Intelligent Regulation. oxigenação em ETAR

Transcrição

1 Ferramentas inovadoras para a optimização e eficiência energética em tratamento e transporte de águas e águas residuais Fernando Coelho

2 Sumário 1. Breve enquadramento 2. OPIR - Optimal Production through Intelligent Regulation 3. CarCON TM Controlo avançado da oxigenação em ETAR

3 Amadurecimento do mercado das águas, novas necessidades

4 Conservação energética no mercado das águas Tendências internacionais (exemplos) Dinamarca Objectivo: redução 25% em 5 anos ( ) Payback estimado: 10 anos Holanda Objectivo: redução 2% /ano até um máximo de 15% Portugal? Sector estado: redução 15% custos operacionais até final de 2011

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6 OPIR Optimal Production through Intelligent Regulation

7 OPIR O que é o sistema OPIR? OPIR é um software que permite optimizar em tempo real o funcionamento dos sistemas de produção e abastecimento de água Em funcionamento há cerca de 15 anos Implementado em mais de 70 % dos sistemas de abastecimento de água na Holanda

8 OPIR O que é o sistema OPIR? O OPIR realiza a previsão em contínuo e de forma automática dos consumos de água nas próximas 48h. Utiliza a previsão para optimizar a produção e distribuição de água, que assegure o consumo necessário mantendo os reservatórios com níveis de água aceitáveis

9 OPIR Optimização nos sistemas de distribuição de água Uso dos volumes de armazenamento para atenuar as diferenças entre os picos de consumo e o consumo diário, de forma a obter: Variações mínimas de produção Redução dos custos energéticos

10 OPIR A abordagem convencional Decisões de controlo normalmente baseadas no nível Estas decisões tendem a ser conservativas O funcionamento das estações de tratamento ou de bombagem tende a ser dependente dos picos de consumo e não do consumo diário Controlo por Níveis

11 OPIR A abordagem OPIR Decisões de controlo baseadas nas previsões de consumo utilizando o princípio básico da repetição das curvas de consumo

12 OPIR Configuração típica do sistema OPIR OPIR REGRAS DE OPTIMIZAÇÃO SCADA CAUDAIS NÍVEIS SETPOINTS INSTALAÇÃO A RESERVATÓRIO A INSTALAÇÃO B RESERVATÓRIO B INSTALAÇÃO n RESERVATÓRIO n Fevereiro de

13 OPIR Funcionamento do OPIR CURVA INTERVALO DE FUNCIONAMENTO TRUNK REGRAS DE OPTIMIZAÇÃO PREVISÃO OPTIMIZAÇÃO SEM Dados externos CAUDAIS NÍVEIS SETPOINTS SUPERVISÃO

14 OPIR CURVE FORECASTER OPERATING ENVELOPE GENERATOR TRUNK OPTIMIZER Previsão Estima o consumo médio diário típico para cada dia da semana Estima o consumo padrão de um dado dia com base nos mesmos dias das 7 semanas anteriores, de modo a ter em conta as estações do ano Actualiza de quarto em quarto de hora as previsões das próximas 48 horas Ao fim de 3 semanas: previsão diária com um erro de 5% e horária com 10%

15 OPIR CURVE FORECASTER OPERATING ENVELOPE GENERATOR TRUNK OPTIMIZER Intervalo de funcionamento OPIR-trunk Cumulative demand + dlevel m Cumulative demand + dlevel Time [hours] Fevereiro de

16 OPIR CURVE FORECASTER OPERATING ENVELOPE GENERATOR TRUNK OPTIMIZER Optimização Manter a produção ou o abastecimento constante durante o maior tempo possível, ou; Aumentar a produção ou a adução durante os períodos em que o preço da energia é mais baixo, ou; Solução adaptada a cada caso concreto..

17 OPIR CURVE FORECASTER OPERATING ENVELOPE GENERATOR TRUNK OPTIMIZER Funcionamento dentro do intervalo de valores Baseado em níveis de arranque Cumulative demand + dlevel1 m Cumulative demand + dlevel Produção constante controlada Production= 2800 m3/h Time [hours] Fevereiro de

18 OPIR - Referências Sistema de abastecimento de Georgetown - Canadá Cliente: Region of Halton Drinking Water Capacidade do sistema: m3/d Período de implementação: Redução de custos energéticos:15%

19 OPIR - Referências Georgetown: Efeitos da mudança para o sistema OPIR Optimização para produção constante Controlo por níveis OPIR

20 OPIR - Referências A experiência da cidade canadiana de Georgetown Controlo por níveis dos reservatórios Controlo pelo sistema OPIR Nº de arranques por dia 8 3 kwh 100% 88% Cent $/kwh (Hora de utilização) Custos de Energia 100% 85% Resultados da optimização pelo sistema OPIR!!

21 OPIR Potencialidades do OPIR Permite uma operação estável e previsível Redução de energia (kwh) Redução de custos ( ) Melhoria a qualidade da água Adiamento de investimentos Melhora a compreensão dos sistemas Reduz o stress dos operadores

22 Optimal oxygen control for wastewater treatment plants

23 Consumo eléctrico numa ETAR

24 ETAR em Portugal Eficiência energética? Controlo de Oxigenação Arejamento contínuo Arejamento temporizado Em função da medição de níveis de OD Controladores em cascata em função NH4 e OD Controladores avançados

25 CarCON TM CarCON TM? É um controlador de oxigenação avançado que optimiza o consumo energético e a eficiência de tratamento, utilizando: Monitorização online Previsão adaptativa das cargas afluentes Optimização contínua dos parâmetros de controle Adaptável aos sistemas de automação existentes Décadas de experiência em ETAR

26 CarCON TM Controlo convencional vs Avançado medições online O 2 rx Q PI(D) CarCon Arejadores Propulsores Recirculação NH 4 NO 3 análises lab. (ou eventualmente online)

27 CarCON TM Optimização com o CarCON Módulos de controle NH /NO Optimização O2 Zero, O2 Ratio Controlo setpoint de O2 Setpoint O2 NO, NH Caudal Resultados lab. Previsão caudal Controlo oxigénio Velocidade arejador Propulsor on /off

28 CarCON TM Optimização com o CarCON Módulos de controle NH /NO Optimização O2 Zero, O2 Ratio Controlo setpoint de O2 Setpoint O2 NO, NH Caudal Resultados lab. Previsão caudal Controlo oxigénio Velocidade arejador Propulsor on /off

29 CarCON TM Optimização com o CarCON Como funciona?

30 CarCON TM Arquitectura do sistema

31 CarCON TM Controlo optimizado do fornecimento de O 2 Monitorização online qualidade do efluente monitorizada e controlada em permanência desperdício de energia evitado uma vez que o sobrearejamento é prevenido Previsão de cargas resposta adequada e atempada às variações na afluência Auto aprendizagem operação sem necessidade de intervenção humana uma vez que os parâmetros de controlo são optimizados em contínuo

32 CarCON TM Exemplo 1 ETAR hab.eq. a 50% capacidade 3 valas oxidação (2 em funcionamento) com 5 arejadores 3 arejadores ligados em permanência / alternância temporizada: consumo energia elevado, remoção N deficiente Optimização: Necessidade de instalação de selectores Instrumentação adicional e/ou alteração na sua localização Instalação de controlador inteligente CarCON Poupança potencial: 100k /ano!

33 CarCON TM energia consumida (kwh/d) CQO efluente (mg/l) N-total efluente (mg/l) energia necessária (kwh/d Jan 06-Fev 16-Fev 26-Fev 08-Mar 18-Mar 28-Mar 07-Abr 17-Abr 27-Abr 07-Mai CQO efluente (mgo2/l) N-total efluente (mgn/l) Energia necessária (kwh/d) Energia consumida (kwh/d) Energia necessária (kwh/d) Nefluente (mg/l) CQO efluente (mg/l)

34 CarCON TM Exemplo 2 ETAR hab.eq. a 90% capacidade 2 tanques de arejamento 1 dos 2(+1) compressores com operação contínua Optimização: Substituição de difusores e compressores Instrumentação adicional Instalação de controlador inteligente CarCON Poupança potencial: 150k /ano!

35 CarCON TM Energy (kwh/d) Energy requiered Energy spent Jan- 09 Fev- 09 Mar- 09 Abr- 09 Mai- 09 Jun- 09 Jul-09 Ago- 09 Set- 09 Out- 09 Nov- 09 Dez- 09 Jan- 10 Fev- 10 Mar- 10 Abr- 10 Date

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