Visoka tehnologija za vodne vire

Visoka tehnologija za vodne vire

Zagotavljanje sveže vode ter okolju prijazno čiščenje odpadnih voda v čistilnih napravah in na številnih drugih področjih vodnega gospodarstva potekata s pomočjo najsodobnejših tehnologij. Siemensova paleta integriranih in trajnostnih rešitev zagotavlja visoko zanesljivost oskrbe, energetsko varčno pogonsko tehnologijo in v prihodnost usmerjeno digitalizacijo.

Iz revije Hi!tech 1/22, marec 2022

Voda je najpomembnejši naravni vir na Zemlji in ključ do življenja. Tudi pri Siemensu vodi pripisujemo izjemen pomen, zato temu področju namenjamo veliko skrb pri snovanju in proizvodnji opreme tako za industrijo kot za komunalni sektor. Siemens ponuja inteligentne rešitve skozi celoten življenjski cikel vode, vse s ciljem doseganja večje učinkovitosti, nižjih stroškov ter prihranka časa in energije. 

 

Siemens se ponaša z dolgoletnimi projektnimi izkušnjami na področju (odpadnih) voda. Tako na primer Siemens Avstrija izvaja projekte v približno 20-ih državah Srednje in Vzhodne Evrope ter Bližnjega vzhoda. Vodja enote za avtomatizacijo procesov poslovnega področja Digital Industries v podjetju Siemens Avstrija Werner Schöfberger pri tem posebej izpostavi Hrvaško, Srbijo, Romunijo, Slovaško in Avstrijo, kjer je podjetje izvedlo številne napredne rešitve na področju (odpadnih) voda.

 

Voda pa je za Siemens tudi osrednja tema prihodnosti. Vsem nam je namreč samoumevno, da iz pipe priteče čista, pitna voda, o tehnologiji, ki jo zagotavlja, pa skoraj ne razmišljamo. To pa se vse bolj spreminja, tudi zato, ker se vrednost vode kot vira povečuje, trajnostno ravnanje z njo tako v okviru lokalnih skupnosti kot na področju industrije pa postaja vse pomembnejše. "Voda mora biti čista, oskrba z njo pa visoko zanesljiva. Z inovativnimi in zanesljivimi tehnologijami lahko to dosežemo tudi v prihodnosti," pravi Schöfberger. Temu trendu daje zagon tudi dvig okoljske ozaveščenosti, saj bo zaradi podnebnih sprememb in varovanja naravnih virov vse pomembneje zmanjšati izgube vode, pridobivati nove vire pitne vode s čiščenjem vode ter zmanjšati  izpuste v okolje.

Voda mora biti čista, oskrba z njo pa visoko zanesljiva. Z inovativnimi in zanesljivimi tehnologijami lahko to dosežemo tudi v prihodnosti.
Werner Schöfberger, vodja enote za avtomatizacijo procesov poslovnega področja Digital Industries v podjetju Siemens Avstrija

Siemens je sodeloval pri energetski optimizaciji čistilne naprave za Dunaj.

Rešitve za celotni življenjski cikel 

Življenjski cikel vodovnega sistema lahko razdelimo na naslednje faze: načrtovanje, gradnja, obratovanje, servis in vzdrževanje ter modernizacija. Siemensove rešitve pokrivajo vse naštete faze. "V vsakem primeru pa mora biti tehnologija optimalno prilagojena in izkoriščena, če želimo zagotoviti zmerno uporabo vode kot naravnega vira," poudarja vodja področja rešitev za gospodarjenje z vodami in odpadnimi vodami pri Siemensu Avstrija Gottfried Bauer. Poleg tega je potrebno upoštevati tudi dejavnik časa, na primer s pomočjo integriranih inženirskih orodij v programski opremi COMOS in SIMATIC PCS 7 ali s specifično SIMATIC-ovo industrijsko knjižnico za oskrbo z vodo. Inteligentne avtomatizacijske in programske rešitve optimizirajo učinkovitost pri načrtovanju in obratovanju sistema ter jo povečujejo v vodovodnih in kanalizacijskih omrežjih, simulirajo stanje naprav in omrežja ter so v pomoč pri identifikaciji izgub in iztekanja vode. Vse to prispeva k večji zanesljivosti in varnosti oskrbe z vodo ter hkrati optimalni porabi virov in energije. Poleg integriranih pogonskih sistemov, programske opreme za upravljanje zmogljivosti in bremen ter posebnih regulatorjev (MPC – modelno-prediktivno multivariabilno vodenje) te rešitve na primer omogočajo tudi energetsko učinkovito upravljanje prezračevanja v čistilnih napravah.

Če voda ne prihaja s hribov oziroma iz tal, si je potrebno pomagati s črpalnimi postajami. Siemensova krmilna in merilna tehnika ter senzorji zagotavljajo zanesljiv dotok vode do porabnika. Krmilni sistem črpalke je mogoče optimizirati glede na ceno električne energije, upravljanje bremen ter stopnjo izkoriščenosti. Črpalne postaje so tudi opremljene s Siemensovimi inteligentnimi pogonskimi sistemi, kot so motorji ali frekvenčni pretvorniki, ki zagotavljajo optimalno delovanje naprav. Seveda pa so vsi sistemi, od merilne tehnike, prenosa podatkov, pa do sistemov za vodenje procesov, izdelani v skladu z najnovejšimi zahtevami glede varnosti sistemov. 

 

Sistem oskrbe z vodo se velikokrat šteje za kritično infrastrukturo, za velike dobavitelje pa poleg tega veljajo še posebna zakonska določila. Siemensovi sistemi so popolnoma prilagojeni področju uporabe, tako glede varnosti prenosa podatkov kot tudi glede kibernetske varnosti, redundance in visoke razpoložljivosti. Poleg tega pa sta stalen nadzor in optimizacija varne energetske oskrbe vse pomembnejši za pravilno ukrepanje v primeru izpada dobave.   

 

Pomembni merili pri vprašanju oskrbe s pitno vodo sta stabilnost in varnost. Da bi ustrezal tema meriloma, je dunajski občinski oddelek 31 za oskrbo z vodo oziroma Wiener Wasser, leta 2017 predal v uporabo nov glavni računalnik, ki ga je dobavil Siemens. V nadzornem centru Wiener Wasser se zbirajo vsi podatki in informacije iz razvejanega vodovodnega omrežja. Skupno to pomeni okoli 48.000 signalov, kot so na primer nivo vode, podatki o porabi energije ter sporočila o obratovanju in napakah, ki se obdelujejo preko široko razvejanega podatkovnega omrežja v večkratno redundantnih strežniških sistemih. Z novim glavnim računalnikom je mesto Dunaj storilo velik korak naprej v smeri trenda "voda 4.0". S pomočjo Siemensovega orodja za upravljanje življenjske dobe izdelkov COMOS je integracija komponent elektrotehnike, merjenja, nadzora in upravljanja potekala že v fazi načrtovanja in inženiringa, vse informacije o napravi pa so bile shranjene v platformi COMOS.  

 

Če sveža voda priteče s hribov, zaradi naravnega padca toka razpolaga z veliko energije, ki se jo lahko izkoristi v obliki elektrarn na pitno vodo. Med primeri lahko omenimo oba visokogorska vodovoda na Dunaju in že realizirane projekte v Salzburgu, na Tirolskem in Predarlškem. Za zagotavljanje tega še posebej čistega vira energije je Siemens dobavil opremo, ki obsega generatorje, tehnologijo za upravljanje strojev ter tehnologijo za distribucijo energije in nadzor na daljavo.  

 

Pri pridobivanju pitne vode iz rek ali vodnjakov je praviloma potrebno čiščenje vode (npr. odstranitev trdih delcev, dezinfekcija itd.). Tudi tu Siemens podjetjem za oskrbo s pitno vodo lahko ponudi širok nabor znanj na področju ustrezne tehnologije. Sicer pa je obdelava vode za Siemens pomembna tema tudi na področju daljinskega ogrevanja. "Pri tem je vodo, ki se uporabi za dovajanje toplote, potrebno najprej obdelati, saj bi sicer povzročila številne poškodbe na vodih daljinskega ogrevanja," razloži Blumauer. Na splošno se mu zdi, da obdelava vode ter s tem povezana avtomatizacija procesov predstavljata tržišče prihodnosti za njegovo podjetje, še toliko bolj, ker v številnih industrijskih branžah postavljajo vedno višja merila za kakovost procesne vode. To še posebej velja za proizvodnjo hrane in pijače ter kemično in farmacevtsko industrijo.

Siemens ponuja inteligentne rešitve za celoten proces dobave vode, ki omogočajo povečanje učinkovitosti, znižanje stroškov in energetske prihranke. 

S Siemensom do ekološke elektrarne

S površino v velikosti Vatikana očisti dunajska centralna čistilna naprava vse odpadne vode v avstrijskem glavnem mestu. Okoli dve tretjini energetske porabe čistilne naprave sta potrebni za mikroorganizme, ki iz odpadnih vod odstranjujejo nečistoče. Siemens je z mestom Dunaj sodeloval pri energetski optimizaciji naprave. V ta namen je dobavil nadzorno, merilno, analitično in stikalno tehnologijo ter nizko in srednje napetostne stikalne naprave. Naročilo je bil del projekta E_OS 2020 (Energetska optimizacija obdelave blata), ki je največji okoljski projekt mesta Dunaj. Z uporabo plina, pridobljenega iz čistilne naprave, lahko zdaj energijo, ki je potrebna za čiščenje odpadnih vod s pomočjo mikroorganizmov, v celoti proizvedejo na območju naprave. Posebej učinkovit postopek znižuje porabo energije pri razkroju blata in nastajanju plina v čistilni napravi.

Pitna voda iz morske vode 

Nasprotno pa imajo države na Bližnjem vzhodu na voljo omejeno količino pitne vode neposredno iz vodnjakov ali vodnih zajetij. Ena od dodatnih možnosti za pridobivanje pitne vode je razsoljevanje morske vode. 

 

Siemens ima v tem segmentu številne izkušnje. "Naše izkušnje in naše tehnologije zagotavljajo energetsko optimalno delovanje naprav z racionalno rabo virov," poudari Schöfberger. Za upravljalce naprav so predvsem pomembni stroški obratovanja. "Tu je pomembno poznavanje vseh vzvodov in nastavitev v nekem kompleksnem procesu, s čimer se zagotovi optimalen rezultat za kupca," doda Blumauer. Če pa so poleg tega na voljo še velike, nezasedene površine, se velike potrebe po električni energiji lahko pokrivajo s sočnimi elektrarnami - kot kaže naslednji primer. 

 

"Že leta 2017 smo po naročilu družb Rawafid Industrial in Advanced Water Technology (AWT) na obali Perzijskega zaliva postavili obrat za pridobivanje pitne vode," pravi Schöfberger. Naprava za razsoljevanje vode z obratno osmozo Al Khafji na severovzhodu Savdske Arabije je največja tovrstna naprava na sončni pogon na svetu. Skupna zmogljivost naprave znaša 60.000 kubičnih metrov sladke vode na dan. 

 

Uspeh na projektu Al Khafji je botroval še drugim projektom, na primer projektu Sorek 2 (Izrael), ki s čisto pitno vodo oskrbuje preko 1,5 milijona ljudi ter prav tako vsebuje tehnologijo za avtomatizacijo procesov PCS 7. 

 

Siemens Avstrija pa sodeluje še pri enem velikem projektu v Savdski Arabiji. Gre za postavitev naprav za pripravo vode na osmih različnih lokacijah vzdolž zahodne obale države. Skupna zmogljivost naprav za razsoljevanje morske vode znaša približno 240.000 kubičnih metrov na dan. Tako kot že postavljena naprava, bodo tudi načrtovane naprave imele porabo energije v višini samo treh kilovatov na kubični meter, kar je manj kot običajno in bo omogočilo občutne energetske prihranke. Siemens je dobavil celotno tehnologijo za avtomatizacijo procesov na osnovi SIMATIC PCS 7. Obseg dobave vključuje še inženiring strojne in programske opreme, pretvornike za srednjo in nizko napetost, opremo za industrijsko ethernet omrežje, procesno instrumentacijo, distribucijo srednje in nizke napetosti ter zagon naprav. 

Naprava za razsoljevanje Al Khafji na severovzhodu Savdske Arabije je največja tovrstna naprava na sončni pogon.

Varovanje vode kot pomembnega vira ter boj proti podnebnim spremembam lahko sedaj optimalno povežemo z energetskimi prihranki in optimizacijo procesov.
Gilbert Schreiber, vodja prodaje in digitalizacije na področju vod in odpadnih vod v podjetju Siemens Avstrija

Digitalni dvojček čiščenja odpadnih vod 

Siemens je dobavil celotni paket elektrotehnike in avtomatizacije za čistilni napravi Oroslavje in Zlatar Bistrica na Hrvaškem. Prvič v regiji je bil za obe napravi nameščen program gProms za spletno simulacijo delovanja. Ta programska oprema za simulacijo in optimizacijo lahko upodobi vse redne procese v tehnologiji vode in omogoča napovedovanje prihodnjega delovanja ter optimizacijo med samim delovanjem. Upravljalci naprav imajo koristi od izboljšanih proizvodnih procesov na osnovi informacij v realnem času in optimalnega upravljanja procesov.

Digitalizacija in upravljanje vod

Z inovativnimi visoko tehnološkimi metodami merjenja, internetnimi prenosi podatkov po celem svetu ali samoučečimi se digitalnimi sistemi se tudi za področje upravljanje voda odpirajo popolnoma nove možnosti. "Varovanje vode kot pomembnega vira ter boj proti podnebnim spremembam lahko sedaj optimalno povežemo z energetskimi prihranki in optimizacijo procesov," pove Gilbert Schreiber, ki je pri Siemensu odgovoren za prodajo in digitalizacijo na področju voda in odpadnih voda. "Pri tem ne gre za to, da popolnoma predelamo obstoječe naprave, ampak da jih v dobro njihovih upravljalcev opremimo z inteligentnimi funkcijami." 

 

Klasičen primer tega je tehnologija digitalnih dvojčkov. Ta s pomočjo programskih orodij omogoča izdelavo digitalnega dvojčka vodovodnih omrežij ali naprav za obdelavo vode, in sicer od nadzora naprav pa vse do simulacije celotnih tehnoloških procesov (glej okvir). Seveda tehnologija omogoča tudi bolj usmerjeno izobraževanje zaposlenih za nujne primere, simulacijo posledic močnih nalivov dežja in optimizacijo porabe energije, kar pomaga pri omejevanju tveganj. "Naš portfelj se sedaj lahko uporabi z vidika celotnega procesa naprave. Varne, stabilne funkcije je nadomestila optimizacija," pravi Schreiber. 

Puščanje v ceveh vodovoda je pri oskrbi s pitno vodo stalen problem. To pomeni ne samo izgubo temeljito očiščene pitne vode, ampak ima lahko za posledico tudi poškodbe na infrastrukturi. Ob naraščanju prebivalstva v mestih in pomanjkanju vode zaradi podnebnih sprememb je zaradi visokih izgub lahko tudi ogrožena oskrba z vodo. 

 

V nekaterih mestih Vzhodne Evrope znaša ta izguba tudi 50 % ali več, pri čemer so za večino izgub kriva številna manjša puščanja v ceveh. Odkrivanje teh puščanj v razvejanih vodovodnih omrežjih z deloma na tisoče kilometrov dolgimi cevovodi je za ekipe, ki se s tem ukvarjajo, težko in zapleteno hkrati. "Siemens ponuja rešitev, ki omogoča odkrivanje obstoječih puščanj za celotno vodovodno omrežje v enem koraku ter hkrati odkrivanje novih preko spletnega orodja," predstavi Schreiber ustrezno učinkovito rešitev.  

 

Posebni radarski signali, ki imajo zadostno globino prodiranja v tla in jih okoliške stavbe ne zasenčijo, ponujajo možnost satelitskega zaznavanja puščanj v vodovodnih omrežjih. V povezavi z mednarodno že uveljavljeno tehnologijo Siemensove partnerske družbe se nato ustvari zemljevid, ki morebitne lokacije puščanja prikaže v obliki aplikacije.  

 

"Pri pilotnem projektu v Pragi smo preiskali območja v starem delu mesta, ki so tudi za lokalne ekipe predstavljala težavo. V roku samo nekaj dni smo nato našli skoraj 30 mest, kjer je že prišlo do puščanja cevi," zaključi Gilbert Schreiber. 

 

Za tekoče spremljanje novonastalih puščanj pride nato v poštev sistem SIWA LeakPLus. Ta na osnovi meritev omrežja (pretok, pritiski) oziroma hidravličnih modelov zazna tudi najmanjše spremembe v karakteristikah podatkov ter jih primerja z obstoječimi podatki. V primeru puščanja ekipa prejme natančna navodila, za kakšno vrsto dogodka gre in kje v omrežju je ta nastal.

Radarska tehnologija omogoča sistematično odkrivanje puščanja cevi v vodooskrbnem omrežju – sistem je bil med drugim uspešno uporabljen v Pragi. 

Sneg ob pravem času

Zaradi globalnih podnebnih sprememb je pričakovati nadaljnje zmanjševanje količine snega in posledično neustrezne snežne razmere na smučiščih. Da bi zagotovili optimalne pogoje na smučarskih progah, zadostili zahtevam našega časa ter zagotovili ustrezno varnost, morajo upravniki smučišč pripraviti tehnični sneg. Pri izpolnjevanju te naloge jim pomaga Siemens s svojimi dolgoletnimi izkušnjami na področju učinkovite in trajnostne avtomatizacije snežnih naprav. K upravljanju zasneževanja spada tudi prilagoditev količine izdelanega snega po posameznem snežnem topu, kar pomembno prispeva k varčevanju energije in virov med obratovanjem naprav. Primer takega projekta je razširitev obstoječega sistema za zasneževanje družbe Schmittenhöhebahn AG v Salzburgu. Da bi zagotovili optimalno oskrbo z vodo v severnem delu smučišča, je družba v sezoni 2019/2020 postavila novo vodovodno napeljavo. Projekt je obsegal ureditev vodnega zajetja s črpalno postajo na jezeru Zell (Zeller See) ter dodatno črpalno postajo na planini Sonnenalm za optimalno delovanje vodnih pip na smučarskih progah.