Cuxhaven, en Allemagne, réduit la consommation d’énergie de l’aération de 30 %, économisant ainsi 1,1 million de Kwh par an tout en garantissant la conformité de la qualité de l’eau des effluents

EWE WASSER GmbH (EWE) est l’une des plus grandes entreprises d’élimination des eaux usées du nord-ouest de l’Allemagne. Elle est responsable du transport et de l’épuration des eaux usées dans 23 stations d’épuration modernes. À Cuxhaven, l’entreprise exploite une grande station d’épuration municipale qui a la capacité de purifier les eaux usées de près de 400 000 habitants de cette ville côtière.

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Défi

À Cuxhaven, comme dans la plupart des villes, les processus de pompage et de traitement sont les plus gros consommateurs d’énergie dans le cycle de l’eau. Et généralement, l’aération représente plus de 50 % de la consommation énergétique du traitement des eaux usées. Cela est dû aux technologies à forte intensité énergétique telles que les aérateurs mécaniques, les soufflantes et les diffuseurs. 

En tant qu’opérateur proactif de traitement des eaux usées, EWE voulait un système permettant d’optimiser la consommation d’énergie associée à l’aération et d’améliorer la sécurité grâce à un meilleur contrôle de l’utilisation des produits chimiques. Alors qu’EWE espérait réduire les coûts d’exploitation grâce à l’optimisation, le système de contrôle mis en place devait également garantir que les concentrations d’effluents étaient conformes aux limites légales.

Solution

Début 2017, EWE s’est associée à Xylem pour mieux comprendre, contrôler et augmenter l’efficacité des processus d’aération de Cuxhaven en modélisant les performances dans un environnement informatique afin d’optimiser le fonctionnement de l’usine, en réduisant la consommation d’énergie et de produits chimiques tout en augmentant la qualité de l’eau des effluents. Auparavant, Cuxhaven exploitait les capteurs du système de l’usine avec des commandes manuelles et ne disposait pas d’une stratégie d’optimisation. 

EWE s’est associée à Xylem pour développer et déployer le système d’optimisation de station d’épuration BLU-X™ qui utilise des modèles alimentés par des réseaux neuronaux des processus d’élimination du carbone, de l’azote et du phosphore à partir des données du système SCADA existant de l’usine. BLU-X a fourni un jumeau numérique en temps réel de l’ensemble de l’usine afin que chaque processus reçoive une aération optimale et des apports chimiques correspondant à la demande chimique et biologique en oxygène nécessaire.

Étant donné qu’EWE ne disposait pas de capteurs en ligne pour mesurer en temps réel les concentrations des effluents d’entrée, plusieurs « capteurs virtuels » ont été développés pour calculer une estimation des charges de carbone, d’azote et de phosphore entrantes. En l’absence de données de capteurs traditionnels, ces capteurs virtuels ont aidé EWE à estimer avec précision la concentration des effluents d’entrée et à faire fonctionner le processus d’aération de la manière la plus efficace possible tout en respectant les exigences réglementaires. 

En août 2017, après plusieurs mois de fonctionnement manuel de l’usine, Xylem a activé BLU-X pour prédire et calculer les meilleurs points de réglage pour faire fonctionner les aérateurs de cinq bassins de traitement biologique parallèles. 

« Depuis la mise en œuvre de BLU-X, la station d’épuration de Cuxhaven a enregistré une réduction de 30 % de la consommation d’énergie liée à l’aération, soit suffisamment d’énergie pour alimenter 64 foyers pendant un an »

Résultat

Fin 2017, les résultats de l’optimisation de cette première phase ont été comparés aux données antérieures issues du fonctionnement manuel de la centrale de Cuxhaven  qui a fourni des données pour le modèle. Un paramètre essentiel pour mesurer le succès a été l’énergie spécifique nécessaire pour éliminer un kilogramme de charge, qui n’est généralement pas calculée ni contrôlée, et qui peut entraîner des fluctuations inutiles de la centrale. Le fonctionnement optimisé de la centrale a permis de réduire considérablement ces fluctuations et d’éviter les pics de consommation d’énergie en situation. 

Depuis la mise en œuvre de la solution BLU-X de Xylem, la station d’épuration de Cuxhaven a enregistré une réduction de 30 % de la consommation d’énergie liée à l’aération, ce qui correspond à 1,1 million de kWh par an, soit suffisamment d’énergie pour alimenter 64 foyers pendant un an (selon les calculs de l’US EPA). En outre, toutes les concentrations d’effluents de la station continuent à être conformes à la réglementation.

C’est le pouvoir de l’intelligence décisionnelle.

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