Umelá inteligencia stráži vody v Yorkshire 

Do projektu zapojila spoločnosť Yorkshire Water kanalizačné siete v sedemdesiatich lokalitách v starobylom grófstve Yorkshire v strednom Anglicku. Je súčasťou plánu do roku 2025 znížiť o polovicu znečistenie životného prostredia včasným predchádzaním porúch v manažmente odpadových vôd.

S výsledkami projektu je manažérka operatívnej prevádzky a technológie Heather Sheffield spokojná: „Dáta nám umožnili rýchlo identifikovať problémy v našej sieti a umelá inteligencia dokázala predpovedať problémy v 9 z 10 prípadov, bola trikrát úspešnejšia ako súčasné procesy, založené na štatistických metódach. Umelá inteligencia tiež znížila počet falošne pozitívnych varovaní o polovicu.“

Spoločnosť Yorkshire Water manažuje celkovo 55-tisíc kilometrov kanalizačných sietí, ktoré slúžia okolo 4,5 milióna obyvateľov. Ich súčasťou je približne dvetisíc kombinovaných prepadov kanalizácie (CSO), ktoré odľahčujú kanály počas silných dažďov. Aby sa predišlo zaplaveniu potrubia a vyrazeniu splaškov na povrch, CSO odpadovú vodu uvoľní do riek. V tom prípade však hrozí znečistenie so všetkými vážnymi rizikami pre zdravie obyvateľov i životné prostredie.

Výšku hladiny v potrubnom systéme dnes monitorujú jednoduché snímače, zvyčajne nastavené na kritickú prahovú hodnotu. Znamená to, že sa aktivujú pri dosiahnutí stanovenej hladiny. Takáto detekcia však nie jej dostatočná, pretože nedokáže rozlíšiť, či ide o bežný prevádzkový stav alebo predzvesť problémovej situácie.

Testované riešenie SIWA (Siemens Water) Blockage Predictor ponúka novú kvalitu –dáta o priechodnosti potrubia kombinuje s informáciami z externého prostredia, predovšetkým o zrážkach v reálnom čase. „Umelá inteligencia predikuje prietok pre každý prvok potrubného systému, od odpadových rúr až po kanalizačné prípojky. Pozná jeho špecifickú reakciu, ktorá závisí od miestnej geografie a rozloženia siete“, vysvetľuje H. Sheffield.

Pre každý prvok kanalizačnej siete je vytvorený akýsi „odtlačok prsta“, ako reaguje na zrážky a ich intenzitu. „Zároveň máme model jeho „normálneho“ správania pri bežnej prevádzke. Keď tieto dáta prekryjeme, vieme predikovať, ako bude reagovať v kritickej situácii“, hovorí Joby Boxall, profesor inžinierstva vodnej infraštruktúry na univerzite v Sheffielde.

Na predpovedanie reakcie slúži ďalšia úroveň inteligencie – analytický nástroj založený na „fuzzy logike“, ktorý predvída pravdepodobné reakcie. „Počas skúšobnej prevádzky systému sme porovnávali, ako akej miery predpokladaná úroveň líši od reálneho stavu, vrátane očakávanej reakcie na dažďové zrážky. Keď môj tím porovnal zistenia umelej inteligencie a súčasného systému detekcie, umelá inteligencia dopadla výrazne lepšie“, dopĺňa J. Boxall

Pre H. Sheffieldovú je dôležitý aj fakt, že systém nevyžaduje novú prevádzkovú technológiu. „Všetko potrebné sme už mali. Senzory – analógové i digitálne –komunikujú s lokálnym dátovým systémom prostredníctvom pevných liniek alebo bezdrôtovým spojením GSM. Údaje sa potom posielajú umelej inteligencii  postavenej na cloudovej platforme MindSphere spoločnosti Siemens“, vysvetľuje H. Sheffieldová.

Problémy v potrubí môže spôsobiť čokoľvek – vlhčené utierky, tuky, oleje alebo iný odpad vylievaný do šachty. Systém SIWA pomáha riešiť nielen situácie spojené s počasím, ale aj takéto komplikácie v bežnej prevádzke. „V mestskom prostredí je najväčšou hrozbou hromadenie jednorazových vlhčených utierok. Na ich výrobu sa používa polyester a tento plast sa na rozdiel od toaletného papiera z prírodnej celulózy vo vode nerozkladá. Vlhčené utierky, slúžiace najmä na osobnú hygienu, spôsobujú vyše deväťdesiat percent upchatí kanalizácie vo Veľkej Británii”, hovorí H. Sheffieldová.

Spoločnosť Yorkshire Water postupne pripája do systému SIWA ďalšie kontrolné miesta z celého regiónu. Problémové situácie monitoruje a rieši z centra v meste Bradford, kde sídli riadiaca skupina oddelenia operačného plánovania. „V prevádzke prechádzame od reaktivity k proaktívnemu riadeniu. Umožňujú nám to prediktívne analytické nástroje, vďaka ktorým lepšie chápeme riziká a ich dôsledky pre poskytovanie našich služieb“, dodáva H. Sheffieldová.

Ďalšie využitie sa ponúka pri predpovedaní upchania vnútorných splaškových sietí, ktoré hrozia napríklad vytopením pivníc. Neskôr sa Yorkshire Water sústredí aj na prevádzku a ochranu pozemných zariadení – svojich čerpacích staníc a čistiarní odpadových vôd. 

Inteligentné riešenie SIWA ocenila aj britská ministerka životného prostredia Rebecca Pow: „Vodárenské spoločnosti majú obrovskú zodpovednosť pri nakladaní s odpadovými vodami. Inovatívne riešenia ukazujú možnosti, ako do roku 2025 výrazne znížiť počet prípadov znečistenia riek“.

Adam Cartwright, vedúci aplikácií pre internet vecí v spoločnosti Siemens UK, žije v grófstve Yorkshire. „Som hrdý, že práve tu sme vyvinuli originálne riešenie pre ochranu našich riek. Umelá inteligencia nie je žiadne kúzlo – vyžaduje ale, aby sa odborníci, ktorí skutočne rozumejú svojej profesii spojili expertami na dáta a inžiniermi, schopnými napísať softvér a napojiť hardvér. Tento projekt bol učebnicovým príkladom, ako pospájať všetky tieto dôležité vlákna do ideálneho celku“. 

Siestorage sa stará o spoľahlivé dodávky elektriny aj v podnikoch s energeticky náročnou výrobou. Počas špičkových odberov dodáva naakumulovanú energiu a firmám šetrí platby za prekročenie dohodnutých maxím. Naopak, pri výpadku hlavnej siete batérie okamžite zabezpečia dodávky elektrickej energie až do jej obnovenia. Ak to trvá nečakane dlho, poskytnú dostatočne dlhý čas na prípravu a štandardné ukončenie prevádzky strojov a zariadení. Siestorage s kapacitou 1 MWh zabezpečuje záložné napájanie pre plynovú turbínu s výkonom 153 MW v priemyselnej elektrárni firmy Vulkan (CEO) v meste Eisenhüttenstadt. Elektráreň plní dôležitú úlohu pri výpadku hlavnej 110-kilovoltovej distribučnej siete – dodáva elektrinu a teplo do oceliarne ArcelorMittal Eisenhüttenstadt, najväčšej oceliarne na východe Nemecka. Siestorage takzvaným čiernym štartom uvedie do chodu 400-kilowattový motor plynovej turbíny elektrárne Vulkan.

Redukcia znečistenia riek v Yorkshire (pdf)