Ferramentas inovadoras para a optimização e
eficiência energética em tratamento e transporte
de águas e águas residuais
2011.03.25
Fernando Coelho
Sumário
1.
2.
3.
Breve enquadramento
OPIR ® - “Optimal Production through
Intelligent Regulation”
CarCON TM – Controlo avançado da
oxigenação em ETAR
Amadurecimento do mercado das águas,
novas necessidades…
Conservação energética no mercado das águas
Tendências internacionais (exemplos)
•
Dinamarca
– Objectivo: redução 25% em 5 anos (2008 – 2012)
– 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
Soluções DHV
•
Empresa consultora de Engenharia com o
maior orçamento em ID e o maior número
de patentes no Benelux e uma das maiores
da Europa.
•
Carrousel®, B.A.B.E.®, Nereda®, Airflush™,
OptiFlux™, Nautilus™ MBR, Crystalactor®, CrestDrainage Dike, BioWatch, ABR™, OPIR®, OAS™,
DWARS-filter, Carcon™, MBTF, Simba, Rainbow™,
Octopus™, Deltadryer, WaterScan, Oxyrator®,
Oxycap™, …
OPIR ®
Optimal Production
through Intelligent
Regulation
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
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
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
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
OPIR ®
A abordagem OPIR
Decisões de controlo baseadas
nas previsões de consumo
utilizando o princípio básico da
repetição das curvas de
consumo
OPIR ®
Configuração típica do sistema OPIR
REGRAS DE
OPTIMIZAÇÃO
OPIR
SCADA
CAUDAIS
NÍVEIS
SETPOINTS
INSTALAÇÃO ‘A’
Fevereiro de 2009
RESERVATÓRIO ‘A’
INSTALAÇÃO ‘B’
INSTALAÇÃO ‘n’ RESERVATÓRIO ‘n’
RESERVATÓRIO ‘B’
12
OPIR ®
Funcionamento do OPIR
CURVA
‘TRUNK’
INTERVALO DE
FUNCIONAMENTO
PREVISÃO
CAUDAIS
REGRAS DE
OPTIMIZAÇÃO
OPTIMIZAÇÃO
NÍVEIS
SEM Dados
externos
SUPERVISÃO
SETPOINTS
CURVE
OPIR ®
OPERATING
ENVELOPE
GENERATOR
FORECASTER
‘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%
CURVE
‘TRUNK’
OPERATING
ENVELOPE
GENERATOR
OPIR ®
FORECASTER
OPTIMIZER
Intervalo de funcionamento
OPIR-trunk
80000
70000
60000
Cumulative demand
+ dLevel1
50000
m3
40000
30000
20000
10000
Cumulative demand
+ dLevel2
0
-10000
-20000
1
5
9
13
17
21
Time [hours]
Fevereiro de 2009
15
CURVE
OPIR ®
OPERATING
ENVELOPE
GENERATOR
FORECASTER
‘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…..
CURVE
‘TRUNK’
OPERATING
ENVELOPE
GENERATOR
OPIR ®
FORECASTER
OPTIMIZER
Funcionamento dentro do intervalo de valores
80000
Cumulative demand
+ dLevel1
Baseado em
níveis de
arranque
70000
60000
50000
m3
40000
Cumulative demand
+ dLevel2
30000
Produção
constante
controlada
20000
10000
0
Production= 2800
m3/h
-10000
-20000
1
5
9
13
17
21
Time [hours]
Fevereiro de 2009
17
OPIR ® - Referências
Sistema de abastecimento de
Georgetown - Canadá
Cliente: Region of Halton
Drinking Water
Capacidade do sistema:
100.000 m3/d
Período de implementação:
2006-2008
Redução de custos
energéticos:15%
OPIR ® - Referências
Georgetown: Efeitos da mudança para o sistema OPIR
Optimização para produção constante
Controlo por níveis
OPIR
OPIR ® - Referências
A experiência da cidade canadiana de Georgetown
Controlo por níveis dos
reservatórios
Controlo pelo sistema
OPIR
8
3
kWh
100%
88%
Cent $/kWh
(Hora de utilização)
6.34
6.10
Custos de Energia
100%
85%
Nº de arranques por dia
Resultados da optimização pelo sistema OPIR !!
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
Optimal oxygen control
for wastewater treatment plants
Consumo eléctrico numa ETAR
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
CarCONTM
CarCONTM ?
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 +1000 ETAR
CarCONTM
Controlo convencional vs Avançado
medições online
Q
O2 rX
NH4
Arejadores
Propulsores
Recirculação
PI(D)
CarCon
NO3
análises lab. (ou eventualmente online)
CarCONTM
Optimização com o CarCON
Módulos de controle
NH /NO Optimização
Resultados lab.
NO , NH
O2 Zero , O2 Ratio
Controlo setpoint de O2
Previsão caudal
Caudal
Setpoint O2
Controlo oxigénio
Velocidade arejador
Propulsor on /off
CarCONTM
Optimização com o CarCON
Módulos de controle
NH /NO Optimização
Resultados lab.
NO , NH
O2 Zero , O2 Ratio
Controlo setpoint de O2
Previsão caudal
Caudal
Setpoint O2
Controlo oxigénio
Velocidade arejador
Propulsor on /off
CarCONTM
Optimização com o CarCON
Como funciona?
CarCONTM
Arquitectura do sistema
4
2
3
1
CarCONTM
Controlo optimizado do fornecimento de O2
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
CarCONTM
Exemplo 1
ETAR 80 000 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 !
CarCONTM
70
6000
energia consumida (kWh/d)
60
5000
CQO efluente (mg/l)
50
4000
40
3000
30
2000
20
1000
10
energia necessária (kWh/d
N-total efluente (mg/l)
0
27-Jan
06-Fev
CQO efluente (mgO2/l)
16-Fev
N-total efluente (mgN/l)
26-Fev
08-Mar
Energia necessária (kWh/d)
18-Mar
28-Mar
Energia consumida (kWh/d)
07-Abr
17-Abr
Energia necessária (kWh/d)
27-Abr
Nefluente (mg/l)
0
07-Mai
CQO efluente (mg/l)
CarCONTM
Exemplo 2
ETAR 140 000 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 !
CarCONTM
7000
6000
Energy (kWh/d)
5000
4000
Energy requiered
Energy spent
3000
2000
1000
0
Jan09
Fev09
Mar09
Abr09
Mai09
Jun- Jul-09 Ago- Set09
09
09
Date
Out09
Nov- Dez- Jan09
09
10
Fev10
Mar10
Abr10
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DHV, S.A.
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2610 - 015 Alfragide - PORTUGAL
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