Conditiemonitoring van drinkwater- en ZLT-assets met Fiber Based Optics Sensing (FBOS)
Dit project onderzoekt hoe glasvezel-gebaseerde sensortechnologie (FBOS) ingezet kan worden voor het continu monitoren van drinkwater- en zeer lage temperatuur (ZLT) infrastructuur, zoals leidingen en grondwaterputten. Het doel is om vroegtijdig lekkages, vervormingen en verstoppingen te detecteren en lokaliseren, en daarmee onderhoud te verbeteren, kosten te verlagen en de levensduur van assets te verlengen. Het project richt zich op het ontwikkelen, testen en toepasbaar maken van meetmethoden en configuraties, en op het opstellen van praktische richtlijnen voor implementatie in de dagelijkse praktijk van water- en warmtebedrijven.
Aanleiding
Nederlandse drinkwaterbedrijven beheren 120.000 km leidingen en 8.000 grondwaterputten, met een vervangingswaarde van 20+ miljard euro. Hoewel de theoretische levensduur van deze infrastructuur 50+ jaar bedraagt, faalt deze in de praktijk soms vroegtijdig door zettingen, veroudering van materiaal of verstopping van putten. Zeer lage temperatuur warmtesystemen, een sleuteltechnologie in de energietransitie, kent vergelijkbare uitdagingen. Zeer Lage Temperatuur Warmtenetten (ZLT-W) en Open Bodem Energie Systemen (ZLT-OBES), maken namelijk gebruik van leidingen en putten die sterk lijken op die van de drinkwatersector bij vergelijkbare condities (<25°C).
De inspectie van conditie en functioneren vindt momenteel vooral incidenteel of periodiek plaats; continue monitoring ontbreekt. In andere sectoren wordt glasvezeltechnologie (FBOS, Fiber Bragg Grating Optical Sensors) toegepast voor (continue of periodieke) monitoring via Distributed Acoustic (DAS), Strain (DSS) en Temperature (DTS) Sensing – al dan niet voorzien van een actieve warmtebron (Active Heating; AH-DTS). Deze systemen zijn vaak duur en gericht op monitoren van andere type vloeistof, type leidingmaterialen en drukken dan gebruikelijk voor ZLT- en drinkwaterassets.
In de drinkwatersector zijn enkele pilots rond lekdetectie op leidingen uitgevoerd met wisselend resultaat t.a.v. nauwkeurigheid en detectielimiet. Technieken voor metingen aan de filterbuis van bestaande grondwaterputten (waarbij de sensor achteraf is aangebracht) zijn vooralsnog duur en onnauwkeurig. Beschikbare technieken komen niet voorbij de pilot-fase. Wat ontbreekt, is een overzicht van FBOS-oplossingen waarbij duidelijk is welke uitvoeringsvorm past bij welk assetmanagementdoel – voor zowel leidingen als putten – met aantoonbare prestaties en met duidelijke richtlijnen voor operationele realisatie en gebruik.
Doel van het project
Dit project beoogt het toepasbaar maken van FBOS voor drinkwater- en ZLT-infrastructuur. Beoogde toepassingen zijn opleveringsinspecties, monitoring, of vroegtijdig detectie en lokaliseren van lekkages en vervormingen in leidingen en verstoppingen in grondwaterputten.
Activiteiten
- Werkpakket 1, in kaart brengen van de stand der techniek, randvoorwaarden, back-of-the-envelope kosten berekening en performance-eisen voor toepassing bij de eindgebruiker
- Werkpakket 2, vinden van optimale DAS/DSS/DTS-configuraties voor het monitoren van leidingen – via numerieke modellen, experimenten (in proeftuin) en veldmetingen.
- Werkpakket 3, in kaart brengen van neveneffecten van glasvezelkabels in leidingen – via labproeven.
- Werkpakket 4, ontwikkelen van een nieuw type glasvezel gebaseede flowsenor in putten (FOPUT)– via modellen en labproeven.
- Werkpakket 5, vinden van optimale AH-DTS configuraties voor het monitoren van putten – via numerieke modellen, experimenten (in proeftuin) en veldmetingen.
- Werkpakket 6, opstellen van user cases (kosten en baten van FBOS) en richtlijnen voor praktische toepassing van FBOS, integratie in de dagelijkse bedrijfsvoering (werkprocedures) en assetbesluitvorming door eindgebruikers.
Resultaat
- Meettechniek: Proof-of-concept voor een glasvezelkabel voor het meten van toestroming in putten met een techniek die gebruik maakt van akoustische puntsensoren die utrageluid kunnen uitzenden en ontvangen (Fiber Optic Ultrasound Transducer, ook wel FOPUT).
- Configuratie: Inzicht in de optimale configuratie, plaatsing en meetnauwkeurigheid van FBOS bij leidingen en putten.
- Risico’s: Inzicht in mogelijke gevolgen van glasvezels op nagroei in de leiding en bemoeilijken van onderhoud.
- Toepassing: Richtlijnen voor haalbaarheidsstudies (o.a. kosten), ontwerp, aanleg, gegevensverwerking en gebruik van FBOS in besluitvorming van drinkwater en ZLT-assets.
- Effectiviteit: Evaluatie van de verkregen inzichten van FBOS bij een proeftuin van een waterbedrijf en op praktijkschaal in drinkwaterleidingen en putten.
Beoogde impact
Tijdig onderhoud voorkomt kosten; FBOS maakt tijdige detectie van problemen mogelijk, ook als nulmeting bij oplevering van nieuwe assets ter referentie van toekomstige periodieke inspecties. Wereldwijd gaat jaarlijks $14 miljard verloren aan lekkend water, en lopen nationale opgaves voor het onderhoud van verouderende waterinfrastructuur op tot honderden miljarden euros.
Ook bij grondwaterputten kan FBOS waarde bieden als tijdens aanleg en regeneratie real-time kan worden vastgesteld of reiniging effectief is, wat aanleg- en onderhoudskosten verlaagt, de capaciteit verhoogt en de levensduur verlengt. Dit is relevant gezien de hoge vervangingswaarde van putten (€250k). Grondwaterputten worden wereldwijd ingezet.
Dit project ondersteunt warmte- en waterbedrijven bij keuzes rond aanleg van FBOS bij nieuwe infrastructuur en leveranciers bij het formuleren van nieuwe diensten. De resultaten zijn ook deels toepasbaar in leidingsystemen voor industriewater of riolering.
- KWR (penvoerder)
- Vitens
- Brabant Water
- Evides
- De Ruiter Boringen
- Wiertsema
- Fluves
- Fiberflux
- Silixa Nederland
- Inventec
- Felten Wire & Cable Solutions B.V.
- Metinco
- TNO