W Europie funkcjonuje 18000 oczyszczalni ścieków i 40000 zakładów produkcji wody, borykających się
z problemami starzejącej się infrastruktury, co powoduje wysokie koszty kapitałowe i operacyjne oraz zwiększa ryzyko środowiskowe. Niezawodność tych systemów jest kluczowa, szczególnie w kontekście zapewnienia ciągłości dostaw wody oraz ochrony środowiska.

Technologia Analizy Sygnatury Elektrycznej (ESA) w Elmodis

System Elmodis Smart Pumps wykorzystuje technologię ESA w połączeniu z zaawansowaną analizą sygnatur elektrycznych ESA do monitorowania stanu pomp i innych urządzeń elektrycznych występujących w oczyszczalniach ścieków i systemach ściekowych. 

Za pomocą złożonych metod ESA (Electric Signature Analysis), MCSA (Motor Current Signature Analysis) oraz EESA (Elmodis Energy Signature Analysis) system analizuje fluktuacje pola wewnątrz silników, umożliwiając wykrywanie anomalii zarówno w samych silnikach, jak i w połączonych układach mechanicznych. Wykorzystanie algorytmów AI i uczenia maszynowego pozwala na prognozowanie awarii
i planowanie działań preskryptywnych, co jest kluczowe dla zapewnienia ciągłości działania systemów
i obniżenia kosztów oraz różnego rodzaju ryzyka.

RYS. 1 Przykładowe zastosowanie Systemu Elmodis Smart Pumps w monitorowaniu stacji pomp ścieków

Integracja z SCADA i zaawansowana analityka brzegowa

Integracja danych z i do systemów SCADA oraz wykorzystanie analityki brzegowej pozwala na szybką
i efektywną reakcję w przypadku wykrycia anomalii. Wpływa to na redukcję czasu reakcji z dni do minut, co jest kluczowe w przypadku krytycznych zdarzeń takich jak kawitacja, suchobieg czy blokady. Partnerstwo ze światowymi liderami w zakresie pomp i silników (jak np. firmą Meiden i Xylem) umożliwia zaawansowaną weryfikację implementowanych, bezpiecznych rozwiązań brzegowych z dużą skutecznością.

Strategie optymalizacji energetycznej w systemach pompowych

Budowane w ramach wdrożenia systemu Elmodis Smart Pumps modele mają na celu identyfikację potencjalnych problemów oraz ich predykcję, szacowanie ryzyka oraz związanych z tym kosztów w celu planowania inwestycji w oparciu o wyniki modeli i symulacji. 
Główne elementy analizy: 
○    Analiza ryzyka związana ze stanem technicznym (łożyska, uszczelnienia, zasilanie, uzwojenia).
○    Anomalie operacyjne (clogging, kawitacja, blockage, zbyt częste rozruchy).

W zakresie efektywności energetycznej budowane modele pozwalają na identyfikację obecnego stanu maszyn pod kątem efektywności pracy zarówno od strony degradacji pompy, jak i sposobu sterowania
w układzie rozumianym kompleksowo (napływy, zbiorniki, rurociągi, pompownie, zawory). Na podstawie takich modeli możliwe jest:
○    określenie potencjału dotyczącego możliwej poprawy efektywności poprzez remont, wymianę pomp,
○    określenie potencjału poprawy związanego ze zmianą sposobu sterowania pompami (praca pojedyncza, równoległa, współpraca na krzywej instalacji),
○    docelowo możliwe jest wsparcie AI dla sterowania pompami z uwzględnieniem mechanizmów predykcyjnych dotyczących wymaganego przepływu.

Elmodis Smart Pumps umożliwiają tworzenie krzywych wydajności pomp na podstawie danych rzeczywistych, co jest kluczowe dla budowy modeli wysokiej jakości i optymalizacji zarówno stanu technicznego, jak i zużycia energii. System Elmodis pozwala na monitoring wydajności pomp w stosunku do ich optymalnego punktu pracy (BEP) oraz obszarów AOR i POR, co umożliwia rekomendacje zmian
w schemacie sterowania. Dzięki temu następuje redukcja zużycia energii nawet o 30% w odniesieniu do kompletnych przepompowni, co przekłada się na znaczące oszczędności kosztów operacyjnych.

Rzeczywiste zastosowania i wyniki

System Elmodis znajduje zastosowanie w monitorowaniu i optymalizacji:
○    systemów pompowych wody pitnej,
○    systemach oczyszczalni ścieków i przepompowniach ścieków,
○    lokalnych stacjach podnoszenia ciśnienia,
○    systemach ogrzewania i chłodzenia miejskiego,
○    stacjach pomp dystrybucji sieciowej,
○    monitorowaniu pompy wody morskiej,
○    pomp wody zasilającej w elektrowniach i elektrociepłowniach,
○    zatapialnych pomp wód gruntowych.

Przykładowe studia przypadków pokazują, jak wdrożenie systemu Elmodis przyczyniło się do redukcji zdarzeń degradujących urządzenia oraz umożliwiło osiągnięcie wysokiej oszczędności energii. Takie wyniki podkreślają wartość systemu w realnych warunkach eksploatacyjnych i jego wpływ na wydłużenie żywotności infrastruktury.

RYS. 2 Przykładowy widok oceny stanu technicznego 

Cyfryzacja i skalowalność: przyszłość sektora wodnego

Cyfryzacja jest kluczowym elementem przyszłości branży wodociągowej. Implementacja Systemu Smart Pumps Elmodis pozwala na skalowalne wdrażanie innowacyjnych rozwiązań cyfrowych, które mogą być adaptowane w różnych warunkach i na różnych skalach, od pojedynczych oczyszczalni po całe systemy miejskie.

Elmodis Smart Pumps są przykładem, jak nowoczesne technologie mogą pomóc w przekształcaniu wyzwań infrastrukturalnych w oszczędności operacyjne i przyczyniać się do zrównoważonego rozwoju. Poprzez zwiększenie efektywności energetycznej i operacyjnej systemy te wspierają globalne cele środowiskowe, jednocześnie zapewniając niezawodność i bezpieczeństwo w dostawach wody
i oczyszczaniu ścieków.

Wdrożone prace zostały współfinansowane w ramach projektu Zintegrowane Środowisko typu Digital Twin do modelowania i symulacji algorytmów ML i Al dla potrzeb optymalizacji systemów przemysłowych POIR.01.01.01-00-0351/22.
 

Artykuł ukazał się w magazynie Kierunek Pompy 2/2023, jego autorami są: dr inż. Artur Hanc oraz 
mgr inż. Piotr Zaitz, Elmodis Smart Pumps