PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

A SCUBIC continua comprometida em desenvolver soluções inovadoras para enfrentar os desafios em constante evolução do nosso mundo dinâmico



I-RETIS-ÁGUA

Rumo a operações integradas de redes de água inteligentes em tempo real.


O principal objetivo deste projeto é desenvolver e implementar uma solução computacional capaz de gerenciar de forma automática, eficiente e eficaz qualquer WDS.

A METODOLOGIA PROPOSTA PRETENDE

(i) encontrar a operação diária ideal do WDS (transformando-o num sistema inteligente), enquanto


(ii) tendo em conta a energia fornecida pelas FER, o preço dinâmico da energia do fornecedor de eletricidade e os insumos da reserva de regulação do mercado de eletricidade (EMRR), minimizando assim os custos operacionais do WDS.


PACOTES DE TRABALHO

IMPACTO E ORIGINALIDADE

Desenvolvimento de um sensor de baixo custo com tecnologia de comunicação em malha, cuja informação em tempo real se traduzirá em big data de acesso aberto, informação que atualmente não existe em Portugal.

Caracterização inovadora do comportamento do WDS usando técnicas de inteligência artificial, permitindo modelagem precisa do WDS.

Correção de eficiência em tempo real usando um controlador de operação de bomba adaptável.

Utilização de previsões de produção de energia renovável local (solar e eólica) para atender às necessidades energéticas do WDS e garantir sua operação eficiente.

Desenvolvimento de um modelo automático abrangente e em tempo real para determinar a operação mais eficiente do WDS, integrando de forma inteligente e bidirecional diferentes tipos de DSM, como DP, RES e EMRR.

Implementação de um sistema operacional inteligente em um WDS real. Aumento da eficiência e gestão energética em empresas de água portuguesas, reduzindo custos em até 15%.

DESENVOLVIMENTO E IMPLEMENTAÇÃO

Monitoramento em tempo real e gerenciamento de fluxo de pressão de um WDS usando sensores de rede mesh avançados e integrando uma estrutura de big data.

Algoritmos estatísticos e de aprendizagem de máquina redundantes para anomalias em tempo real, detecção de vazamentos de água e conscientização do sistema. De fato, o uso de técnicas de inteligência artificial, informações de pressão em tempo real e dados históricos pode levar a algoritmos preditivos eficazes.

Metodologias robustas para previsão da demanda de água e modelagem e simulação hidráulica utilizando técnicas de aprendizado profundo (DL) e controle adaptativo, otimizando a eficiência energética de todo o Sistema de Monitoramento de Água (SAM). O uso de técnicas de inteligência artificial (IA) para reproduzir o comportamento hidráulico de um SAM não é limitado por modelos matemáticos preestabelecidos nem requer procedimentos de calibração complexos.

Utilização de previsões de produção de energia renovável local (solar e eólica) para atender às necessidades energéticas do WDS e garantir sua operação eficiente.

Implementação de um sistema operacional inteligente em um WDS real. Aumento da eficiência e gestão energética em empresas de água portuguesas, reduzindo custos em até 15%.

EQUIPE SCUBIC

Bruno Abreu

Investigador

Miguel Oliveira

Investigador

Mariana Alão

Investigador

Carlos Oliveira

Investigador

EQUIPE I-RETIS-WATER

A. Andrade-Campos

Investigador Principal

Ana Reis

Investigador

Marlene Brás

Investigador

Ana Sousa

Investigador

Tiago Pereira

Investigador

Sara Mota

Investigador

Flávio Silva

Investigador

Iago Freitas

Investigador

Guilherme Borges

Investigador

Júlio Monteiro

Investigador

João Lima

Investigador

Jorge Júnior

Investigador

RESULTADOS

  • Conferências

    The 5Th International Conference on Water Economics, Statistics and Finance/The International Conference on Rethinking Treatment with Asset Management -  International Water Association (IWA) 

    Porto, 22-24 Setembro de 2021

    • "Water distribution costs optimization with Smart Digital Twins: a Case study"

    - Bruno Abreu, Ana Reis, A. Andrade-Campos, et. al

    • "Moving towards energy neutrality by optimizing the energy mix in the water sector: the INOVA case study"

    - Ana Reis, A. Andrade-Campos, André Antunes, et. al

    • "Towards energy and costs efficiency: the analysis and control of discharge pumps in wastewater treatment plants"

    - Mariana Alão, Ana Reis, André Antunes, et. al

    • "On the use of machine learning algorithms to model and reduce energy costs of water supply systems"

    - K. Bastos, A. Andrade-Campos, C. ferreira, et. al

    • "The use of variable speed drives to reduce energy and costs in water supply systems – analysis, discussion, and validation"

    - L. Lopes, A. Andrade-Campos, A. Antunes, et. al



    5th International Conference on Technologies for the Wellbeing and Sustainable Manufacturing Solutions – University of Aveiro

    Aveiro, 27 Maio de 2022


    • "Integrating the Water-Energy Nexus in Water Supply Systems optimization"

    - Ana Reis, A. Andrade-Campos, Carlos Henggeler Antunes, et. al

    • "Towards interpretable Machine Learning Hydraulic Simulation Models"

    - Catarina G. Ferreira, Ana Reis, A. Andrade-Campos

    • "Towards energy sustainability and cost reduction of Water Supply Systems through operational optimization methodologies"

    - Marlene Brás, Ana Moura, A. Andrade-Campos


    Congress on Numerical Methods in Engineering 2022

    Las Palmas de Gran Canaria, 12-14 setembro 2022

    • "On the benefits of demand side management in Water Supply System"

    - Ana Reis, A. Andrade-Campos, Carlos Henggeler Antunes, et. al

    • "Towards energy sustainability and cost reduction of water supply systems through operational optimization methodologies: a comparative study of problem formulations"

    - Marlene Brás, Ana Moura, A. Andrade-Campos


    6th International Conference on Technologies for the Wellbeing and Sustainable Manufacturing Solution  – University of Aveiro

    Aveiro, 25-26 Maio 2023

    • "Smart water supply systems operation with optimization strategies and analytical sensitivity approach"

    - Ana Luís Sousa, A. Andrade-Campos

    • "Machine Learning models for prediction and optimization of water supply networks"

    - Sara Mota, Tiago Pereira, A. Andrade-Campos

    • "Pump-storage optimization in Water Supply System: A case study"

    - Flávio Silva, Ana Reis, A. Andrade-Campos

    • "Enhancing Water Supply Systems operations with Smart Predictive Digital Twins and Real-time Orchestration in Multiservice Frameworks"

    -Tiago Pereira, A. Andrade-Campos



    VII ECCOMAS Young Investigators Conference

    Porto, 19-21 Junho 2023

    • "Cost Reduction of Water Supply Systems Through Optimization Methodologies: A Comparative Study of Pump Scheduling Problem Formulations"

    - Marlene Brás, Ana Moura, António Andrade-Campos

    • "Energy storage using a hydraulic system a pump storage computational model"

    - Flávio Silva, António Andrade-Campos

    • "A Mixed-Integer Nonlinear Programming Model for Integrated Management of Resources in Water Supply Systems"

    - Ana Reis, A. Andrade-Campos, Carlos Henggeler Antunes, et. al

    • "On the use of Machine Learning models for prediction and optimization of water supply networks"

    - Sara Mota, António Andrade-Campos

    • "Smart predictive digital twin in multiservice architecture for water supply systems"

    - Tiago C. Pereira, Ana L. Reis, A. Andrade-Campos

    • "On the Computational Efficiency of Optimisation Techniques on the Water Supply Systems Operation"

    - Ana Luís Sousa, A. Andrade-Campos



    Research Summit 2023

    Aveiro, 12-14 Julho 2023

    • "Smart predictive digital twins and multiservice orchestration for real-time streamlining of water supply systems"

    - Tiago C. Pereira, A. Andrade-Campos

    • "Cost Efficiency of Water Supply Systems Through Optimization Methodologies"

    - Marlene Brás, Ana Moura, António Andrade-Campos



    6th European Conference on Industrial Engineering and Operations Management 2023

    Lisboa, 18-20 Julho 2023

    • "Cost Reduction of Water Supply Systems Through Optimization Methodologies: A Comparative Study of Optimization Approaches"

    - Marlene Brás, Ana Moura, António Andrade-Campos


    Optimization 2023

    Aveiro, 24-26 Julho 2023

    • "Cost Efficiency of Water Supply Systems Through Optimization Methodologies"

    - Marlene Brás, Ana Moura, António Andrade-Campos



    Efficient 2023 – Urban Water Management

    Bordéus, 13-15 Setembro 2023

    • "An optimization framework to assess the demand-side-management capacity of a Water Supply System"

    - Ana Reis, A. Andrade-Campos, Carlos Henggeler Antunes, et. al


    • "Efficient starting conditions for periodic and seasonal operations: the case of water supply systems"

    - A. Andrade-Campos


    • "Smart Predictive Digital Twin for Water Supply Systems with uncertainties control"

    - Tiago C. Pereira, A. Andrade-Campos


    • "Cost Reduction of Water Supply Systems Through Optimization Methodologies"

    - Marlene Brás, Ana Moura, António Andrade-Campos


    • "Water supply systems: an analytical sensitivity analysis and optimization approach for an efficient operation"

    - Ana Luís Sousa, A. Andrade-Campos


  • Teses de Mestrado e Doutoramento

    • A. Reis, "Integrating the Water-Energy Nexus in Water Supply Systems Optimization", Doctoral Program on Sustainable Energy Systems (SES|EfS), INESC Coimbra, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Coimbra, Portugal. On Going.

    • M. Brás, "Energy sustainability of water supply systems through optimization methodologies", Doctoral Program in Mechanical Engineering, University of Aveiro, On Going.

    • T. Pereira, "Development and Analysis of Smart Predictive Digital Twins for Water Supply Systems". Doctoral Program in Mechanical Engineering, University of Aveiro. On going.

    • S. Mota, "Machine Learning Model Analysis for Prediction and Optimization of Water Supply Systems", Masters in Sustainable Energy Systems. On Going. 

    • Júlio Monteiro, "Desenvolvimento de sensores de pressão e sistema de telemetria para Sistemas de Abastecimento de Água".  On going.

    • Guilherme Borges, "Application of a reinforcement learning model to control a water distribution network". On going.

    • Iago Freitas, "Gestão operacional de um sistema de abastecimento de água através dos níveis dos depósitos". On going.

    • F. Silva, "Optimization of Water Supply Systems with Pump Storage". Masters in Sustainable Energy Systems, University of Aveiro. Concluded. Available at https://ria.ua.pt/handle/10773/39222

    • J. Lima, "Development of Portable Mist MAchine for Extremely Hot Days", Masters in Mechanical Engineering, University of Aveiro. Concluded. 

    • A. Luís Sousa, "Sensitivity analysis of water supply systems hydraulic models". Master in Mechanical Engineering, Universidade de Aveiro, 2022. Concluded. Available at http://hdl.handle.net/10773/34930 

    • Carlos M. Basílio Oliveira, "Towards a scalable Software Architecture forWater Utilities’ Decision Support Systems", Master in Software Engineering, Universidade de Aveiro, 2022. Concluded. Available at https://ria.ua.pt/handle/10773/35187 

    • Oliveira, Ricardo M.Brito," Desenvolvimento de um sistema de baixo-custo para medição de pressão e comunicação de dados nos sistemas de abastecimento de água" Concluded. Available at https://ria.ua.pt/handle/10773/32522

     

    • Bastos, Nelson K. das Neves, "Análise de modelos machine learning para previsão e otimização do comportamento de redes de abastecimento de água". Concluded. Available at https://ria.ua.pt/handle/10773/32168

     

    • Santos, Inês Vilela dos, "Towards a predictive maintenance methodology of hydraulic pumps". Concluded. Available at https://ria.ua.pt/handle/10773/31362

  • Participação em Feiras e Eventos

    • Aquatech Amsterdam, Bruno Abreu, Henrique Lavrador, Gotas Digitais, https://www.aquatechtrade.com/amsterdam

    Amesterdão, 2-5 Novembro 2021


    • European Smart Water Utilities – Next generation of Smart Water Technologies, Bruno Abreu, Gotas Digitais, https://www.smart-water-utilities.com/

    Amesterdão, 12-13 Setembro 2022


    • XV Encuentro Ibérico - Parque Científico y Tecnológico de Tenerife (PCTT), Bruno Abreu, Gostas Digitais, https://www.apte.org/xv-encuentro-iberico 

    Tenerife, 22-23 Novembro 2022


    • 32º Congresso brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Bruno Abreu e Miguel Oliveira, Gostas Digitais, https://congressoabes.com.br/ 

    Belo Horizonte, 21-24 Maio 2023



  • Artigos Publicados

    • "Cost-Efficient Algorithms for a Pump Horizon Control in Water Supply System", Journal of Water Resources Planning and Management, Marcelo Manteigas et al., available at https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001491, published on 22nd October 2021, promoted by Universidade de Aveiro

    • "A review of operational control strategies in water supply systems for energy and cost efficiency", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Ana L. Reis et al., available at https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.113140, published on 11th January 2023, promoted by Universidade de Aveiro

    • "A review of operational control strategies in water supply systems for energy and cost efficiency", Journal of Water Resources Planning and Management, Ana Luís Sousa et al. , submitted, promoted by Universidade de Aveiro

    • "Cost-efficient pump operation in water supply systems considering demand-side management", Journal of Water Resources Planning and Management, Ana L. Reis et al., submitted, promoted by Universidade de Aveiro

    • "On the operational optimization of pump storage in water supply systems", Hydroinformatics, Flávio Silva et al., submitted, promoted by Universidade de Aveiro

  • Divulgação Pública de Resultados

    Departamento de Ambiente e Ordenamento

    Universidade de Aveiro

    7th June 2023


    • Smart Predictive digital Twins, A. Andrade-Campos, 2023, Available at https://www.youtube.com/watch?v=yBu4zPqIdFA

    • Monitoring and Operation of Water Supply System with Smart Predictive Digital Twin, Tiago Pereira, 2023, Available at https://youtu.be/r5SYWvcbHvw

    • Smart Sensorization in Water Supply System, F. Loureiro e J. Monteiro, 2023, Available at https://youtu.be/-xQwkf35xtM

    • Artificial Intelligence in Water supply systems, Guilherme Borges, Sara Mota and Tiago Pereira, 2023, Available at https://youtu.be/FC-fG_PONIc

    • Efficient pathway to low-carbon energy use by water supply utilities, Ana L. Reis, 2023, Available at https://youtu.be/T6g62mhSj-8

    • Cost Efficiency of Water Supply Systems through Optimization Methodologies, Brás, Sousa, Freitas, 2023, Available at https://youtu.be/_pzyk_oaTP0