Оптимизация энергозатрат на очистных сооружениях (до 79,000 т/д ) с помощью решения DDMO. Вклад компании Yokogawa в экологию Китая

О Goldwind Group

Компания Xinjiang Goldwind Science & Technology Co., Ltd. (широко известна как Goldwind) является ведущей ветроэнергетической компанией в Китае и является мировым лидером в данной отрасли. Goldwind постоянно расширяется, развивая бизнес-направление по защите окружающей среды, и предлагает комплексные решения, которые помогают формировать чистое и энергоэффективное общество.

Благодаря своим передовым технологиям и инвестированию в водные ресурсы и управление ими, компания за последние годы превратилась в поставщика комплексных услуг для эко-бизнеса. Помимо этого, Goldwind привлекла к своей деятельности водоочистные компании, которые занимаются очисткой сточных вод, с целью активизации своих усилий по улучшению окружающей среды.

Beijing Etechwin Electric Co., Ltd. (Etechwin) является стопроцентной дочерней компанией Goldwind. В Goldwind Group компания Etechwin предоставляет оборудование и решения для управления энергопотреблением за счёт интеграции различных потоков информации, связанных с управлением энергопотреблением.

 

Краткое содержание и проблемы

Компания Yokogawa применила свою технологию управления и решение DDMO – технологию моделирования и оптимизации на основе данных – для повышения эффективности работы очистных сооружений, которые принадлежат компании Goldwind Environmental Protection Co., Ltd. и эксплуатируются её стопроцентной дочерней компанией Shuyang Lingzhi Water Affair Company Limited.

Предприятие расположено на северо-востоке уезда Шуян, а его очистные сооружения на этапах I и II очищают в общей сложности 79,000 тонн сточных вод в день. Так как предприятие расположено в промышленной зоне, то почти вся приходящая среда – это промышленные сточные воды.

Промышленные сточные воды создают большую нагрузку и имеют нестабильный уровень качества воды, что затрудняет процесс очистки, а также создаёт проблемы при эксплуатации и техническом обслуживании. Помимо этого, правительство Китая недавно активизировало свои усилия по улучшению окружающей среды: установило строгие требования к сбросу сточных вод с очистных сооружений, а также ввело серьёзные наказания за нарушение этих требований.

Чтобы поддерживать качество очищенных сточных вод в установленных законодательством пределах, процесс очистки сточных вод должен быть стабильным и осуществляться надлежащим образом.

В частности, особо важно в процессе очистки поддерживать оптимальный уровень аэрации в каждом реакционном резервуаре, поскольку это влияет на итоговое качество очищенных сточных вод. При управлении скоростью подачи воздуха обычно задаётся достаточный безопасный предел, чтобы гарантировать установленные законодательством пределы. Но, как правило, это приводит к перерасходу электроэнергии. Поскольку на резервуары для аэрации приходится не менее 40% всей потребляемой на предприятии энергии, то возможная оптимизация энергопотребления на этих резервуарах позволяет значительно сократить энергопотребление всего предприятия.

Чтобы снизить чрезмерное энергопотребление было применено решение компании Yokogawa по оптимизации скорости подачи воздуха в резервуары для аэрации. Распределённая система управления (РСУ) CENTUM VP и решение DDMO компании Yokogawa были интегрированы с существующими системами диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) с целью автоматизации работы оборудования, оптимизации энергопотребления и сохранения допустимого качества воды после очистки. В результате внедрения решения, потребление электроэнергии воздуходувками было успешно снижено приблизительно на 25%.

Процесс очистки сточных вод

 

Решения

1. Общая концепция системы

На предприятии использовались системы SCADA, а оборудование управлялось в большей степени в ручном режиме. При необходимости скорость подачи воздуха регулировалась в зависимости от условий поступающей среды.

Для обеспечения эффективного использования энергоресурсов к существующим системам была внедрена РСУ, чтобы в автоматическом режиме управлять связанными с реакционными резервуарами воздуходувками, а также насосами возвратного ила, циркуляционными насосами жидкого дигестата и насосами для откачки осадка. В дополнение к этому, было решено объединить системы с решением DDMO, чтобы проводить оценку качества очищенных сточных вод на выходе.

Решение DDMO было сконфигурировано для проведения оценки химического потребления кислорода (COD) и концентрации аммония (NH4) в очищенных сточных водах с целью снижения энергозатрат, обеспечивая при этом поддержание качества очищенных сточных вод совместно с автоматическим управлением от РСУ. Таким образом, было разработано комплексное решение о реализации системы, которое обеспечивает необходимые функции, при этом также использует информацию из уже существующих систем и требует обоснованное инвестирование.

Конфигурация системы 

2. Применение DDMO

Перед внедрением DDMO была проведена оценка ожидаемой экономии энергоресурсов, а также был смоделирован проект на основе различных данных, например: приток на предприятие, качество воды и энергопотребление. DDMO выполняет сложные вычисления для оценки качества очищенных сточных вод, основываясь на различных исторических данных о качестве и расходе воды, и после этого определяет оптимальную скорость подачи воздуха. Данные об оптимальной скорости передаются в РСУ, которая затем задаёт уставки для управления подачей воздуха. За счёт оптимизации скорости подачи воздуха удалось добиться значительного снижения энергозатрат в резервуарах для аэрации.

Модель DDMO

3. Связь между РСУ и DDMO

Для достижения максимального энергосбережения задачи DDMO и РСУ были определены следующим образом:

• РСУ должна управлять каждым насосом в автоматическом режиме, чтобы стабилизировать процесс очистки сточных вод и подавлять неустойчивость качества воды для повышения точности оценки DDMO.
• РСУ и DDMO должны быть связаны друг с другом, чтобы автоматическое управление имело возможность изменять режим и продолжать работу по предотвращению неблагоприятных воздействий на работу предприятия даже в тех случаях, когда модель DDMO не способна отслеживать технологический процесс из-за серверного сбоя, внезапного изменения качества поступающих сточных вод и пр.

Связанное управление DDMO и РСУ

4. Применение поточных анализаторов

На предприятиях очистки сточных вод данные о качестве воды анализируется ежедневно в ручном режиме; однако используются и измерения, полученные с помощью автоматических поточных анализаторов или путём моделирования и оценки. Значение для интервала расчёта DDMO было выставлено на 15 минут. Другими словами, DDMO проводит оценку качества очищенных сточных вод и передаёт оптимальные значения скорости подачи воздуха в РСУ с интервалом в 15 минут.

Поскольку DDMO настроен на отражение корреляций между онлайн-данными в формуле модели, повышение точности оценки зависит от выбора соответствующих элементов онлайн-данных. В этом случае, был добавлен датчик аммония (NH4) для измерения концентрации аммония на выходе из каждого реакционного резервуара. Это предоставило крайне полезные данные, поскольку степень удаления азота через процессы нитрификации и денитрификации напрямую влияет на концентрацию азота в очищенных сточных водах.

5. Достигнутые результаты

После внедрения системы оптимизации в течение 3 месяцев были проведены соответствующие наблюдения, которые подтвердили, что энергопотребление воздуходувок (кВт/д) и удельный расход (кВТ/м3) сократились на 25.1% и 24.7% соответственно. Было также подтверждено, что данный эффект будет сохраняться в течение следующего года, а это означает, что цель по снижению на 20% была легко превышена.

Графики ниже демонстрируют, что поддержание качества очищенных сточных вод на уровне, близком к установленным законодательством пределам, предотвратило чрезмерную аэрацию, которая происходила ранее, и позволило снизить энергозатраты. Было продемонстрировано, что решение DDMO обеспечивает максимальную экономию энергии и гарантирует соблюдение стандартов качества к очищенным сточным водам.

Решение по оптимизации, применённое в данном проекте, состоит из DDMO, которая моделирует характеристики технологического процесса с использованием новейших технологий статистического анализа, и РСУ, которая осуществляет автоматическое управление. В дополнение к оптимизации энергопотребления данное решение приносит выгоду за счёт реализации автоматизированного управления, повышения эффективности эксплуатации и снижения эксплуатационных расходов благодаря выделению характеристик технологических данных процесса очистки сточных вод, а также благодаря полностью автоматизированной работе.

Полученный результат

 

Удовлетворённость Заказчика

«Мы благодарны компании Yokogawa за технологии управления и оптимизации, которые принесли ожидаемый результат. Поскольку наши очистные сооружения потребляют так много энергии, всей Goldwind Group необходимо работать усерднее, чтобы в будущем экономить энергию для поддержания устойчивой работы. Мы с радостью ожидаем продолжения совместной работы по эффективному использованию энергии с помощью новейших технологий».

- Чжан Гуангбо, Исполнительный Директор, Shuyang Lingzhi Water Affair Company Limited

Zhang Guangbo (справа) и его сотрудники