Myšlenka bezdrátových odečtů není ani v Česku, ani ve světě ničím novým. Vodárenské společnosti běžně provozovaly svoje vlastní radiové sítě pro monitoring jednotek až desítek vodních zdrojů, vrtů, vodojemů. Proto v některých případech byly připraveny investovat do proprietárních řešení i pro odečty spotřeby v distribučních sítích. Nedošlo ale k masovému rozšíření, protože se vždy jednalo o jednoúčelovou síť, pouze pro potřeby utilitní společnosti, což mělo negativní vliv na ekonomiku takových projektů. Podobně distributoři plynu již dříve implementovali automatické odečty spotřeby u svých klíčových odběratelů, kterým za spotřebu fakturují měsíčně desítky až stovky tisíc Kč a u kterých se dálkové odečty vyplatí i při vyšších pořizovacích i provozních nákladech.

Zkušenosti z těchto projektů se promítají do nových IoT konceptů - ruku v ruce s univerzálností sítě a možností rozmělnit investici do síťové infrastruktury mezi jednotlivé vertikály a mezi násobně vyšší množství zákazníků.

Rozvoj a vliv infrastruktury

Budování jakékoliv infrastruktury je velmi složitý a nákladný proces, podléhající nejen kalkulaci ekonomické udržitelnosti, ale také schvalovacímu řízení, územnímu plánování, územnímu řízení, vypořádání věcných břemen a v extrémních případech také vyvlastňování pozemků, na kterých je infrastruktura budována. Je při tom vcelku jedno, zda se jedná o produktovod (ropa, plyn), železniční koridor, dálniční nebo silniční síť, telekomunikační infrastrukturu, rozvody elektřiny, vody, plynu, tepla nebo jiné komodity např. v průmyslových areálech.

U distribučních sítí nebyl v minulosti monitoring technicky ani ekonomicky možný. S rozvojem mobilní telefonie ale došlo k rozmachu řešení pro monitoring kritických uzlů v infrastruktuře, jako jsou např. redukční stanice mezi středotlakým a nízkotlakým plynovodem nebo dálkové odečty spotřeby u zákazníků s vysokým odběrem. Monitoring nebo dálkové odečty u všech odběrných míst však nebylo možné smysluplně obhospodařit - díky nedostupnosti vhodné technologie.
S rostoucí cenou lidské práce, se změnou legislativních požadavků a v neposlední řadě s rozvojem IoT technologií se objevuje nový prostor pro uplatnění nových monitorovacích nástrojů v prakticky všech infrastrukturách.

IoT sítě pro smart utility

Dálkové odečty a monitoring distribuční sítě lze provádět prostřednictvím různých komunikačních technologií – nejčastěji bezdrátových. Vždy ale záleží na efektivitě provozu, nákladech například na posílání dat, dostupnosti a pokrytí dané sítě nebo nutnosti připojení k elektřině apod.
V utilitních sítích je prostor pro velmi široké spektrum čidel a zařízení. Některé mohou pouze vysílat svoje jednoduché stavové informace, některé mohou i na dálku zastavovat či regulovat průtoky, jiné potřebují často komunikovat nebo přenášet značné množství provozních dat (např. vyčítání registrů z elektroměrů). V celé šíři je zjevné, že nelze objektivně určit, která technologie je pro utilitní společnosti nejvhodnější.
Jako nejefektivnější se nyní jeví IoT sítě, které mohou fungovat nezávisle a zároveň mohou být dostupné v potřebné lokalitě – kde jsou umístěné senzory, a to i případně indoor a deep indoor pokrytí. V Česku je v současnosti více IoT sítí – NB-IoT, Sigfox a síť LoRaWAN, kterou v ČR provozují České Radiokomunikace, a proto se jí budu dále věnovat podrobněji.

Síť LoRaWAN umožňuje bezdrátovou obousměrnou komunikaci v  nelicencovaném pásmu 868 MHz, s velkým důrazem kladeným na zabezpečený přenos dat. Tato plně mobilní infrastruktura se vyznačuje nízkými provozními náklady, přenosy na velkou vzdálenost a zejména dlouhou životností baterií koncových zařízení. V praxi to znamená, že jsou překonány bariéry z minulosti. Je možné použít relativně levnou radiovou jednotku s výdrží baterie až 10 let v podzemní vodoměrné šachtě, monitorovat stav vodoměru a ten na dálku přenášet do centrály a použít jej pro automatické generování faktur. Příklad vodoměru je uveden záměrně, protože z hlediska prostředí, ve kterém je umístěn, se jedná asi o nejsložitější případ. Podobným způsobem lze, při použití jiných typů koncových zařízení, dálkově odečítat spotřebu i jiných utilit – elektrické energie, plynu, tepla z kalorimetrických jednotek nebo třeba páry v parovodech.

Obr. 1: Schéma IoT E2E systému v síti LoRaWAN, jak ji v ČR provozují České Radiokomunikace

Smart utility netvoří jen dálkové odečty

Dálkovými odečty spotřeby to zdaleka nekončí. Je třeba i další monitoring. U každé infrastruktury lze rozmístit takřka nepřeberné množství čidel a zpracování dat od těchto čidel různými matematickými metodami a korelacemi může dát naprosto perfektní představu a stavu distribuční sítě a její kvalitě (detekce úniků součtem spotřeby všech jednotlivých odběrných míst a měření průtoku celou jednou distribuční sekcí). Podobně lze odhalit neoprávněné odběry. Dalším příkladem může být pokles tlaku v potrubí nebo vznik akustické rezonance a tím identifikace závady. Může také dojít k optimalizaci tlaku v distribuční síti podle špiček odběrů – např. v noci je typicky v potrubí díky nižší spotřebě vyšší tlak, který zvyšuje riziko závady v distribuční síti nebo dokonce v jednotlivých domácnostech nebo objektech koncových uživatelů (prasknutí přívodní hadičky k toaletě ve školách). Optimalizace tlaku v potrubí by nejen předcházela podobným závadám, ale ve výsledku by také vedla k úsporám elektrické energie. Podobné jevy lze snadno identifikovat nejen u distribuce vody, ale v podstatě u každé utility. Obecně řečeno – nejprve musíte mít přehled o tom, co se v nějakém procesu děje a teprve na základě takových zjištění můžete vyvozovat, jakých lze dosáhnout optimalizací.

Trendy a další rozvoj smart utility

Prakticky všechny utilitní společnosti dnes sledují vývoj v oblasti internetu věcí a také se snaží získat praktické zkušenosti v pilotních projektech různých velikostí – od jednotek třeba až do tisíců kusů a připravují své implementační strategie. Asi nejdále jsou dnes vodohospodářské společnosti, kterým významně může pomoci partner - integrátor, který je schopen s nimi dohodnout kompletní E2E řešení – dodávku a montáž odečtových jednotek pro vodoměry, komunikaci v IoT síti, zpracování dat a v neposlední řadě i napojení na stávající CRM systémy, které vodohospodářské společnosti běžně využívají. Obecně lze tvrdit, že řešení pro vodárenské společnosti lze velmi jednoduše replikovat i do jiných oblastí – do distribuce plynu a elektřiny.  Je ale nutné brát v potaz, že každá distribuční síť má svá specifika, například legislativní požadavky a regulace trhu, jiné bezpečnostní normy, jiný provozní režim atd.

IoT má smysl, jen když přináší reálný prospěch

Každý zákazník si pokládá otázky, na které někdy složitě hledáme odpovědi. Je to ta pravá inovace?
Bude to fungovat? Jak si vybrat kvalitního partnera? Podle čeho to poznám? Asi nejsložitější fází adopce IOT technologií je nalezení funkčního řešení v podobě, ve které by dával koncovému zákazníkovi ekonomický smysl. Tento fakt je v utilitních infrastrukturách ještě markantnější, protože se jedná o dlouhodobé projekty, regulované trhy a tedy velmi konzervativní prostředí. I v něm je ale stále více zřejmé, že přidanou hodnotou IoT v distribučních sítích utilitních společností je vyšší efektivita, úspory nákladů na provoz, prevenci poruch, případně minimalizace škod, pokud již k poruchám dojde díky rychlosti informace o vzniku závady.

A kde je výhoda pro koncového zákazníka? V konečném důsledku v tom, že dostává kvalitní službu, že má přehled o svojí reálné spotřebě a může s tou informací pracovat podobně jako v distribuční soustavě. Dokáže si zmapovat, co je dominantní složkou jeho spotřeby a pokud si vyhodnotí, že je schopen tuto složku efektivně snížit, dokáže efektivně také snížit svoji spotřebu a tím i útratu. To je ale běh na ještě velmi dlouhou trať, protože to je v přímém rozporu s tím, čeho potřebuje dosáhnout distributor – maximalizovat své výnosy, tedy distribuovat a nechávat své zákazníky konzumovat co nejvíce.

Patrik Jalamudis Patrik Jalamudis, Solution IoT architect České Radiokomunikace