Digitalisering på reningsverk igår, idag och imorgon

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Digitalisering på reningsverk igår, idag och imorgon"

Hanna Astrid Gustafsson
för 5 år sedan
Visningar:

1 Digitalisering på reningsverk igår, idag och imorgon Lunds Tekniska Högskola 1 feb 2018

2 Sammanfattning Digitaliseringen Nya o fler mätgivare producerar mer data Analys skapar information ur data Beslut automatiska eller mänskliga transparenta på alla nivåer Förnyelsebar energi öppnar nya möjligheter till rent vatten utanför kraftnäten

3 Viktiga ingredienser i ett smart vattensystem Instrumentering Ställdon aktuatorer Datakraft Datorer har all nödvändig kapacitet Modeller o reglering Dynamiska modeller Reglermetoder Utbildning av operatörer, processingenjörer o processdesigners Incitament Processdesign för flexibel styrning borde få mer uppmärksamhet

4 1999 Kapitel 25 The Future

5 Opportunities in 1998 (Olsson-Newell 1999) New and cheaper sensors, particularly for nutrient measurement. Cheap computing power is available today Universal communications enables us to gather data from distant sites.

6 Instrumentering

7 Instrumentering Ingen drift kan bli bättre än kvaliteten på mätdata Väsentligt att det finns en tydlig uppgift för varje sensor Instrumentering - inte längre flaskhalsen i regleringen On-line instrument måste kombineras med adekvat analys av mätdata

8 Spektrometriska On-line mätgivare Olika våglängder NO 2, NO 3 COD, TOC DO Färg

Smarta mätare 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 ph Conductivity ph Conductivity Free Chlorine Free

9 Smarta mätare ph Conductivity ph Conductivity Free Chlorine Free Cl /11 02/11 03/11 04/11 05/11 06/11 07/11 08/11 Data Turbidity Turbidity Turbidity Flow Flow /02 20/02 21/02 22/02 Date Flow Turbidity Flow Turbidity 14/08 15/08 16/08 17/08 18/08 19/08 20/08 21/08 Date

10 Instrumentering idag >100 företag utvecklar sensorer för vatten Nätverk av givare Data fusion Internet det allestädes närvarande kontrollrummet

11 R & D needs in 1998 (Olsson-Newell 1999) Biomass measurements -.. nitrifiers, denitrifiers, and phosphorus accumulating organisms

12 Bättre o fler sensorer + nya processer en kraftig drivkraft för decentraliserade och diversifierade vattensystem 10-tal sensorer 1000-tals sensorer Vi behöver något typ av automation för att översätta massiva datamängder till användbar information.

13 Utmaningen Kan IoT tillsammans med många och enkla sensorer ersätta mer komplexa sensorer? Cyber insecurity

14 Datakraft Analys

15 R & D needs in 1998 (Olsson-Newell 1999) Detection early detection.. also in sewers and pumping stations Soft sensors - model based estimators.

16 Analysverktyg Analys av enkla signaler - Filtrering - Outliers - Reparera datafiler - Statistisk analys Matematiska modeller - Linjär regression - Multivariat regression - Diagnos - Enkla dynamiska modeller - Biologiska modeller Key performance indicators - KPI Benchmarking Sekunder Minuter Timmar Dagar Mån År

17 Modeller Reglering

18 Weaknesses in 1998 (Olsson-Newell 1999) Design tradition often does not take ICA into account.. Process complexity is increasing rapidly.

19 Ökande komplexitet (1) Bioreaktorerna anaeroba, anoxiska, aeroba zoner bärarmaterial granuler Sofistikerad luftning Separata luftarzoner Variabel tryckreglering Satsvisa system

20 Ökande komplexitet (2) Fler recirkulationer t.ex. nitratrecirkulation Kemikaliedosering förbättrad primärsedimentering bio P + kemisk fällning av P Fettsyror Dosering för Bio-P Externa kolkällor denitrifikation

21 R & D needs in 1998 models (Olsson-Newell 1999) Once past the main bioreactors, the sophistication of existing models falls off rapidly. Better settling and digester models Models for clarification, prefermenters, fixed-film processes and sludge handling Model calibration models not easily identifiable..no established protocols

22 Modeller Bioreactors ASM Reactor hydraulics Primary settler Pumping Sensors Settler Clarifier 1D 2D 3D settler models Anaerobic digester ADM GHG Interfacing unit processes Plant wide modelling

23 Modell - integration Interface för integrerade reningsverk Modellinterface ASM1 From Peter Vanrolleghem

24 Simulatorer Aquasim ASIM SSSP GPS-X WEST BioWin Matlab/ Simulink Simba Dynamita/ STOAT Sumo

25 Benchmarking Föreslogs 1993 Vi kunde inte ana succén! IWA Task Group ledd av Ulf Jeppsson, Lund Mer än 400 publikationer som utnyttjar benchmarking modeller (BSM) Enorm påverkan på modelleringsarbetet Mindre än väntat som verktyg att jämföra olika reglerstrategier

26 R & D needs in 1998 design (Olsson-Newell 1999) Trade-off between excess volumes and more control authority. Process intensification through the use of fixed-film processes Processes for water recycling and for the extraction of byproducts and impurities

27 Reglering handlar om Hur man styr en anläggning eller process mot ett definierat mål, trots störningar På alla nivåer: Utrustning Enhetsprocesser Anläggningsnivå Ledarskap Strategi tid

28 Regler-utmaningen Att förstå processen Max utbyte av sensorinformation Sensor placering, reglerstruktur Ställdon med tillräcklig reglerauktoritet Relevanta kriterier

29 Kunskapsgap Hur komplex behöver en regulator vara? >95% av alla regulatorer i processindustrin är PID Osäkerheter Vilka osäkerheter måste man förstå? Vilka osäkerheter kan elimineras via återkoppling?

30 Integrerad reglering

31 Systemvid reglering Kukudis, 1973: We must speak of automation in the entire system -- the network of sewers and the plants. Styrning av avloppsnät genomfördes i Cleveland på tidigt 1970-tal

32 Outlook in 1998 (Olsson-Newell 1999) : Urban water systems in 2020 Holistic. The wastewater water industry in 2020 will become just a part of a "water industry. Full cost recovery. Users of water will pay what it costs. No hidden subsidies.

33 Systemvid (integrerad) reglering Influent wastewater Det behövs ett strukturerat sätt att Bypass koordinera alla reglersystem! Primary clarifier 2-10 regulatorer 2-10 regulatorer 2-5 regulatorer 4-40 regulatorer Activated sludge reactors Thickener Additional loads Anaerobic digester Secondary clarifier Integrerad reglering! 2-4 regulatorer pumpar s ventiler o kontakter Dewatering Mixing Controllable flow rate Valve Sludge removal Tertiary clarifier 2-10 regulatorer regulatorer Gas 2-5 regulatorer (from C. Rosen) Effluent water

34 På väg mot integrerad.. Utveckling mot integrerade modeller Datorstödsystem för att hantera komplexa beslut Matematiska modeller Regleralgoritmer Kunskapsbaserade system Erfarenheter från operatörer Existerande databaser

35 Integrerad reglering Nät reningsverk - recipient Minimera bräddning Minimera elektrisk energi Bäst utnyttjande av kolkälla Denitrifikation Bio P Biogas Minimera växthusgaser Alla delprocesser är kopplade till varandra

36 Kommunikation Decentralisering

37 Outlook in 1998 (Olsson-Newell 1999) : Urban water systems in 2020 Normally unmanned plants. Monitoring and control will be automatic. Centralised Quality Teams.will now look after ten or maybe even twenty plants

38 The Smart Water Utility Project Manager of plans and projects Pernille Ingildsen Kalundborg Utility, Denmark Professor Lund University Sweden

39 Globalt installeras mer förnyelsebar effekt än all ny fossil effekt

40 Trender förnyelsebar energy Sol PV och vind Skalbart från hushåll till regioner Isolerade områden utanför kraftnäten Urbana områden hybrid-elektriskt Vattensystem: Decentraliserade Återanvändning av vatten Användarengagemang

41 Småskalig vattenrening RO avsaltning Biologisk rening via solenergi Havsvatten, bräckt vatten, förorenat grundvatten 500 m 3 /dag desal 60 kw

42 I morgon ICA i hela vattencykeln: Icke-konventionella vattensystem. Det automatiska decentraliserade reningsverket Dricksvattenbehandling Smart vattendistribution Återanvändning av vatten

43 Water is life Let s treat it wisely Tack! Gustaf.Olsson@iea.lth.se Photo credentials: Unsplash.com and Jag_cz (Shutterstock)

Relevanta dokument

Energieffektiv vattenrening

Energieffektiv vattenrening Gustaf Olsson Lunds Tekniska Högskola Världsvattendagen Stockholm 21 mars 2014 Energi i vattenoperationer 1-3 % av den globala el-energin används för att producera, behandla