Kläranlage nutzt AI, um Belüftungsenergie um 26 % zu senken
Xylem Lösung hilft Kunden, Energiebilanz und Nachhaltigkeit zu verbessern.
Eine Kläranlage in Cuxhaven wollte den Energie- und Chemikalienverbrauch in seinem Belüftungsprozess reduzieren ohne dabei die gesetzlichen Vorschriften zu übertreten. Die Kläranlage entschied sich für Xylems BLU-XTM Treatment Plant Optimization, ein aquatunes Optimierungssystem, das künstliche Intelligenz (AI) einsetzt, um die Daten des SCADA-Systems zu analysieren, mit dem die Kläranlage bereits arbeitet. Das BLU-X System zeigt die optimalen Einstellungen für den Betrieb der Belüfter an, wodurch die Anlage den für die Belüftung erforderlichen Energiebedarf um 26 % senken konnte – ein imponierendes Beispiel für Xylems Zusammenarbeit mit unseren Kunden, indem wir diese dabei unterstützen, ein neues Maß an Effizienz zu erreichen und nachhaltiger zu werden.
Die Kläranlage in Cuxhaven wird von der EWE WASSER GmbH (EWE) betrieben, einem der größten Abwasserentsorger Nordwestdeutschlands, die für den Transport und die Klärung von Abwasser in über 23 modernen Kläranlagen verantwortlich ist. Die Anlage in Cuxhaven hat die Kapazität, das Abwasser der knapp 400.000 Bewohner und Besucher der Küstenstadt zu klären.
Energieverbrauch optimieren und Sicherheit verbessern
Genau wie in den meisten anderen Städten, sind auch in Cuxhaven die Pumpen und die Klärprozesse die größten Energieverbraucher im Abwasserkreislauf. Und üblicherweise werden mehr als 50 Prozent des Energieverbrauchs bei der Abwasseraufbereitung für die Belüftung benötigt. Dies liegt an den energieintensiven Technologien wie mechanischen Belüftern, Gebläsen und Diffusoren.
Als proaktiver Abwasserversorger war EWE auf der Suche nach einem System, mit dessen Hilfe der Energieverbrauch in Zusammenhang mit der Belüftung optimiert und die Sicherheit durch bessere Systemsteuerung des Chemikalieneinsatzes verbessert werden konnte. Während EWE hoffte, durch die Optimierung die Betriebskosten senken zu können, musste das implementierte Steuerungssystem zudem sicherstellen, dass die Schadstoffkonzentrationen im Ablauf den gesetzlichen Vorgaben entsprachen.
Modellierung der Leistung in einer Computerumgebung
Anfang 2017 startete EWE eine Zusammenarbeit mit Xylem, um deren Decision Intelligence Konzept in der Kläranlage in Cuxhaven zu implementieren. Hierbei ging es darum, die Effizienz des Belüftungsprozesses in der Anlage in Cuxhaven besser zu verstehen, zu steuern und zu effektivisieren, indem die Leistung in einer Computerumgebung modelliert wurde. Davor hatte die Anlage die Systemsensoren manuell gesteuert und es lag keine Optimierungsstrategie vor.
EWE startete eine Zusammenarbeit mit Xylem, um BLU-X Treatment Plant Optimization zu entwickeln und installieren, bei der mithilfe von Machine Learning Modelle der Klärprozesse von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor auf Grundlage von Daten modelliert werden, die vom SCADA-System der Anlage stammen. BLU-X erstellte einen digitalen Zwilling in Echtzeit der gesamten Anlage, damit jeder Prozess die optimale Belüftung und Chemikalienzugabe erhält, die für den chemischen und biologischen Sauerstoffbedarf erforderlich sind.
Da EWE keine Online-Sensoren hatte, um Echtzeitmessungen der Zuflusskonzentrationen durchzuführen, wurden mehrere „virtuelle Sensoren“ entwickelt, um die Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorkonzentrationen des Zuflusses zu berechnen und zu prognostizieren. Da keine traditionellen Sensordaten vorlagen, halfen diese virtuellen Sensoren EWE, die Konzentrationen im Zufluss zu prognostizieren und den Belüftungsprozess auf möglichst effiziente Weise durchzuführen und gleichzeitig die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen.
Im August 2017, nach mehreren Monaten, in denen die Anlage manuell gesteuert worden war, aktivierte Xylem BLU-X, um die optimalen Einstellungen für den Betrieb der Belüfter in den fünf parallelen biologischen Klärbecken zu prognostizieren und zu berechnen.
Energieeinsparungen, mit denen 64 Wohnhäuser für ein Jahr mit Strom versorgt werden können
Ende 2017 arbeitete Xylem mit EWE, um die Ergebnisse der Optimierung von dieser ersten Phase mit bereits vorhandenen Daten des manuellen Betriebs der Kläranlage in Cuxhaven zu vergleichen, die die Daten für das Modell geliefert hatte. Ein wichtiger Parameter zur Messung des Erfolgs war die spezifische Energie, die erforderlich war, um ein Kilogramm Schadstoff zu entfernen. Die meisten Kläranlagen führen diese Art von Berechnung nicht durch, was zu unnötigen Schwankungen im Energieverbrauch führen kann. Der optimierte Betrieb der Anlage resultierte in einer drastischen Reduktion dieser Schwankungen und des situativen Spitzenenergieverbrauchs.
Seit der Installation von BLU-X Treatment Plant Optimization, hat die Kläranlage in Cuxhaven 26 % weniger Energie bei der Belüftung verbraucht, was 1,1 Millionen Kilowattstunden jährlich entspricht – genug Energie, um 64 Wohnhäuser für ein Jahr mit Strom zu versorgen. Außerdem liegen sämtliche Ablaufkonzentrationen nach wie vor innerhalb der gesetzlichen Bestimmungen.
Digitale Lösungen für hervorragende Leistung
BLU-X Treatment Plant Optimization ist nur ein Beispiel für Xylems Engagement, Wasserversorger dabei zu unterstützen, im Dienst ihrer Gemeinden herausragende Leistungen zu erreichen. Die digitalen Lösungen von Xylem können Wasserversorgern dabei helfen, den Cashflow und die Erschwinglichkeit von Diensten zu verbessern, Compliance und Betriebsleistung sicherzustellen sowie die Ausfallsicherheit und Nachhaltigkeit des Systems zu verbessern.
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