La determinazione della domanda idrica di utenza
nell’era
degli smart meter
Severino Borrini, Eugenio Nania, Eleni Maria Michailidi, Carmine Tranfa, Francesco Barsotti
Servizio Innovazione e Sviluppo di Gaia SpA
Con la crescente diffusione degli smart meter e della telelettura ad elevata frequenza di trasmissione, i gestori idrici sono oggi nelle condizioni di poter studiare, con maggiore dettaglio, la domanda idrica dell’utenza sia in termini spaziali (attraverso la georeferenziazione dei contatori stessi) che temporali (con l’esatta determinazione dei pattern, coefficienti moltiplicativi della portata media erogata).
Di seguito vengono esposti i primi risultati dell’analisi statistica della domanda idrica dell’utenza effettuata in alcuni comuni gestiti da Gaia SpA, società a capitale pubblico, gestore del servizio idrico integrato nella conferenza territoriale n.1 “Toscana Nord”, nei quali è stato installato un significativo numero di contatori intelligenti, in grado di trasmettere (mediante tecnologia wireless LPWAN Low Power Wide Area Network) dati del consumo idrico più volte al giorno.
La domanda idrica
La domanda idrica è una variabile influenzata da molteplici fattori: la tipologia delle utenze, la tariffa applicata, la pressione disponibile in rete, etc. La sua determinazione non è mai stata un’operazione semplice e priva di errori.
Infatti, fino a poco tempo fa, nella maggior parte dei
casi, si avevano a disposizione soltanto poche letture all’anno effettuate ai contatori, finalizzate alla fatturazione della risorsa stessa, non sufficienti a caratterizzare il reale andamento temporale del consumo.
Esistono poi procedure più o meno complesse per stimarne l’effettivo andamento della singola utenza o di gruppi aggregati. Nella pratica sono utilizzate, per semplicità di calcolo, due differenti metodologie: la prima consiste nel ricavare il pattern a partire dall’idrogramma registrato dai misuratori di portata in ingresso al distretto idrico, epurandolo della componente dovuta alle perdite, ed effettuando quindi una normalizzazione; il secondo consiste nell’imporre a priori, in base alla tipologia di utenza, dei coefficienti moltiplicativi alla portata media per tenere conto del mese, del giorno della settimana o della fascia oraria nella singola giornata.
Con la diffusione degli smart meter e della telelettura ad elevata frequenza di trasmissione è possibile oggi monitorare l’effettivo andamento del consumo idrico all’utenza e studiare nel dettaglio la “domanda idrica”, che può essere considerata, in assenza di fattori limitanti, coincidente al consumo rilevato.
Rilevante è la possibilità di valutare, per interi distretti di studio, sia il cosiddetto consumo legittimo notturno (componente che di norma è soltanto stimata attraverso formule di letteratura o addirittura, erroneamente, inglobata nelle perdite reali di rete) che le portate durante le ore di maggiore consumo, studiandone nello stesso tempo la variabilità in funzione dei giorni della settimana o dei mesi dell’anno.
Metodologia di calcolo adottata per la determinazione del pattern di domanda
La metodologia di calcolo adottata per la determinazione del pattern di consumo è, da un punto di vista puramente matematico, molto semplice. Ciò che la rende interessante è la possibilità di poter lavorare con un numero significativo di dati affidabili.
Per ogni tipologia di utenza (domestico residenziale, domestico non residenziale, commerciale, industriale, etc), le letture del volume totalizzato (trasmesse dai contatori smart anche con frequenza inferiore ad una ora) sono trasformate in portate orarie.
Per ogni giorno dell’anno, ad ogni ora, è nota la portata erogata al singolo utente e alle utenze complessive di ogni tipologia.
Dividendo quest’ultimo dato per la portata totale giornaliera erogata, è possibile ricavare i coefficienti orari costituenti il pattern di domanda per la tipologia di utenza in esame.
In termini matematici, indicando con
Utenti di tipo “domestico-residenziali”
Utenti di tipo “domestico-residenziali” con smart meter in telelettura fissa
la portata erogata, alla j-sima ora della giornata, all' i-simo utente della tipologia di utenza in esame
la portata complessiva erogata alla j-sima ora
la portata complessiva erogata nella giornata
Coefficiente alla j-sima ora, costituente il pattern di domanda per la tipologia di utenza in esame
4’656 (38% del totale) (fig.1)
4’774 (54% del totale) (fig.2)
Fig.1: Distribuzione di contatori di utenza nel comune di Camaiore
Fig.2: Distribuzione di contatori di utenza nel comune di Pietrasanta
Comune Camaiore
Giorno medio Giorni feriali Giorni festivi e pre-festivi
Ora coefficiente Std Dev. coefficiente coefficiente
[00:00 – 01:00]
[01:00 – 02:00]
[02:00 – 03:00] 0.31 0.04 0.30 0.32
[03:00 – 04:00]
[04:00 – 05:00]
[05:00 – 06:00] 0.38 0.06 0.39 0.34
[06:00 – 07:00]
[07:00 – 08:00]
[08:00 – 09:00]
[09:00 – 10:00]
[10:00 – 11:00]
[11:00 – 12:00]
[12:00 – 13:00]
[13:00 – 14:00]
[14:00 – 15:00]
[15:00 –
–
– 18:00]
[18:00 –
–
–
[21:00 – 22:00]
[22:00 – 23:00]
[23:00 – 24:00]
Conoscendo l’andamento orario della portata erogata risulta possibile studiare il consumo idrico alle varie scale temporali (settimanale, mensile, etc) e in altri particolari scenari.
Lo studio di Gaia SpA
Di seguito vengono illustrati i dati riferiti alle utenze di tipo “domestico-residenziale” dei comuni di Camaiore e Pietrasanta, nella provincia di Lucca, rilevati a partire da aprile 2024 (periodo in cui si è iniziato ad avere significative installazioni di smart meter e contestuale raccolta dati attraverso rete Low Power Wide
Area Network con tecnologia Mioty). Seguendo la metodologia decritta precedentemente, si riportano nelle tabelle 1 e 2, e nelle figure 3, 4, 5 e 6, i coefficienti di ripartizione orari ottenuti. In particolare, nella colonna 1 delle tabelle è illustrato il valore medio dei coefficienti orari (con la relativa deviazione standard) valutato su tutte le giornate del periodo esaminato, nella colonna 2 quello medio valutato nei giorni feriali e nella 3 quello nei giorni festivi e prefestivi. Un’ulteriore analisi riguarda la variazione del consumo nei diversi giorni della settimana. I risultati sono illustrati nella tabella 3 e nella figura 7.
Tab.1: Coefficienti orari utenza “domestico-residenziale” - comune Camaiore
Fig.4: Coefficienti orari nel periodo feriale e in quello festivo e prefestivo - comune Camaiore
Fig.3: Coefficienti orari utenza “domestico-residenziale” - comune Camaiore
Giorno medio Giorni feriali Giorni festivi e pre-festivi
Ora coefficiente Std Dev. coefficiente coefficiente
[00:00 – 01:00]
[01:00 – 02:00]
[02:00 – 03:00]
[03:00 – 04:00]
[04:00 – 05:00]
[05:00 – 06:00]
[06:00 – 07:00]
[07:00 – 08:00]
[08:00 – 09:00]
– 11:00]
[11:00 – 12:00]
–
– 14:00]
[14:00 – 15:00]
–
–
[17:00 –
–
–
[20:00 –
–
[22:00 – 23:00]
[23:00 – 24:00]
Dai risultati ottenuti è possibile effettuare le seguenti considerazioni:
• I valori orari ricavati non si discostano in maniera rilevante dai dati di letteratura relativi a centri abitati di piccole dimensioni come quelli in esame. L’utenza civile è infatti caratterizzata da una curva di consumo che presenta un punto di minimo durante le ore notturne e tre massimi in corrispondenza del mattino, del primo pomeriggio e della sera.
• Il primo massimo (picco mattutino) si presenta tra le 08:00 e le 09:00; il secondo (picco pomeridiano) tra le ore 13:00 e le 14:00 e il terzo (picco serale) tra le ore 19:00 e le 20:00.
• Il picco serale (circa 1.7 nel comune di Camaiore e circa 1.6 nel comune di Pietrasanta) è, in valore assoluto, quello più elevato nella giornata.
• Nei giorni festivi e prefestivi non si ha evidenzia del massimo relativo pomeridiano e si rilevano soltanto il picco mattutino (traslato tra le ore 09:00 e le 10:00) e quello serale (sempre tra le ore 19:00 e le 20:00).
• Il coefficiente minimo (0.29 nel comune di Camaiore e 0.31 nel comune di Pietrasanta) si presenta tra le ore 03:00 e le 04:00. Si tratta di valori leggermente superiori a quelli attesi ma molto importanti, in
Comune Pietrasanta
Tab.2: Coefficienti orari utenza “domestico-residenziale” - comune Pietrasanta
Fig.6: Coefficienti orari nel periodo feriale e in quello festivo e prefestivo - comune
Pietrasanta
Fig.5: Coefficienti orari utenza “domestico-residenziale” - comune Pietrasanta
quanto consentono di valutare con maggiore precisione il cosiddetto consumo legittimo notturno (componente che è di norma soltanto stimata attraverso formule di letteratura).
• Dalle analisi del consumo rilevato nei vari giorni della settimana si riscontra che il consumo domestico più elevato avviene, come atteso, nel fine settimana e, inaspettatamente, il lunedì; mentre quello più basso è rilevato nei giorni centrali della settimana.
Sviluppi futuri dello studio
Il lavoro finora svolto è in fase iniziale. Nell’immediato futuro, con l’acquisizione sempre maggiore di dati, le analisi saranno estese in tutto il territorio gestito a tutte le tipologie di utenze e sarà possibile studiare, con maggiore dettaglio, la variabilità della domanda a diverse scale temporali.
Inoltre, le analisi saranno effettuate ad intervalli di
tempo inferiori all’ora, questo in quanto l’utilizzo del pattern orario, pur semplificando la procedura di calcolo, sottostima, a volte in modo significativo, il picco della domanda.
Particolare attenzione sarà posta allo studio della domanda idrica nel periodo estivo, di notevole importanza per un territorio come quello di Gaia SpA, caratterizzato da una notevole fluttuazione stagionale legata al turismo.
La rilevazione accurata del consumo idrico permetterà di valutare la variazione della domanda al variare di alcune condizioni al contorno (quali ad esempio la pressione della rete, la temperatura esterna, etc.).
Inserendo nel modello matematico della rete tutte le informazioni acquisite, sarà possibile definire con maggiore dettaglio gli scenari futuri a breve e medio termine, anticipando il comportamento della rete nelle situazioni più critiche.
Comune Camaiore Pietrasanta
Fig.7: Coefficienti settimanali
Tab.3: Coefficienti di ripartizione per i vari giorni della settimana