Digital tvilling för hållbar och resurseffektiv drift av avloppsreningsverk

Inom detta projekt kommer en generisk metod för implementering av digitala tvillingar på avloppsreningsverk att utvecklas, inklusive processimulering och datavalidering i realtid.

Utveckling och implementering av digitala tvillingar inom avloppsvattenrening innebär en innovativ och radikal omställning av hur reningsverken drivs och styrs.
Svenska avloppsreningsverk står inför stora utmaningar med en åldrande infrastruktur, striktare reningskrav och klimatförändringar. Detta leder till ett kraftigt ökat investeringsbehov, men också ökade driftkostnader. En radikal omställning i hur reningsverken drivs krävs för att minska framtida kostnader.

Modellprediktiv styrning

Digitaliseringen möjliggör mer avancerad automation och större datamängder, vilket i sin tur möjliggör en högre grad av resursutnyttjande av samhällskritiska resurser. En avancerad typ av styrning, modellprediktiv styrning, där processmodeller används för att simulera en mängd utfall beroende på värdet på styrsignalen, har för avloppsvattenrening studerats i över 20 år.

Komplexiteten i processmodellerna har orsakat problem för styrsystemen på reningsverken på grund av det stora beräkningsbehovet, vilket medfört att många tidigare studier och applikationer med modellprediktiv styrning använt kraftigt förenklade processmodeller. Den snabba utvecklingen av beräknings- och lagringskapacitet för datorer medför dock att detta inte längre utgör ett problem. Modellprediktiv styrning har i litteraturen visat sig kunna ge energi- och kostnadsbesparingar på över 20 procent.

Mål och resultat

Inom detta projekt kommer en generisk metod för implementering av digitala tvillingar på avloppsreningsverk att utvecklas, inklusive processimulering och datavalidering i realtid. Metoden kommer att verifieras genom att implementera en digital tvilling för reningsverket Öresundsverket i Helsingborg, där resultat kommer att utvärderas och nytta kvantifieras. Eftersom de metoder som utvecklas är generisk finns stor potential för att omsätta kunskapen till andra processindustrier med behov av att rena vatten, som exempelvis de mycket vattenintensiva pappers- och massaindustrierna.

Målsättning

Projektet ska utveckla
• en dynamisk processmodell för Öresundsverket som kan användas för optimering och scenarioanalys,
• en generisk metod för implementering av modellbaserad (modellprediktiv) styrning i realtid för avloppsreningsverk (digital tvilling),
• robusta styrstrategier baserat på modellprediktiv styrning för att nå en mer hållbar avloppsvattenrening,
• ett gränssnitt för kommunikation mellan digital tvilling och styrsystem på Öresundsverket, och
• implementera en digital tvilling på Öresundsverket för lägre driftkostnader och ökad hållbarhet samt utvärdering av resultaten i fullskala.

Partners i projektet