Slimme meters met Long Range draadloze radiotechnologie

In het kader van de ‘Open Call Concepten voor een efficiënt waterbeheer’ van VITO en het Vlaams Kenniscentrum Water (Vlakwa) is LH2ORA één van de innovatieve demonstratieprojecten.

Trefwoorden: #draadloos, #draadloze radiotechnologie, #LH2ORA, #LoRa, #Low Range transmitter, #radiotechnologie, #VITO, #VLAKWA

Lees verder

pumps_art

Download het artikel in

ENGINEERINGNET.BE - Slimme watermeters worden er gekoppeld aan sensoren die met LoRa (Long Range) draadloze radiotechnologie zijn uitgerust.

Deze ondersteunt draadloze communicatie over een afstand van twee kilometer, waardoor ze onder meer kan worden gebruikt om lekken in waterleidingen te detecteren. Maar de LoRa-oplossing heeft nog veel meer in haar mars...

Om bedrijven met innovatieve technologieën, producten of concepten bij hun stap naar valorisatie ondersteuning te bieden, lanceerden VITO en Vlakwa in 2014 een nieuwe Open Call. Uiteindelijk werden de projecten van zeven consortia geselecteerd om met overheidssteun te worden gerealiseerd.

Eén ervan is LH2ORA, waarbij smart metering zowel bij de huishoudelijke als industriële klanten en binnen het waterdistributienetwerk wordt uitgetest.

Dat Vlakwa en VITO precies dit project goedkeurden, heeft enerzijds met het innovatieve karakter te maken en anderzijds met de opportuniteit voor Vlaanderen om lekverlies te reduceren. Belangrijk, aangezien ondergrondse lekken niet alleen tot heel wat financieel en waterverlies leiden, maar ook de veiligheid in het gedrang kunnen brengen, bijvoorbeeld omdat er verzakkingen in het wegdek ontstaan.

Veerle Depuydt, Consultant van Vlakwa: «De LoRa-technologie heeft heel veel in haar mars. Deze innovatie biedt opportuniteiten voor zowel de drinkwaterbedrijven als de eindgebruikers. Zo kunnen drinkwaterbedrijven vroegtijdig lekken in hun drinkwaterdistributienetwerk detecteren. Wanneer ze in dergelijke technologie investeren, kunnen ze op termijn ook op de uitlezing van meterstanden op afstand overstappen. Afnemers kunnen dan weer vroegtijdig worden gecontacteerd wanneer grote waterverbruiken worden vastgesteld. Nu beseffen ze immers pas bij het ontvangen van de drinkwaterfactuur dat er een lek is.»

Beter dan wat er al bestaat
Op het eerste zicht zou u denken: smart meters zijn toch niet zo innovatief? Inderdaad, er bestaan al oplossingen voor drinkwaterbedrijven, zoals de wireless M-bus, die standaard in meters is ingebouwd.

Uyttendaele: «Het grote probleem is dat de actieradius van deze oudere, bestaande oplossingen erg beperkt is: maximaal honderd meter binnenshuis. En dat is onvoldoende om een voldoende grote dekkingsgraad te bekomen die ook economisch voldoende voordelen biedt. Tweede probleem: er is extra bekabeling nodig - vaak in kelders - om de voeding naar deze oudere technologieën te voorzien. Dit betekent dat de betrouwbaarheid in het gedrang komt én de drinkwatermaatschappijen nog steeds medewerkers op de baan moeten sturen.

De LoRa-technologie maakt echter komaf met deze negatieve punten. Ze is immers in staat om data over een afstand van twee kilometer draadloos te verzenden. Met andere woorden: LoRA ondersteunt ook bereik in kelders en ondergrondse toepassingen. Daarnaast werken de LoRa-sensoren met batterijen die een levensduur tot vijftien jaar kunnen hebben. Dit valt samen met de levensduur van de watermeters zelf, want wettelijk gezien moeten deze om de zestien jaar worden vervangen.»

Hoe het idee groeide
De initiatiefnemer van LH2ORA is Actility Benelux, een innoverende KMO actief op het vlak van energiebeheer voor intelligente vraagsturing en van M2M (Machine-to-Machine) toepassingen in een IoT (Internet of Things) omgeving. Ze implementeert sinds 2013 de technologie van haar Franse partner Actility SA, die samen met het Amerikaanse Semtech in 2014 de LoRa-radiotechnologie in verschillende oplossingen implementeert.

Joeri Uyttendaele, Operations Manager van Actility: «Onze bedrijfsactiviteit is gestart met de implementatie van oplossingen bij grootgebruikers die het verbruik bijsturen in functie van een overaanbod of schaarste aan energie op het hoogspanningsnetwerk van Elia. Eén van onze belangrijkste klanten is De Watergroep.

Onze oplossing zorgt ervoor dat de pompinstallaties die worden gebruikt om de watertorens te bevoorraden, in functie van de beschikbaarheid aan energie, sneller of trager draaien. Omdat de resultaten bijzonder positief waren, heeft De Watergroep ons gevraagd om na te gaan of de LoRa-technologie misschien ook voor andere toepassingen binnen de drinkwatermaatschappij nut zou kunnen hebben. En zo zijn we op het idee van de slimme meters gekomen.

Aangezien dit net met de Open Call van Vlakwa samenviel, hebben we het project samen ingediend. Want het is natuurlijk altijd interessant om bij de ontwikkeling van iets totaal nieuws enige financiële ondersteuning voor demonstratie te ontvangen.»

De geteste oplossing kan in talrijke toepassingen worden gebruikt. Zo is ze ook inzetbaar voor andere nutsvoorzieningen, zoals gas en elektriciteit. Er zijn ook projecten voor de opvolging van de vullingsgraad van publieke vuilnisbakken en het aantal vrije parkeerplaatsen. Of om de luchtvervuiling in steden door te geven. LH2ORA wil in dit kader de smart-technologie trouwens eveneens uittesten op het meten van kwaliteit, debiet, druk, kwaliteit en temperatuur van het water in het toevoer- en distributienet van De Watergroep.

Zoeken naar juiste sensoren en meters
Omdat er bij de oplossing ook specifieke sensoren nodig zijn en VITO heel wat kennis op dat terrein heeft, werd deze kennisinstelling bij het project betrokken.

Wesley Boënne: «VITO heeft een jarenlange ervaring in het monitoren en modelleren van de bodem, het grond- en oppervlaktewater. Het waterteam bundelt naast waterdeskundigen ook IT-ontwikkelaars en modelleringsexperts. Zo slaagt VITO erin om beslissingsondersteunende diensten voor waterkwaliteitsbeheer te leveren, en klanten in hun watermanagement bij te staan.»

Tevens sloot het departement ETRO van de Vrije Universiteit Brussel bij LH2ORA aan. Professor Tiberghien: «Onze taak bestond uit de analyse van de beschikbare ultrasone en MHD Magneto Hydrodynamische watermeters en LoRa-sensoren. Op het vlak van slimme watermeters was de conclusie eerder teleurstellend.

Veel van de fabrikanten waren niet geïnteresseerd om de LoRa-technologie in hun toestellen te integreren indien het enkel voor de Belgische markt was. Daarnaast kregen we de indruk dat ze liever zelf extra diensten inzake uitlezing leveren. Uiteindelijk hebben we verschillende watermeters gevonden die perfect voldeden, of maar een paar kleine aanpassingen nodig hadden.

Inzake sensoren stootten we begin 2015 op het probleem dat er maar weinig met de LoRa-WAN standaard compatibel waren, ook al omdat het een vrij recente technologie is. Het Franse NKE was één van de weinige bedrijven die de oplossing wel in haar sensoren heeft geïntegreerd en ook kwalitatieve producten levert. Vandaar dat het consortium heeft besloten om met deze leverancier in de boot te stappen.»

Integratie van LoRa in watermeters
Qua waterlezers viel de keuze op Allora Factory (het vroegere SnapTonic), een Vlaamse start-up en spin-off van de Universiteit Gent, die vervolgens eveneens in het consortium stapte.

Co-founder Pieter De Mil: «Enerzijds hebben we de integratie van LoRa in onze watermeters voorbereid en anderzijds hebben we een koppeling tussen de watermeters en de bestaande LoRa-sensoren gemaakt. Op die manier wordt de informatie van de slimme meter nu door de LoRa-sensor uitgelezen, die op zijn beurt de informatie draadloos naar een centrale Cloud-server stuurt.

Daarnaast willen we een oplossing op punt zetten om andere watermeters waarin al een wireless M-bus is geïntegreerd, verder draadloos met LoRa te linken. Dat klinkt eenvoudiger dan het is, want M-bus is een gesloten systeem. Met andere woorden: de sensor kan de data nu wel lezen, maar niet interpreteren omdat ze geëncrypteerd is. Dus moeten we de watermeterleveranciers zover krijgen dat ze ons de encryptiesleutel willen geven.»

Ook interessant voor telecom
Een meevaller in LH2ORA is dat ook de telecombedrijven in de LoRa-technologie zijn geïnteresseerd. Joeri Uyttendaele: «Met onze oplossing krijgen ze immers de mogelijkheid om een nationaal radionetwerk voor sensoren op de bestaande GSM-masteninfrastructuur uit te rollen, en dit zonder extreem grote investeringen.

Dit komt onder meer omdat de LoRa-technologie een vrij beschikbaar spectrum gebruikt. Op een zeer korte termijn van enkele maanden kan het netwerk in dicht bevolkte steden worden geïmplementeerd en voor dekking zorgen tot in de kelders. Het zal ook toelaten om de locatie van de LoRa-sensoren redelijk nauwkeurig te bepalen zonder dat er GPS-apparatuur aan te pas komt.»

In dit kader heeft Proximus trouwens midden 2015 besloten om de oplossing in zijn masten te integreren. Eind oktober 2015 werd de uitrol in tien grote steden aangekondigd, waaronder ook Leuven.

Uyttendaele: «Dit is de regio waar we de LH2ORA-oplossing bij gebruikers wilden uittesten. In plaats van zelf een LoRa-netwerk op poten te moeten zetten – zoals initieel opgenomen in ons project – kunnen we nu dus het Proximus LoRa-netwerk gebruiken. Via speciaal ontwikkelde LoRaMote testtoestelletjes hebben we al nagegaan of de dekking voldeed. En de resultaten waren bijzonder positief.»

Nog meer op stapel
De volgende stap in het project bestaat uit de implementatie van de draadloze slimme watermeters bij een tiental testpersonen thuis en op de productiesites van De Watergroep.

Uyttendaele: «Bedoeling is dat we nagaan of alles foutloos werkt. En is dat het geval, dan kunnen we deze oplossing wellicht later ook bij enkele industriële gebruikers uittesten in een aansluitend testproject. Tevens is het de bedoeling om de oplossing ook in andere domeinen te commercialiseren.

Zo is er al interesse van Aquafin om sensoren in haar riolennetwerk te plaatsen, dit om het waterpeil in de verzamelbakken en overstroombekkens te detecteren. Op die manier zou ze snel kunnen ingrijpen wanneer er bijvoorbeeld onverwachts veel regen valt, onder meer door sluizen van op afstand te openen of te sluiten.

Binnen LH2ORA zijn we tenslotte eveneens bezig met testen om via sensoren en LoRa de waterkwaliteit van De Watergroep te bewaken, maar dat onderdeel zit nog maar in een beginfase, dus veel kan ik er nog niet over zeggen.»


(foto's: Vlakwa)
door Els Jonckheere, Maintenance Magazine