Zusammenarbeit belohnt Wasserversorger

Mark Twain hat einmal gesagt: „Whisky ist zum Trinken da und Wasser ist zum Streiten da!“ Aber was wäre, wenn Kooperationen mehr Vorteile bringen würden als der Alleingang, wenn es um städtische Wasserversorger geht?

Eine neue Studie zur Wasserversorgung im North Carolina Research Triangle ergab, dass Vereinbarungen zwischen Wasserversorgern dazu beitragen können, ihre Risiken zu mindern.

Die Forschung verwendete Supercomputerzuweisungen auf dem Stampede2-System des Texas Advanced Computing Center, die von der Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) vergeben wurden, die von der National Science Foundation finanziert wird.

Die Ergebnisse sind überall dort verallgemeinerbar, wo Wasserversorger regionale Wasserressourcen unter Nutzern verteilen, die mit Herausforderungen in Bezug auf Angebot und Nachfrage und bei der erschwinglichen Finanzierung von Infrastrukturverbesserungen konfrontiert sind.

„Wir haben festgestellt, dass die Zusammenarbeit zwischen Versorgungsunternehmen sowohl für ihre Wasserversorgung als auch für ihre finanziellen Bedürfnisse im Vergleich zu einer traditionelleren unabhängigen Planung und Verwaltung von Vorteil sein könnte“, sagte David Gorelick, wissenschaftlicher Mitarbeiter als Postdoktorand an der University of North Carolina, Chapel Hill. Gorelick ist Mitarbeiter des Center on Financial Risk in Environmental Systems, Department of Environmental Sciences and Engineering, Gillings School of Global Public Health.

Die Studie wurde im März 2022 in veröffentlicht Wasserressourcenforschungeine Zeitschrift der American Geophysical Union.

Die Autoren begannen mit einem Rechenmodell, das sie zusammen mit regionalen Versorgungsunternehmen in North Carolina entwickelt hatten.

„Ihre Teilnahme gibt uns großes Vertrauen, dass unsere Ergebnisse zumindest dazu verwendet werden, ihr Verhalten zu informieren und dazu beizutragen, einige bedeutendere Fallstricke zu vermeiden, wenn es darum geht, große, langfristige Finanzentscheidungen in Höhe von hundert Millionen Dollar in Bezug auf die Wasserinfrastruktur zu treffen, wie z als neue Stauseen oder Kläranlagen“, sagte Gorelick.

Das Modell simuliert genau ihr Risikomanagement und ihre langfristigen Infrastrukturplanungsentscheidungen bis 2060.

„Diese Arbeit ist ohne die Supercomputing-Ressourcen von XSEDE nicht möglich“, sagte der Co-Autor der Studie, David Gold, ein Ph.D. Kandidat am Department of Civil and Environmental Engineering der Cornell University.

Gold und Kollegen bewerteten das Wasserversorgungssystem des North Carolina Research Triangle mit etwa zwei Millionen Einwohnern, das von Chapel Hill, Durham und Raleigh begrenzt wird, über Millionen von zukünftigen Staaten bis 2060. Dies ermöglichte die Entdeckung von Wassermanagementstrategien, die robust sind eine breite Palette von zukünftigen Bedingungen.

„Ohne Supercomputing-Fähigkeiten fliegen wir blind in Bezug darauf, wie das Wasserversorgungssystem auf verschiedene Arten von Unsicherheiten reagiert, sei es das Bevölkerungswachstum oder der Klimawandel“, sagte Gold.

„Es war sehr umfangreich für uns, Stampede2 nutzen zu können“, fügte Gold hinzu. „Wenn wir versuchen würden, diese Simulationen auf unserem Desktop auszuführen, würden wir über 15 Jahre brauchen, um alle Simulationen, die wir mit Stampede2 durchgeführt haben, innerhalb weniger Stunden durchzuführen.“

Auf diese Weise wurde unter Verwendung der stochastischen Simulationssoftware WaterPaths, einem Planungs- und Verwaltungstool für Versorgungsleitungen, ein Berechnungsmodell der Region im Versorgungsmaßstab entwickelt. Das Ausfallrisiko wurde basierend auf der Kapazitätsdynamik von Stauseen entwickelt, die sich je nach hydroklimatischen Bedingungen, menschlichen Anforderungen und Managemententscheidungen ändert, die wöchentliches Portfoliomanagement mit langfristigen jährlichen Infrastrukturinvestitionen kombinieren.

Zu den Risiken von Inter-Utility-Vereinbarungen gehören das Risiko eines asymmetrischen Partnerwachstums oder die Inflexibilität der Vertragsstruktur selbst, um auf das Auf und Ab von Angebot und Nachfrage zu reagieren.

Interessanterweise stellten die Autoren die Hypothese auf, dass flexiblere Vereinbarungen den Partnern mehr zugute kommen könnten, indem sie ihnen ermöglichen, sich an sich ändernde Bedingungen anzupassen.

„Tatsächlich haben wir festgestellt, dass Versorgungsunternehmen in diesen Fällen einem höheren finanziellen Risiko ausgesetzt waren“, sagte Gorelick. Die Studie ergab, dass Versorgungsunternehmen bei weniger flexiblen Vereinbarungen darauf beschränkt sind, ihre eigenen Risiken zu mindern. Wenn Vereinbarungen jedoch im Laufe der Zeit aktualisiert werden können, ist jeder Energieversorger den Risiken und Unsicherheiten seiner Partner stärker ausgesetzt.

„Wir haben festgestellt, dass Zusammenarbeit eine gute Sache ist. Aber die Art und Weise, wie Zusammenarbeit stattfindet, kann für Wasserversorger sehr wichtig sein und damit auch für die Wassergebühren, die wir alle zahlen, um unsere Wasserrechnungen zu erhalten“, sagte Gorelick.

Ein einfaches Beispiel für eine Vereinbarung, die in der Arbeit untersucht wurde, war eine feste Zuteilungsvereinbarung, wie die für einen neuen Speicher oder eine neue Kläranlage. Da Kommunen und Kommunalverwaltungen in den USA interlokale Vereinbarungen treffen können, können Versorgungsunternehmen zusammenarbeiten und von Anfang an feste Speicher- oder Behandlungskapazitäten in einem gemeinsamen Projekt zugeteilt bekommen.

Wenn ein Energieversorger beispielsweise 20 % der Entwicklung dieser Anlage bezahlt, darf er 20 % seiner Kapazität nutzen.

„Warum diese Art von Vereinbarungen wichtig sind und warum wir in dieser Studie mindestens ein paar davon testen wollten, ist, dass die Vereinbarungen weit verbreitet und von Ort zu Ort sehr anpassbar sind“, sagte Gorelick.

Bisher gab es nur sehr wenige Forschungsanstrengungen, um ihre Leistung in Bezug auf die Versorgungsversorgung und die finanziellen Objekte zu bewerten.

Gold sagte: „Heute stehen unsere Wassersysteme vor größeren Herausforderungen als je zuvor. Aber wir haben auch Werkzeuge, die wir in Form von Supercomputern noch nie zuvor hatten. Durch die Verwendung von Ressourcen, wie sie bei XSEDE verfügbar sind, können wir nivellieren Wenn wir über die Herausforderungen und Unsicherheiten nachdenken, die sich aus dem Bevölkerungswachstum und dem Klimawandel ergeben, ermöglichen uns diese Computerressourcen einen Einblick in die potenziellen Auswirkungen dieser Veränderungen und die Unterstützung bei der Entwicklung nachhaltiger Managementstrategien, die unsere Wasserversorgung zuverlässig halten können für die kommenden Jahre.“