Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Nové řešení pro vodárenství: ABB Ability Smart Solution for Wastewater

ABB uvádí na trh nový softwarový nástroj pro snížení spotřeby energie a optimalizaci provozu v čistírnách odpadních vod.

 

Moderní čistírny odpadních vod (ČOV) se vyznačují velkou složitostí. Obsahují bioreaktory, vyhnívací nádrže, kogenerační jednotky a mnoho dalších zařízení. Někdy je v jedné ČOV paralelně několik linek na úpravu odpadní vody s různou kapacitou, technologickými parametry a stářím. Aby to bylo ještě komplikovanější, primární a sekundární procesy čištění odpadních vod jsou často řízeny různými samostatnými automatizačními systémy. V průběhu času, jak se ČOV modernizovaly a rozšiřovaly, vznikly pestré slepence nejrůznějších technologií.

Dosažení dobré úrovně účinnosti a udržitelnost provozu ČOV je proto problém, v němž je třeba brát v úvahu množství faktorů, které jdou často proti sobě. Například je žádoucí snižovat používání chemikálií, ale zároveň je nutné mít možnost dávkování zvýšit, když se změní objem odpadní vody na přítoku do ČOV.

Pokus o dosažení optimálního provozního bodu pomocí tradiční řídicí strategie nemusí vést k cíli. Běžné DCS (Distributed Control System) totiž mohou mít problém řídit současně procesy s velmi odlišnou dynamikou.

Jako příklad lze uvést bioreaktory, u nichž se optimalizace soustřeďuje na tři hlavní oblasti: spotřebu energie a chemikálií, kvalitu vyčištěné vody na výtoku z ČOV a stabilitu procesu. Optimalizace spotřeby energie a chemikálií se dosahuje regulací aerace, čerpáním odpadních vod a vnitřní recyklací a správným dávkováním chemikálií. Pro kvalitu vyčištěné vody na výstupu je třeba sledovat celkový obsah dusíku, amoniaku a dusičnanů, celkový obsah fosforu a BSK – biochemickou spotřebu kyslíku. Optimální stabilita procesu znamená, že ČOV musí být schopná zvládat i silné poruchy v přítoku odpadních vod, tj. v jejich objemu a složení, které nejčastěji souvisejí s počasím.

To zcela jednoznačně vede k nutnosti vyžívat pokročilé metody řízení procesů – APC (Advanced Process Control).

 

První z řady digitálních řešení ABB pro vodárenství

Podle Mezinárodní energetické agentury dosáhla v roce 2020 celosvětová spotřeba elektřiny v oblasti čištění odpadních vod 222 TW·h, přičemž se předpokládá, že spotřeba elektřiny v celém odvětví vzroste do roku 2040 o 80 %. Tento nárůst je způsoben mj. rostoucí poptávkou po vyčištěné odpadní vodě, která je nyní považována za cenný potenciální zdroj.

Inteligentní nástroj ABB Ability™ Smart Solution for Wastewater pro čistírny odpadních vod (ČOV) je první z řady digitálních řešení určených k optimalizaci provozu a snížení spotřeby energie ve vodárenském sektoru. Zajišťuje nepřetržité monitorování provozu ČOV. To spolu s automatizací jejich provozu, využívající regulaci s mnoha proměnnými, umožňuje dosahovat až 25% úspor energie při provzdušňování odpadních vod a jejich čerpání a současně snižovat spotřebu chemikálií o až 10 %. Regulační algoritmy ABB Ability Smart Solution for Wastewater zlepšují dávkování chemikálií, aby byla zajištěna požadovaná kvalita upravované vody a současně se nepoužívalo více chemikálií, než je nezbytné. Protože výroba chemikálií je energeticky náročná, snižování jejich spotřeby omezuje uhlíkovou stopu procesu čištění odpadních vod.

Systém má dvě hlavní části: nástroj pro pokročilé řízení procesů (APC – Advanced Process Control) a nástroj pro modelování a simulaci, který umožňuje vytvoření digitálního dvojčete a slouží k předvídání budoucích provozních potřeb. ABB Ability Smart Solution for Wastewater umožňuje nepřetržité monitorování provozu a realizaci automatických zásahů. Podporuje nebo zcela nahrazuje zásahy operátorů, které jinak bývají spíše opatrné a konzervativní. Čistírny odpadních vod s ABB Ability Smart Solution for Wastewater mohou snáze dosáhnout optimálních provozních podmínek, stabilizovat procesy čištění vod za různých situací a snížit varia­bilitu procesů.

 

Pokročilé řízení procesů

Software ABB Ability Smart Solution for Wastewater lze použít na jakékoliv platformě, a umožňuje proto spolupráci s jakýmkoliv automatizačním systémem, pro nějž tvoří optimalizační vrstvu. To je velmi výhodné pro regulaci více proměnných současně. Zavést interakce mezi různými regulačními smyčkami přímo do řídicí úrovně DCS totiž vůbec není jednoduchá úloha.

ABB Ability Smart Solution for Wastewater se spoléhá na modelování a prediktivní řízení (MPC – Model Predictive Control), které dovoluje sledovat několik kriteriálních funkcí s přidruženou prioritou. Umožňuje tak např. plynulé a optimalizované ovládání aerace, vnitřní recyklace a tlaku vzduchu přiváděného do aerační nádrže podle složení vody, regulaci provozu čerpadel atd. V případě velkých změn v přítoku odpadní vody a jejím složení ABB Ability Smart Solution for Wastewater koordinuje činnost všech zařízení v celé ČOV, aby byly zachovány nejdůležitější ukazatele, a umožňuje dočasné odchylky méně důležitých proměnných.

Nezávislost na platformě usnadňuje použití tohoto řešení jako zastřešujícího systému pro celou ČOV, nebo dokonce několika ČOV v jedné lokalitě. Modul APC, založený na nástroji ABB Ability Predict & Control, totiž může komunikovat s jakýmkoliv systémem DCS, PLC nebo SCADA prostřednictvím standardního připojení OPC UA.

 

Digitální dvojče

Inteligentní nástroj pro optimalizaci provozu ČOV ABB Ability Smart Solution for Wastewater byl vyvinut ve spolupráci s dánskou společností DHI Group, specializující se na oblast vodárenství. Dynamické modely DHI pro fyzikální, biologické a chemické procesy v ČOV a simulaci kanalizací a vodních toků poskytují možnost v reálném čase analyzovat predikce, vytvářet scénáře „what-if“, počítat KPI, optimalizovat procesy, průběžně kalibrovat modely a nepřetržitě sledovat provoz celé ČOV.

Nástroj ABB Ability™ Smart Solution for Wastewater využívá poznatky získané při vývoji a provozu systému Optimax od ABB, který je určen pro optimalizaci managementu energie v průmyslových provozech a komerčních komplexech. Proto mj. umožňuje využívat vlastní kogenerační zdroje energie v kombinaci s akumulátorovými úložišti elektřiny BEES (Battery Energy Storage System), kam lze elektřinu ukládat v době jejího přebytku a odtud ji využívat, když je třeba, nebo ji dodávat do rozvodné sítě.

 

Závěrem

Marco Achilea, manažer globálního segmentu pro vodu a infrastrukturu společnosti ABB Energy Industries, uvedl: „Tento nový nástroj využívá naše dlouholeté zkušenosti v oblasti pokročilého řízení procesů, optimalizace výkonu a technologie digitálních dvojčat. Vzhledem k rychle rostoucí poptávce po vyčištěné odpadní vodě na celém světě je naším cílem pokračovat ve vývoji udržitelných řešení, která snižují spotřebu energie a zároveň zlepšují kvalitu vody a provozní efektivitu čistíren odpadních vod.“

(ABB s. r. o.

Obr. 1. Nástroj ABB Ability Smart Solution for Wastewater je inteligentní řešení pro zvyšování účinnosti a snižování energetické náročnosti procesů čištění odpadních vod (odkaz na video: https://youtu.be/ejcustOX4C0; foto: ABB)