи түрде толтырылатын мөлшерден едәуір асып түсетін ыстық күндері жағдай ерекше қиын болады, өйткені бәрі бір уақытта жүзуге арналған бассейндерді толтырып, суарғыш құрылғыларды іске қосқысы келеді. Қалалар осындай мәселеге қарсы күресудің түрлі жолдарын сынауда. Кей жерлерде үй шатырларынан су жинау жүйелерін орнатып жатыр. Басқа жерлерде су кетін орындарды уақытылы анықтайтын ақылды датчиктер пайдаланылады, олар су шығынын кейбір жағдайларда 18 пайызға дейін азайтты. Қосымша қуат қажет болған кезде жылдам орнатылып пайдалануға болатын арнайы су тазалау қондырғылары да бар. Бұл шаралар сумен жабдықтауды икемді ұстауға көмектесе де, орташа өлшемдегі қалалар үшін барлық жабдықтарды орнату екіден бес миллион долларға дейін құн төлейді, бұл көптеген бюджеттер үшін оңай ғана шешілетін мәселе емес.

Су көп емес мезгілдерде құқықтық сәйкестік: Калифорния қалалық коммуналдық шаруашылықтарының тәжірибесі

Калифорнияның 2022–2023 жылдарындағы құрғақшылыққа жауап шаралары құқықтық міндеттемелер мен өндірістік нақтылықты теңестіру үшін үлгі болып табылады. Міндетті түрде 25% пайдалануды қысқарту кезінде коммуналдық шаруашылықтар тарифтарды сатылы түрде белгілеу және нақты уақыт режимінде сәйкестікті бақылау арқылы санкциялардан қорғанды. Негізгі нәтижелерге мыналар жатты:

Стратегия	Нәтиже
Болжамдық су қоймасын басқару	Артық су алу жазаларын 40% қысқарту
Апаттық жер асты суларына рұқсат ету	85% негізгі өндірісті сақтап қалу
Жалпы пайдалану транспаренттілігін көрсететін басқару панелі	92% тұрғындардың сәйкестігіне жету

Мұндай тәсілдер ресурстар жетіспейтін кезеңдерде өндірістік үзілістерді болдырмау үшін өндіріс кестесін дамып отыратын су реттеу шарттарымен үйлестіру қалай жасалатынын көрсетеді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Су сұранысының маусымдық өзгеруіне не себеп болады?

Су сұранысының маусымдық ауытқулары негізінен ауа райының, ауыл шаруашылығы циклдерінің және туристік бағыттардың өзгеруіне байланысты болады. Мысалы, ыстық жаз айларында ауыл шаруашылығына арналған су қажеттілігі артады және туристердің көбеюіне байланысты қалалық тұтыну көбейеді.

Су өндіру қондырғылары маусымдық сұраныс ауытқуларын қалай басқара алады?

Су өндіру қондырғылары маусымдық сұраныс ауытқуларын басқару үшін айнымалы жылдамдықты сорғыларды пайдаланып, нақты уақыт режиміндегі бақылау жүйелерін енгізіп және ілгері өндірісті басқару үшін жасанды интеллект негізіндегі болжау аналитикасын қолдана алады. Бұл әдістер қондырғылардың сұранысқа сәйкес шығысты динамикалық түрде реттеуіне көмектеседі.

Төмен сұраныс кезеңдерінде суды артық өндірудің салдары қандай?

Төмен сұраныс кезеңдерінде суды артық өндіру ресурстардың ысырап болуына, көміртегі шығарындыларының артуына және инфрақұрылымға қосымша қысым түсіруге әкеліп соғады. Бұл ысырап бағалы тұрғызып, булану мен тазалау химикаттарын қажетсіз пайдалану нәтижесінде қоршаған ортаға зиян келтіруі мүмкін.

Су өндіру жолын басқаруда ҚТ қалай көмектеседі?

ҚТ су өндіру жолын басқаруда талаптардың өзгеруін болжау және өндірісті тиімді пайдалану үшін тарихи және нақты уақыт аралығындағы деректерді талдау арқылы көмектеседі. ҚТ-ға негізделген жүйелер операцияларды автоматты түрде реттеуге мүмкіндік береді, соның нәтижесінде энергияның шығындалуы азаяды және тазалау химиясының пайдалануы жақсарады.

Құрғақшылық кезінде су туралы ережелерге сәйкес келу үшін қандай стратегиялар қолдануға болады?

Құрғақшылық кезінде су туралы ережелерге сәйкес келу үшін коммуналдық қызмет көрсету компаниялары сатылы бағалау модельдерін қабылдауға, болжамды су қоймасын басқаруға, апаттық жер асты суларын пайдалануға рұқсат алуға және халықтың пайдалану көрсеткіштерін ашық бақылау панелін пайдалануға болады. Бұл стратегиялар ережелер талаптары мен өндірістік тиімділікті араластыруға көмектеседі.