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政策法規

二十大報告的3個關鍵詞隱藏著智慧水務的未來與“錢途”

來源:環保圈 發布時間:2022/11/25
 

對于一份指向未來5——8年的行動指南來說,晚解讀32天也算不上“遲到”。
 
  當下,智慧水務可以說是整個水務圈最火爆的“團寵”。向上看,智慧水務是智慧城市不可或缺的基礎拼圖;向下看,智慧水務是未來水務升級的方向。那么作為一塊拼圖,智慧水務應當具有哪些功能?作為未來升級的方向,智慧水務又必須實現哪些提升與突破呢?
 
  這兩個問題的答案,其實就是智慧水務“下半場”破局的鑰匙,而這把鑰匙就藏在二十大報告的3個關鍵詞里。
 
  1 關鍵詞1:安全
 
  關于“安全”,二十大報告是這樣描述的:
 


從這些紅框標出的,與水務有關的信息可以發現,對于水務來說,“安全”有三層含義:一是常規水務安全,二是應急狀態下的社會安全,三是極端情形下的國家安全。
 
  首先,常規水務安全,包括供水安全、水質安全以及基礎設施安全。前兩項對于現在的水務圈來說,基本已不存在問題,然而地下管道漏水造成的破壞,這些年來卻一直威脅著城市基礎設施的安全。2012年以前,管網每年的爆管次數非常驚人。不過,這幾年隨著管網升級,爆管次數已經大幅下降,然而有的城市一年爆管次數仍然高達十幾二十幾次。
 
  地下管網漏水不僅會導致道路塌陷,在許多城市,地下土質決定了如果主管道長時間爆管,就會導致附近地上建筑開裂、傾斜甚至坍塌。因此,漏損與爆管對城市基礎設施和公眾生命安全都構成了嚴重的潛在威脅。
 
  隨著智慧水務的升級,不少水務集團都構建了基于GIS(地理信息系統)的地下管網調度檢測系統,這種基于GIS的系統能夠幫助水務企業快速定位爆管位置,但是僅僅依靠這個系統,并不能完全解決問題,要想徹底消除漏損和爆管風險,智慧水務還必須實現兩個突破:一是高頻次無人巡檢,二是預測早于搶修。
 
  地下管網布局復雜,縱橫交錯,因此很多漏損甚至爆管都是直到造成損害后才被發現,要解決這個問題,就一定需要無人探測設備,比如智能管網探測機器人,實現對管網運行狀態的高頻次巡檢。
 
  此外,搶修是一種事后補救的手段,如果可以預測管道壽命,就能提前預判風險,在事故發生前踩住剎車。因此,新一代智慧管網系統就不能僅僅滿足于管徑、埋深等基礎數據,對于管道的壁厚、內襯、防腐以及管道內水的腐蝕性等數據都要進行采集,然后基于大數據分析,通過AI算法對管道漏損風險提前報警。
 
  再向前一步,如果巡檢機器人升級為智能管道修復機器人,不用挖開地面破壞道路,就能實現隨巡隨補,那么不僅管網維護的社會成本和經濟成本將大幅降低,漏損對基礎設施帶來風險也將消弭于無形。
 
  其次,應急狀態下的社會安全。常規水務安全應對的重點是漏損與爆管,而應急狀態下的社會安全指向的,其實就是在突發災害或者極端天氣時的城市安全,比如突發水污染事件,或者特大暴雨造成的城市內澇。
 
  對于突發性的水污染事件,水務企業有時處于后知后覺的狀態,許多水污染事故,都是依靠大量死魚反饋或者公眾反映自來水異常,水務公司才察覺到發生了污染情況,因此發現問題時,污染有時已經造成長時間的損害。
 
  污染進入城市飲用水體系的途徑通常是兩條,一是通過管網漏損滲入水中,比如蘭州苯污染事件,另一個途徑就是通過污染上游水源河流,進而污染城市飲用水。因此,想要更可靠的應對這種威脅,智慧水務必須在兩方面提升自己的能力:一是滲漏點及時修復,二是上游水源實時檢測。
 
  想實現對滲漏點的及時修復,就需要及時發現、然后準確定位,而這與消除漏損、爆管隱患所需要提升的能力,實質上是相同的。此外越早掌握上游水源的污染信息,水務企業就有越多的反應時間,因此提升水源檢測能力,能夠第一時間預警污染災害,比如利用ChV(化學機器視覺)技術進行高頻次巡檢,實現智慧水質監測甚至預測,就顯得至關重要。如果突發水質污染預警可以更加及時,那么城市在面對威脅時就可以更加主動。
 
  除了應對污染災害,城市內澇也是水務人不得不面對的嚴峻挑戰,內澇帶給城市的災難是非常慘痛的,而隨著全球溫室效應日益嚴重,極端天氣出現的頻次正在不斷提高,強度也在不斷加大,許多之前從未面臨過水患威脅的內陸城市,如今都不得不面對降雨帶來的城市內澇問題。
 
  為了應對這個內澇的威脅,許多水務集團已經構建了泵站一體化智能調節系統,通過調節各個泵站的運行狀態,實現城市的快速退水,但是在未來,智慧水務或許還應該再向前一步,實現對城市積水的智能預測與應對。
 
  想要提前預測,就需要接入氣象數據、道路數據,然后與泵站性能、運行方案聯動。這樣就可以利用AI算法提前預警內澇區域,對危險路段、最深水位提前標定,并且給出最佳退水方案,在雨量完全超出城市排水能力時,可以為政府發布避險信息提供決策依據,及時向公眾預警。
 
  第三,極端情形下的國家安全。因為水務系統對于一座城市來說,非常重要,因此水務人不得不直面的最后一項安全挑戰,就是在極端狀況下,城市水務系統很可能成為遠程網絡攻擊并試圖控制的重要戰略目標。
 
  對于傳統水務來說,這種威脅并不嚴重,因為越是機械式運行的工廠,面對網絡攻擊時,越安全,相反,越是依靠互聯網,依靠程序控制運行的智能系統,遭受遠程攻擊時就越危險。
 
  在向智能化全面升級的今天,云平臺、移動協同、智能設備這些系統都需要運行在互聯網上,于是這就為網絡攻擊提供了眾多切口,因此通過網絡遠程攻擊侵入管理系統,就成為了智慧水務必須面對的新威脅。
 
  因此,在未來的智慧水務升級時,必須在一開始就考慮到數據安全與控制安全問題。
 
  2 關鍵詞2:降碳
 
  關于“降碳”,二十大報告的描述是這樣的:


  
     

雖然比不上“高耗能”8大金剛,但水務的排碳威力也絕對不容忽視,僅污水處理過程中的碳排放量就占了全國碳排放總量的1%——2%。不僅排放量不小,而且由于城市水務剛性需求的特性,使得水務完全無法通過壓縮產能實現碳排放控制。因此,有的城市這兩年來已開始逐漸將大型水廠納入了碳排放重點監測名單,隨著2030年的臨近,碳達峰壓力越來越大,把水廠納入碳排重監名單的城市應該會越來越多。
 
  水務碳排放量不低,但是它卻不是直接的排碳大戶,而是間接的排碳巨鱷,這其中源自電能消耗的排放占比接近7成,剩余的主要是投放藥劑帶來的間接碳排放。
 
  電耗和藥劑占了絕對的大頭,因此降能耗和減藥自然也就成了減碳的有效途徑。因為城市供水與污水處理隨著人口的增多和經濟的發展,規模必然越來越大,因此水務降碳只能依靠技術升級,通過降低單位水碳排放量的方式實現降碳。舉個例子,國內污水處理的平均能耗為0.292KWh/m3,日本是0.254KWh/m3,美國則只有0.2KWh/m3,,因此相比之下,國內污水廠至少還有15%——30%的降耗空間。
 
  污水廠的電能源消耗主要集中在水處理和排水上,而供水的電能源消耗則主要集中在管網輸水以及二次供水這2個部分。
 
  其實無論排水、輸水還是二次供水,高耗能的罪魁禍首都是泵機,因此許多水務企業更新了變頻技術,希望通過降低頻率,有效降低能耗。然而泵機降頻后,如果不能運行在高性能區,效率就會迅速下降,最終算起來未必節能。所以單純依靠變頻技術,實際中無法有效實現降碳目標,想要切實降低能耗,智慧水務必須在3個維度上實現突破:高效的水務調度、智能二次供水系統、智能水處理技術。
 
  首先,城市飲用水廠和污水處理廠都需要更智能的智慧水務調度系統。通過智能供水排水,確保降頻泵機工作在高效區間,實現能源利用率的提升,降低單位能耗。
 
  其次,智能二次供水系統。在供水中,二次供水能耗占比最高,但是小、亂、散的特點,導致二次供水節能改造難度最大。此外由于此前并不歸水務管理,因此對于二次供水管網、設備以及過往運行數據,水務企業都沒有積淀。所以想實現二次供水的能源降耗,首先需要更換智能水表,實現數據有效采集;然后基于大數據,運用人工智能算法,計算預測二次供水模型;最后逐步更換更加專業的二次供水設備,最終才能實現有效節能。
 
  第三,智能水處理技術。曝氣系統是污水處理中的能耗大頭,占比超過50%,因此利用智慧曝氣系統實現對水質按需供氣,降低曝氣能耗,是未來水務的必然選擇。對于藥劑投放帶來的碳排放來說,智慧水務需要研發突破性的智慧投藥系統,通過人工智能算法控制智能硬件實現智慧加藥,在保障水質不降的前提下,降低碳源、絮凝劑等藥劑投加量,從而實現單位水的降碳。從一些領跑者的反饋看,智慧投藥系統可以幫助他們降低20%左右的藥劑消耗。
 
  除了直接降低單位能耗與減少藥物投加,提高管網效率也是非常重要的降碳方式,將運輸中的損失降的越低,浪費的非必要能源就越少,現在很多城市漏損率高于20%,最高的超過50%,這意味著巨大的能源浪費。所以通過智慧管網系統,堵住漏點,降低漏損率,不僅能提升城市安全,降低水廠運營成本,更是有效降碳的重要途徑。
 
  最后,人也會呼出二氧化碳,因此依靠更多的智能系統,例如無人泵站、無人加藥系統等,實現廠站無人值班,少人值守,降低人水比,也能有效幫助水務行業實現降碳目標。
 
  3 關鍵詞3:消除
 
  二十大報告中,“消除”的原話是:“基本消除黑臭水體”。


  這是二十大報告中唯一直接提起水務細節的描述,也是二十大報告中,極少的對某個具體問題提出了明確要求,從這個表述中可以看出國家上層對“黑臭水體”治理的重視,因此,“黑臭水體”治理,必將成為未來的重點。
 
  對于黑臭水體,有一句經典描述,叫做“表象在水里,根源在岸上,核心在管網”,翻譯一下就是,黑臭體現在水上,可是污染源都來自岸上,而岸上的污染源之所以排進水里,很多時候,是因為管網的錯接漏接而導致的。因此要消除黑臭水體,智慧水務必須實現2個突破:黑臭水體智慧篩查、管網高效改造。
 
  要治理就要先找得到,現在查找黑臭水體,很多時候還是依賴專員巡檢或者公眾舉報,這樣的做法成本高效率低,所以未來一定需要一個黑臭水體智慧探尋系統,實現對黑臭水體的持續篩查,這個系統借助無人機拍攝水體圖片,同時接入城市監控數據和衛星數據,最后融合傳感器與視頻圖像數據,通過多維數據融合分析,讓黑臭水體無處藏身。
 
  利用這套系統,不僅可以快速定位黑臭水體,還可以將事后治理轉變為初期治愈,也就是在剛出現黑臭苗頭時,立刻預警,通知多部門共同防治,避免最終黑臭水體成型。
 
  此外,這幾年各個城市都興建了許多高端大氣的污水處理廠,可是由于排水管網的錯接漏接,雨污混排,導致許多污水處理廠進水濃度非常接近出水濃度,因此想要不反彈的解決黑臭水體,就一定需要一套智能排水管網布局系統,能夠智能分析管網漏接錯接問題,比如通過對老舊排水管網進行數據采集,利用系統進行模擬,再與實際數據進行對比,快速定位出錯位置,同時為管道升級改造提供最佳的優化方案。畢竟只有污水管網的根本改善,才能真正長期有效的消除黑臭水體。
 
  結語
 
  “安全”、“減碳”、“消除”,做到這3個關鍵詞,水務也就實現了二十大報告中要求的“高質量發展”。
 
  想要實現這3個關鍵詞,智慧水務就需要從數據融合,到業務融合,再到智慧決策;從各子項獨立智能化,到廠站網河湖一體化聯動;從超大屏數據展示,到數據深度分析與預判,從單純的軟件平臺升級,到與智慧硬件結合的全面系統升級。
 
  總之,在智慧水務的下半場,機會就在“安全”、“減碳”與“消除”這3個詞中,而誰愿意在水下踩得越深,誰就有越有機會真正解決這些問題,從而在智慧水務的江湖中,站得越穩,跑得越快,變得越強。(注:原文有刪改)


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