Ricerca e Sviluppo...La time domain reflectometry (TDR) indaga la risposta di un sistema sottoposto...

Forlì, 12 aprile 2013 > 1> Ricerca e Sviluppo

Forlì, 12 aprile 2013

Ricerca e Sviluppo

Le attività R&S di Heraper ridurre le criticità operative

delle reti e ottimizzare gli upgrade d’impianto


R&S nelle utilities: l'importanza di un ruolo attivo

Drivers di focalizzazione

Alcuni progetti

> Sommario




Alcuni progetti


Fonte: Eurostat (http://epp.eurostat.ec.europa.eu)

Fonte: Elaborazione Hera su dati OCSE (http://www.oecd.org)

> Ricerca e innovazione tecnologica: chi più spende meno spende

Israel Sweden Germany France U.K. Italy Greece

Gross domestic exp. on R&D as a percentage of GDP

(avg 2004‐2010)

Ranking 1 3 10 12 17 27 31

Value 4.52 3.56 2.63 2.16 1.76 1.17 0.59

Real GDP percentage change(avg 2007‐2012)

Ranking 3 10 13 23 26 33 34

Value 3.97 1.52 1.20 0.41 0.20 ‐0.83 ‐3.02

Employment percentage change(avg 2008‐2012)

Ranking 1 13 9 16 17 21 34

Value 3.07 0.55 0.86 0.17 0.16 ‐0.20 ‐3.48

Ranking positions among 34 OECD countries


Fonte: OCSE (http://www.oecd.org)

> L'importanza della in house R&D




Alcuni progetti


> Difficoltà e necessità di focalizzazione

Fonte: Saka, A., M. Igami and T. Kuwahara(2010), based on tabulations from Thomson Reuters’ “Essential Science Indicators”.Da: OCSE (http://www.oecd.org)

Hot research areason a science map (2008)

La mappa mostra il numero e la concentrazione/dispersione di core papers


> Difficoltà e necessità di focalizzazione

Area Macro temi TemiMeteorology

Environmental protection

Measurement and detection of pollution

Effect of pollutantsAerosols and particulate

emissionsControl of emissions

Water quality (natural water bodies)

Acid rainSoil pollution

Radiation protectionWaste management Recycling

Recovery and reclamationIncineration and pyrolysis

Land and sea disposalBioconversion

LandfillIndustrial waste

managementEnergy from waste

Radioactive wasteSustainable development

Earth sciencesClimate change and

Carbon cycle researchWater scarcity, extreme

eventsWater resource management

Irrigation

ResorvoirsFloods

River systemsPotable waterWaste water

Environment and climate

Area Macro temi Temi

Industrial manufacture

Materials technologyNanotechnology and

NanosciencesMedical applications

Manifacturing applications

Industrial biotech BioenergyBiomaterials

Electronics, Microelectronics

Information processing, Information systems

TelecommunicationsAutomation

RoboticsICT applications

Network technologiesEnergy production and

distributionM&O automatisation and

reduction

Gas distributionM&O automatisation and

reductionWater treatment and

distributionM&O automatisation and

reduction

Industry and industrial technology

Information and Communication

Technology

Operations upgrade

?


Riduzionecriticità operativee costi associati

Miglioramento dei livelli di servizioall'utenza

Miglioramento delle performance aziendali

Miglioramento delleperformance ambientali

Responsabilità sociale

Compliance normativa

Possibilità concreta di accesso alle tecnologiePossibilità di partnership qualificatePossibilità di accesso a finanziamenti esterniLimiti operativi e di budget

> Principali drivers e criteri di selezione dei progetti


Miglioramento performance ambientali

Riduzione criticitàe costi operativi

perditeallacci

Monitech

Lorno

contatoriantigelo

TitaanMartina

controlloautom.impianti

C.E.

tubiPE

efficient.energet.

Rinnovo tecnologico per riduzione opex:efficientamenti energetici, performance materiali reti (da valutare payback investimenti)Ricerca e riduzione delle perdite: sviluppo e test di sistemi di localizzazione/prelocalizzazione automaticaModellazione di processo e gestione automatica impianti: miglioramento processi, riduzione opexContaminanti emergenti: tecniche analitiche, monitoraggio, efficienza degli impianti di potabilizzazione




Alcuni progetti


Bologna (*)

Ferrara (*)

Rimini0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

Bologna (*)

Ferrara (*)

Rimini

(*) escluso allacci

> Rotture tubazioni di polietilene

Fonti: UKWIR National Mains FailureDatabase, Steve MacKellar,Bodycote PDL, PP XIII, Washington DC, 2006; Gelsenwasser; PE Pipe alliance (1995‐2003)



Obiettivi

Incrementare le conoscenze e la formazione del personale

Identificare le principali cause di rottura

Definire piani di miglioramento per ridurre la probabilità di accadimento

Attività principali

Campagna sistematica di raccolta campioni

Analisi visiva, analisi di laboratorio, classificazione e statistiche

Analisi delle cause primarie

Scouting su materiali innovativi, specifiche di fornitura e controllo



Output

Revisione specifiche tecniche di fornitura

Progettazione e messa a regime di un sistema di controllo sia in fase di produzione sia sulle forniture finali

Revisione delle procedure di posa in opera


Segnalazioni Contatori Rotti 19/12/09 - 31/01/10 Top Four Failure Days (giornata: segnalazioni)ATO5 (BO) 4.264 21/12: 508; 22/12: 460; 23/12: 499; 28/12: 435ATO8 (FC) 1.149 21/12: 268 22/12: 200; 23/12: 106; 28/12: 97ATO4 (MO) 1.086 20/12: 85; 21/12: 242; 22/12: 127; 4/1: 94; ATO7 (RA/IF) 819 21/12: 75; 22/12: 82; 24/12: 86; 28/12: 77ATO9 (RN) 227 21/12: 27; 4/1: 26; 7/1: 16; 12/1: 17ATO1 (RN) 8ATO6 (FE) 7ATO3 (Toscana) 5

TOTALE 7.565

19/12/2009 12.50 22/12/2009 11.20

-14-13-12-11-10

-9-8-7-6-5-4-3-2-1012345

> Rotture contatori per ghiaccio


> Rotture contatori per ghiaccioObiettivo

Identificare le migliori soluzioni per ridurre in maniera significativa il rischio di rotture per gelo dei contatori mediante:

Verifica diretta della resistenza al gelo di contatori già disponibili sul mercato.

Test di nuove tecnologie o soluzioni alternative per la protezione di contatori e/o allacciamenti.

Verifica degli effetti provocati dal congelamento al sistema di contabilizzazione dei consumi nei casi in cui la formazione di ghiaccio non comporti la rottura del contatore.


Analisi brevettuali e di mercato

Analisi tramite modellazione matematica del fenomeno del congelamento dell'insieme allaccio‐contatore

Test congelamento contatori: con verifiche metrologiche pre e post, utilizzo o meno di sistemi di protezione

Test sistemi attivi/passivi di protezione


Studio concluso con:

individuazione tipologia contatori di mercato a maggior resilienza;

aggiornamento della specifica tecnica di fornitura;

definizione della casistica di riferimento per le installazioni.

> Rotture contatori per ghiaccio

Attività principale

Prove dirette di congelamento secondo una curva di raffreddamento ad andamento “analogo” alla curva di temperature registrata in occasione del 19‐22 dicembre 2009 (temperatura minima ‐15°Cper almeno 12 ore). Prove registrate in time‐lapse.


> Perdite idriche

HeraAcqua non fatturata nelle principali utilities italiane [mc/km giorno]

Fonte: Gruppo Hera, BS 2011

Gruppo Hera, acqua non fatturata [mc/km giorno]


> Perdite idriche

Obiettivo:

Progettazione, realizzazione e test di un sistema di acquisizione dati vibrazionali da interpretare in associazione a dati di telelettura consumi (brevetto Hera).

Localizzazione automatica perdite allacci

Attività attuali:

Sviluppo di algoritmi di analisi dei segnali, che richiedano poca potenza di calcolo e che forniscano remotamente un indice sul livello di perdita rilevato.

Confronto fra diversi sensori, utilizzando anche idrofoni di ultima generazione, particolarmente compatti, per svincolarsi il più possibile dal materiale della condotta ed aumentare l’efficacia di rilevamento .

Attività future:

Refresh stato dell’arte sul data‐logging, per acquisire la tecnologia necessaria per pianificare un’acquisizione massiva dei dati in campo, funzionale alla creazione di un database statisticamente significativo.


> Perdite idriche

Prelocalizzazione automatica perdite reti stradali

Obiettivo

Valutare l’efficacia di una tecnologia sviluppata da Hinni (CH), basata sul monitoraggio permanente di una rete acquedottistica tramite l’utilizzo di una serie di idrofoni installati all’interno di idranti (sistema Lorno ®).

Focus su:

criticità in fase di installazione

reale capacità di individuazione delle perdite

affidabilità del sistema nel tempo

utilità per il gestore delle informazioni aggiuntive (consumo acqua e mancato svuotamento)

trade‐off tecnico/economico


> Perdite idriche

Prelocalizzazione automatica perdite reti stradali


Progettazione dell'installazione pilota (prima in Italia)

Installazioni di campo sulla rete idrica di Riolo Terme (RA)

Messa in esercizio del sistema


> Perdite idriche

Riflettometria a microonde

Sperimentazione di un sistema di localizzazione di perdite in reti stradali mediante riflettometria a microonde (TDR)

La time domain reflectometry (TDR) indaga la risposta di un sistema sottoposto a test, una volta stimolato con un segnale elettromagnetico appropriato.

Il sistema è stato sviluppato dall'Università del Salento e da Monitech.


> Perdite idriche

Riflettometria a microonde

La risposta del TDR è influenzata dalla permeattività dielettrica relativa εr del materialeattraverso cui si propaga il segnale elettromagnetico

La presenza di una perdita causa una variazione locale delle caratteristichedielettriche che influiscono sul segnale riflesso

εr, terreno~ 3-4 εr, acqua~ 78


> Efficientamento impianti di depurazione

Sperimentazione sistema controllo automatico dell’attività biologica (TITAAN ®)

MISURE ON‐LINE TESTATE• Attività nitrificante massima del fango attivo;• Tossicità acuta dei reflui sul processo biologico;• Contenuto di azoto nitrificabile nel fango;

ATTIVITÀ IN CORSO• Collegamento del TITAAN alla sensoristica dell’impianto (completata);• Sviluppo modello WEST dell’impianto (in corso di calibrazione);• Implementazione su TITAAN di logiche ottimizzate di controllo;



Sperimentazione Martina

Valutazione di analizzatore da laboratorio per test biologici su fanghi di depurazione (attività batteri e concentrazione substrati).

TEST APPLICABILI• multi‐OUR (Utilizzato principalmente per il frazionamento del COD e test di inibizione)• singolo OUR (Per eseguire una valutazione rapida della frazione biodegradabile RbCOD).



Gestione automatica di impianti di depurazione

Hardware: sonde per misure di pH, ORP e DO

Obiettivo:Sviluppare sistemi di controllo intelligenti a basso costo, il cui utilizzo sia sostenibile economicamente anche su impianti medio ‐ piccoli

Software: sistema intelligente che utilizza i dati delle sonde per controllare il costoso processo di rimozione dell’azoto. Il software si basa sulla combinazione di diverse tecniche di intelligenza artificiale, individuate per ogni attività prevista dallo schema concettuale.



Gestione automatica di impianti di depurazione

E’ stato avviato un pilota in scala presso il WWTP di Trebbo di Reno, sul quale sono state messe a punto le logiche di analisi dei segnali e le politiche di controllo del processo.

Attualmente il sistema è in grado di rilevare le fasi di processo di un impianto SBR, correlando e interpretando i segnali derivanti unicamente dalle misure di pH, ORP e DO.

La sperimentazione terminerà nel 2014 con prototipo del software di controllo che sarà in grado di gestire anche processi su impianti a flusso continuo.


> Contaminanti emergenti

Ricerca di c.e. nelle acque destinate alla potabilizzazione e nelle acque reflue

In corso: valutazione delle migliori tecnologie di trattamento, verifica dell’efficacia di rimozione degli impianti attuali.

Individuazione dei principali contaminanti

Messa a punto delle metodiche analitiche

Monitoraggio


Risparmio energetico

I grandi consumatori:

Pompaggi interventi importanti (inverter) già fatti

Ossidazioni dei WWTP interventi parzialmente eseguiti (microbolle)

Altre possibilità e progetti in corso:

‐ Recupero di salti residui

‐ Ulteriore efficientamento ossidazioni

> Efficientamento energetico


Risparmio energetico ‐ Progetti – Recupero da salti residui (1/2)

In correnti a pelo libero



Risparmio energetico ‐ Progetti – Recupero da salti residui (2/2)

In reti in pressione

da: leviathanenergyinc.com

Concessione Caprari SpA



Risparmio energetico ‐ Progetti – Efficientamento ossidazioni

Installazione di sistemi di aerazione a bolle fini.‐ Incremento efficienza 8‐15%.‐ Approvazione progetto da parte AEEG per riconoscimento di certificati bianchi per 14 depuratori del Gruppo Hera (fra cui Ferrara 220k AE e Modena 500k AE).

da: kturbo.com

Confronto strutturato tra tipologie differenti di compressori per fasce di potenza installata.Testati nuovi turbocompressori ad alta velocità di derivazione aeronautica.Verificato l’insieme compressore‐collettore‐piping di distribuzione‐diffusori di microbolle a disco.Verificati efficientamenti dal 12% al 30%.



> Contatori acqua di nuova generazione

I contatori acqua di nuova generazione possono migliorare la qualità del servizio (profilatura dei consumi, eliminazione delle fatturazioni su stima, individuazione automatica di fughe post‐contatore, bilanci di distretto e prelocalizzazione perdite).

Obiettivo:Verificare le prestazioni metrologiche e funzionali dei contatori acqua di nuova generazione che utilizzano principi di misura diversi dalla turbina e predisposti per la telelettura.

Attività previste:Analisi metrologica, normativa, funzionale e di resistenza allo stress in laboratorio ed in esercizio per contatori d'utenza mass‐market.

Ratio 800

-13-12-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10123456789

10111213

1 10 100 1000 10000

Devi

atio

n in

/Abw

eich

ung

%

No. 1 No. 2 No. 3

No. 4 No. 5 No. 6

No. 7 No. 8 No. 9

No. 10 No. 11 No. 12


> Telelettura e telemisura contatori d’utenza

Obiettivo:Verificare sul campo le reali potenzialità ed i benefici di un sistema di telelettura dei contatori acqua mass‐market in ottica multiservizio, in base a quanto indicato dalla DEL 28/12 e dal DCO 478/12 dell’AEEG.

Attività previste:Progetto e realizzazione di un pilota che, per la parte acqua, utilizzi contatori mass‐market selezionati in base a specifiche di Gruppo.

Saranno utilizzati standard europei e de‐facto per la telelettura acqua, con uno sforzo di armonizzazione in base a quanto indicato dalle norme UNI‐TS 11291 per i contatori gas.

Nel pilota saranno presenti anche contatori di nuova generazione.


Collaborazioni

Tubazioni PE: Politecnico di Milano, LyondellBasell

Localizzazione automatica perdite: RInnova, Università di Bologna

Riflettometria a microonde: Università del Salento, Monitech

Sistemi di ottimizzazione impianti di depurazione: Spes, Enea, Politecnico di Milano

Contaminanti emergenti: Istituto Mario Negri, Politecnico di Milano, Università di Bologna

Efficientamento energetico: Loccioni, Caprari, Università di Bologna, Consorzio Ferrara Ricerche

Ringraziamenti

Un ringraziamento particolare :

‐ agli ingg. Davide Nascetti e Daniele Giunchi dell'unità R&S;

‐ ai colleghi delle altre strutture aziendali coinvolte nello sviluppo dei progetti, con particolare riferimento a quelli della Direzione Acqua.

> Collaborazioni e ringraziamenti


> Grazie per la vostra attenzione

ing. Claudio Anzalone

[email protected]

> http://www.gruppohera.it/gruppo/attivita_servizi/ricerca_sviluppo

> [email protected]

www.gruppohera.it

Hera S.p.A. Ricerca e Sviluppo

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