webinar del 27 gennaio - Xylem Luca Serena Marcello Di Vincenzo

1. Soluzioni digitali: dal pieno controllo delle
reti di adduzione e distribuzione alla
minimizzazione delle perdite idriche
27 gennaio 2022

2. Informazioni RELATORE
2
Marcello
Di Vincenzo
Business Development
Manager
Solution Selling

3. Garantire acqua sicura, conforme e accessibile,
è sempre più difficile.
3
BUDGET LIMITATI, VETUSTÀ DELLA RETE
E NORMATIVA STRINGENTE
PRECIPITAZIONI INTENSE ALTERNATE
DA LUNGHI PERIODI ASCIUTTI
INCREMENTO DEMOGRAFICO E
CAMBIAMENTO D’USO DEL TERRITORIO

4. 4
Gli enti gestori sono quotidianamente
chiamati a prendere decisioni complesse
per assicurare la continuità di erogazione
del servizio assicurando una gestione
sostenibile della rete.
Le Soluzioni Digitali forniscono un supporto
concreto per decisioni migliori, basate sui
dati, per tutte le reti di acque potabili e
reflue.
INTELLIGENZA DECISIONALE

5. Costo acquisizione dati
Progressiva riduzione dei
costi di memorizzazione dei
dati ed incremento delle
capacità di comunicazione
Capacità computazionale
Miglioramento performance
dei computer e nuove
possibilità di analisi integrata
offerte dai Cloud
Evoluzione algoritmi
Comunità crescente di
supporto allo sviluppo di
algoritmi (Intelligenza
Artificiale, modelli
deterministici, ecc.)
Facilità di utilizzo
UI definita in relazione alle
esigenze degli utilizzatori
finali
Sistemi frammentati
Interoperabilità tra sistemi
esistenti
Data governance
Cyber-security, user
permission, data hosting
5

6. 6

7. 7
Le date rappresentano gli anni in cui sono stati fondate le aziende
Xylem – Una lunga storia in costante evoluzione

8. Xylem Proprietary/Confidential
Una presenza riconosciuta su tutto il ciclo integrato dell’acqua
8
Acqua potabile, gestione e trattamento
Infrastrutture acque potabili e acque reflue
Acque di falda
Stazione di sollevamento
Acque superficiali
Trattamento acque reflue

9. Fonte: EurEau, Europe’s Water in Figures (2017)
Il fabbisogno idrico e le perdite: Italia ed Europa
9
Perdite idriche (%)
Consumo medio pro capite (L/abitante/giorno)
Fonte: EurEau, Europe’s Water in Figures (2017)
Costo medio per m³

10. Fonte: ARERA, elaborazione su dati relativi alla Raccolta “Qualità tecnica – monitoraggio (RQTI 2020)”
Macro Indicatore M1 - valori medi nazionali (2019):
M1a = 22 m³/(km gg) perdite lineari M1b = 41,2 % perdite percentuali
Le perdite idriche in Italia
10

11. La distribuzione territoriale delle perdite idriche
11
Fonte: ARERA, elaborazione su dati relativi alla Raccolta
“Qualità tecnica – monitoraggio (RQTI 2020)”
Numeromedio di rotture pari a 0,71/km di rete

12. I fondi a disposizione per la riduzione delle perdite idriche
La riduzione delle perdite idriche è senz’altro la priorità
M2: Rivoluzione verde e transizione ecologica (69,93 B€ ≈ 31%PNRR)
C4: Tutela del territorio e della risorsa idrica (15,36 B€), di cui
React-EU
Allocati oltre 1,2 B€ per la riduzione delle perdite idriche fino al 2026.
Obiettivi:
✓ riduzione perdite idriche
✓ aumentare resilienza dei servizi idrici
✓ digitalizzazione delle reti
Tipologie interventi ammessi:
✓ Rilievo reti GIS
✓ Strumentazione smart per misura portate, processi,
pressioni, livelli, etc
✓ Modellazione idraulica reti
✓ Installazione valvole di controllo pressioni
✓ Distrettualizzazione e controllo attivo delle perdite
✓ Pre-localizzazione perdite con metodi classici
(acustici) e innovativi (radar, scansioni
satellitari/aeree)
✓ Identificazione tratti da sostituire supportati da
strumenti di supporto alle decisioni
✓ Manutenzioni straordinarie reti
12

13. Informazioni RELATORE
13
Luca Serena
Project Manager
Solution Selling

14. Le soluzioni digitali a
supporto della
Riduzione delle Perdite
14

15. 15
In linea con le tipologie di
interventi ammessi nel
bando React-EU / PON
2014-2020 e PNRR M2C4
(Investimento 4.2 -
Riduzione perdite), la
gestione sostenibile della
rete passa attraverso la
riduzione delle perdite
Azione
Previsione
Supporto operativo alle decisioni e
pianificazione delle attività
Decisioni giustificabili basate sul dato con modello
predittivo aggiornato in tempo reale (digital-twin),
analisi integrata delle informazioni «digitalizzate» al
fine di identificare le criticità esistenti
Riduzione costi, modulazione delle pressioni
Efficienza operativa, riduzione costi di esercizio e contenimento
consumi, controllo attivo delle perdite assicurando livelli di
servizio in linea con gli standard legislativi
Monitoraggio 24x7 ed analisi integrata dei dati
Strumentazione smart per misura portate, pressioni, livelli,
segnali acustici, ecc., analisi integrata delle osservazioni per
monitorare le prestazioni della rete
Comprensione

16. 16
Sensoristica
locale
Analisi
globale
Modelli
idraulici/AI
Modelli
predittivi
“Ottimizzatori”
Allerte
Manutenzione
reattiva
Regole globali
Risposta
proattiva
Supporto alle
decisioni
Livello di «informazione»
Livello di «decisione»
Comprensione
Previsione
Azione
In linea con le tipologie di
interventi ammessi nel
bando React-EU / PON
2014-2020 e PNRR M2C4
(Investimento 4.2 -
Riduzione perdite), la
gestione sostenibile della
rete passa attraverso la
riduzione delle perdite

17. MONITORAGGIO CONTINUO DELLA RETE
17
Valutazione della
performance della rete ed
individuazione delle criticità
Favorire un pronto
intervento nel caso di
rotture improvvise
Ottimizzazione dell’esercizio
della rete
Comprensione

18. IL MONITORAGGIO CONTINUO DELLA RETE FAVORISCE IL PRONTO INTERVENTO IN CASO DI
ROTTURA SIGNIFICATIVA NELLA RETE DI ADDUZIONE/DISTRIBUZIONE
18
Pressione/livello/portata
Tempo
Ora
Analisi storico letture
Identificazione dei valori
attesi (smart-band) con
sistema di notifica per
letture fuori soglia
Aggregazione segnali
Analisi integrata notifiche
consente di aggregare
molteplici anomalie
assegnandole allo stesso
incidente

19. IL MONITORAGGIO CONTINUO DELLA RETE FAVORISCE IL PRONTO INTERVENTO IN CASO DI
ROTTURA SIGNIFICATIVA NELLA RETE DI ADDUZIONE/DISTRIBUZIONE
19
Reperimento dati
Analisi integrata
Riparazione
Configurazione attuale
Reperimento ed analisi dei
dati provenienti da diverse
sorgenti richiede tempo
determinando ritardi nella
gestione dell’emergenza
Monitoraggio
Piattaforma unica che
favorisce accesso rapido ai
dati disponibili con logiche
avanzate di identificazione
delle anomalie
Segnalazione
Riparazione

20. IL MONITORAGGIO CONTINUO DELLA RETE FAVORISCE IL PRONTO INTERVENTO IN CASO DI
ROTTURA SIGNIFICATIVA NELLA RETE DI ADDUZIONE/DISTRIBUZIONE
20
Gestione reclami
Visualizzazione immediata
dei reclami generati in
tempo reale per valutare
entità del disservizio
Coordinamento attività
Sistema di assegnazione
delle attività di
riparazione con possibilità
di monitorare SAL

21. PER LE ROTTURE MINORI LA PRE-LOCALIZZAZIONE DELLE PERDITE CONSENTE DI OTTIMIZZARE
GLI INTERVENTI DI RICERCA NEL CAMPO PERDITE CIRCOSCRIVENDO L’AREA DI INTERVENTO
21
Perdite/rotture
rare e di impatto
notevole
Perdite/rotture
distribuite e
frequenti ma
dall’impatto
contenuto
Analisi di dettaglio con ispezioni
puntuali degli elementi critici al
fine di sistemare/sostituire gli
elementi non performanti
Analisi su larga scala (distretto) al
fine di individuare le aree soggette
a maggiori criticità sulle quali
intervenire con indagini mirate in
situ
INDAGINI ACUSTICHE
TECNOLOGIA
EM/ULTRASONICA
INDAGINI SATELLITARI
BILANCI DI MASSA
(MINIMO NOTTURNO)
VOLUME
EROGATO/CONSUMATO
(SMART METERING)
Distribuzione
Adduzione
TEMPERATURA

22. SMART-BALL
22
Descrizione
Piattaforma autonoma
per il rilevamento
acustico di perdite e
sacche d'aria e la loro
geolocalizzazione
Tipo di tubo Tutti i tipi
Diametro
DN≥300mm con valvola a farfalla
DN≥150mm senza valvola a farfalla
Fluido
Acqua / Acque reflue
70°C/105°C nel 2022
Preparazione
Inserimento ed
Estrazione DN 100mm /
Senza interruzione del
servizio
Pressione
1Bar > SB > 34 Bar
Attrezz. ≤16 Bar*
Velocità
Min : 0,15m/s – 0,4m/s
Max : 1,8m/s maxi

23. Perdita
Sacca d’aria Valvola

24. + 11 500
km di condotte
ispezionate
15
anni di esperienza
in tutto il mondo
+ 3000
perdite localizzate
SmartBall®

25. PIPE-DIVER
25
Descrizione
Piattaforma autonoma
con tecnologia
elettromagnetica e
ultrasuoni
Tipo di tubo c.a. e acciaio
Diametro
Mini 400mm/1200mm
con valvola a farfalla DN ≥ 600mm
Piccolo 900mm/ 800mm
Grande 1200mm/3050mm
Fluido Acqua / Acque reflue
Preparazione
Inserimento ed
Estrazione DN400mm
Pressione PipeDiver 0,3Bar > 20Bar

26. Tracciamento
in tempo reale
Passaggio attraverso la
valvola a farfalla
Video HD
Rilevamento fili metallici rotti
PipeDiver®
Rilevamento perdita di spessore
Inserimento in pressione
Estrazione in
pressione

27. PipeDiver®
+ 130
progetti di
PipeDiver
+ 2 400
km di condotte
ispezionate
+ 8 000
tubazioni danneggiate
identificate
+10
anni di esperienza
in tutto il mondo

28. L’ANALISI INTEGRATA DEI DATI ACQUISITI DAL MONITORAGGIO FAVORISCE L’INDIVIDUAZIONE
DELLE CRITICITA’ PRESENTI PER UN UTILIZZO OTTIMALE DELLE RISORSE DISPONIBILI
28
Consumo per distretto Ora
Monitoraggio distretti
Monitoraggio granulare
della performance della
rete a livello di distretto
(es. minimo notturno)
Integrazione AMI/AMR
Monitoraggio continuo
delle perdite per distretto/
settore in relazione ai
sensori presenti
Ingresso – Uscita ± Immagazzinato
Comprensione

29. 29
Sensoristica
locale
Analisi
globale
Modelli
idraulici/AI
Modelli
predittivi
“Ottimizzatori”
Allerte
Manutenzione
reattiva
Regole globali
Risposta
proattiva
Supporto alle
decisioni
Livello di «informazione»
Livello di «decisione»
Comprensione
Previsione
Azione
In linea con le tipologie di
interventi ammessi nel
bando React-EU / PON
2014-2020 e PNRR M2C4
(Investimento 4.2 -
Riduzione perdite), la
gestione sostenibile della
rete è legata alla
RIDUZIONE DELLE PERDITE

30. 30
LA MANUTENZIONE PREDITTIVA HA COME OBIETTIVO IL CONTENIMENTO DELLE ROTTURE
INTERVENENDO PRIMA DEL CEDIMENTO FUNZIONALE/STRUTTURALE DEGLI ELEMENTI
Probabilità e Conseguenza di rottura
Considera separatamente fattori che concorrono al
calcolo del rischio (incl. regressione)
Classificazione elementi sulla
base del rischio
Attribuzione coefficienti alle singole
voci di Probabilità e Conseguenza
per attribuire fattore di rischio ad
ogni elemento nella rete
Implementazione diagramma
decisionale
Criteri decisionali in relazione a fattore di
rischio, materiale, età, ed altri fattori
Calcolo costo totale di
manutenzione
Computazione costo
complessivo lavorazioni
derivanti da diagramma
decisionale
Pianificazione in relazione al
budget disponibile
Pianificazione interventi in
relazione al budget disponibile e
sulla base del rischio calcolato Previsione

31. 31
Approccio tradizionale
(analisi sull’età) offre benefici
limitati
L’analisi multi-parametro favorisce
maggior livello di dettaglio con
decisioni basate sui dati a disposizioni
(giustificazione degli investimenti)
Analisi con Machine
Learning
Analisi Statistica
% di
riduzione
delle
rotture
% di rete sostituita
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0% 1% 2% 3% 4% 5%
Riduzione rotture ~5-15%
Riduzione rotture ~30-60%
4-10x
migliori risultati a parità
di investimento iniziale
LA MANUTENZIONE PREDITTIVA HA COME OBIETTIVO IL CONTENIMENTO DELLE ROTTURE
INTERVENENDO PRIMA DEL CEDIMENTO FUNZIONALE/STRUTTURALE DEGLI ELEMENTI

32. IMPLEMENTAZIONE DI UN MODELLO PREDITTIVO PER SUPPORTARE LE OPERAZIONI NELLA
RETE, CON DECISIONE PIU’ SICURE E BASATE SUL DATO
32
Pressione/livello/portata
Tempo
Ora
Monitoraggio Modello predittivo

33. 33
DIGITALIZZAZIONE A 360° CON NECESSITA’ DI INTEGRAZIONE FRA SISTEMI FRAMMENTATI
NON COMUNICANTI FRA LORO
Rete acquedotto
Digitalizzazione
(Asset Registry)
Tempo
Scarsa confidenza
Creazione di un nuovo
modello idraulico
Modello idraulico
Simulato/Osservato
1
Revisione tracciati
Connettività
Dati mancanti
Creazione di un nuovo
modello idraulico
Calibrazione
Consegna modello – distrettualizzaizione, pianificazione, etc.

34. 34
Rete acquedotto
Digitalizzazione
(Asset Registry)
Tempo
Modello idraulico
1
Revisione tracciati
Connettività
Dati mancanti
Creazione di un nuovo
modello idraulico
Calibrazione
Aggiornamento «automatizzato» del modello
DIGITALIZZAZIONE A 360° CON NECESSITA’ DI INTEGRAZIONE FRA SISTEMI FRAMMENTATI
NON COMUNICANTI FRA LORO

35. 35
Asset
Registry
Data Lake
Script
Cartella di lavoro
Libreria modelli
Richiesta utente
Cambiamenti DB
Verifica
Modello
idraulico
Previsione a
24/48 ore
SCADA
Previsione
domanda
Simulazioni
precedenti
Simulazione
XYLEM VUE E’ L’APPROCCIO DI XYLEM COME PARTNER FIDATO PER SUPPORTARE LE
PUBBLICHE UTILITA’ NELLA LORO TRANSIZIONE DIGITALE

36. IDENTIFICAZIONE INCIDENTE, VALUTAZIONE IMPATTO E DEFINIZIONE DELLA MIGLIORE
STRATEGIA OPERATIVA SULLA BASE DEI DATI REALI (RACCOLTI E SIMULATI)
36
Livello
Tempo
Ora
Notifica incidente
Verifica continua delle previsioni
del modello rispetto al dato
osservato in tempo reale
Definizione impatto
Valutazione impatto corrente e
futura evoluzione di eventuali
problematiche insorte nella rete
Supporto decisionale
Identificazione del miglio
approccio operativo per
fronteggiare l’evento inaspettato
Simulato
Osservato
Previsione

37. 37
Sensoristica
locale
Analisi
globale
Modelli
idraulici/AI
Modelli
predittivi
“Ottimizzatori”
Allerte
Manutenzione
reattiva
Regole globali
Risposta
proattiva
Supporto alle
decisioni
Livello di «informazione»
Livello di «decisione»
Comprensione
Previsione
Azione
In linea con le tipologie di
interventi ammessi nel
bando React-EU / PON
2014-2020 e PNRR M2C4
(Investimento 4.2 -
Riduzione perdite), la
gestione sostenibile della
rete è legata alla
RIDUZIONE DELLE PERDITE

38. Riduzione costi esercizio
• Azionamento degli impianti nei
periodi a bassa tariffa energetica
alimentando la rete per gravità
durante le ore di picco energetico
• Consumo energetico totale invariato
con riduzione costi derivante da
azionamenti «intelligenti» nelle ore
notturne
Modulazione pressioni
• Contenimento delle pressioni di
esercizio nella rete per favorire una
riduzione generale delle perdite
distribuite nella rete
• Distribuzione azionamento impianti
durante la giornata al fine di
aggiustare le pressioni alla domanda
in tempo reale
Costi di produzione
• Reperimento acqua da fonti a basso
costo di produzione (buona qualità
dell’acqua, fonti energetiche
alternative, ecc.)
• Azionamento impianti in relazione ai
costi di produzione
BILANCIO TRA ESIGENZE CONTRASTANTI CON OTTIMIZZAZIONE MULTI-PARAMETRO
Azione
38

39. Funzionalità:
• Mantenere pressione costante
• Soddisfare picchi di fabbisogno idrico
• Accumulo in caso di emergenza
Obiettivo: definire il miglior controllo
degli impianti per soddisfare i requisiti
idraulici, a livelli di rischio accettabili e
minimizzando i costi
39
RIDUZIONE DEL CONSUMO DI ENERGIA ATTRAVERSO L’AZIONAMENTO DEGLI IMPIANTI NEI
PERIODI DI BASSA TARIFFA ENERGETICA
Stazione di
sollevamento
Serbatoio
Utenze

40. Stazione di
sollevamento
Serbatoio
Utenze
Macchina ACCESA o SPENTA per l’intera durata
del periodo di ottimizzazione (24h)
Pompa 1 Pompa 2 Pompa 3
C1 1 0 0
C2 0 1 0
C3 0 0 1
C4 1 1 0
C5 1 0 1
C6 0 1 1
C7 1 1 1
C8 0 0 0
Macchina ACCESA o SPENTA per metà
del periodo di ottimizzazione (12h)
NC = 82 = 64 Combinazioni
40
RIDUZIONE DEL CONSUMO DI ENERGIA ATTRAVERSO L’AZIONAMENTO DEGLI IMPIANTI NEI
PERIODI DI BASSA TARIFFA ENERGETICA

41. Stazione di
sollevamento
Serbatoio
Utenze
Macchina ACCESA o SPENTA ogni ora
(1h) del periodo di ottimizzazione (24h)
NC = 824 = 4.72x10+21 Combinazioni
NC = 4.97x10+86 Combinazioni
Ogni 15 minuti?
41
RIDUZIONE DEL CONSUMO DI ENERGIA ATTRAVERSO L’AZIONAMENTO DEGLI IMPIANTI NEI
PERIODI DI BASSA TARIFFA ENERGETICA

42. I n t e r o p e r a b i l i t à
C
u
s
t
o
m
i
z
z
a
z
i
o
n
e
I n f o r m a z i o n i
I
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p
l
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D i g i t a l i z z a z i o n e
C a l i b r a z i o n e
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S
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C o m u n i c a z i o n e
S c a l a b i l i t à
A r c h i v i a z i o n e
M
o
d
e
l
l
a
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o
n
e
42