Od 2010 roku oczyszczalnia ścieków Marselisborg nie skupia się na minimalizowaniu zużytej energii, lecz na maksymalizacji jej nadwyżki. Obecnie zakład produkuje nadwyżkę netto zarówno energii elektrycznej, jak i cieplnej, dostarczając ją do miejskiego systemu ogrzewania w drugim pod względem wielkości mieście w Danii, Aarhus. Ślad węglowy został zmniejszony o 35%.
Zakłady oczyszczania ścieków i uzdatniania wody są z reguły największym, pojedynczym konsumentem energii elektrycznej w przypadku miast. Procesy oczyszczania ścieków i uzdatniania wody odpowiadają zazwyczaj za zużycie energii elektrycznej na potrzeby miasta na poziomie 25–40%. Wysokie zużycie energii jest związane z energochłonnymi procesami oraz cyklem pracy ciągłej — przez całą dobę, 365 dni w roku.
W ciągu ostatnich lat skupiono się na opracowywaniu nowych procesów oraz strategii kontroli w celu zmniejszenia zużycia energii w przeliczeniu na litr wody poddanej obróbce. Jednakże jednoczesne zwiększenie wymagań związanych z jakością oczyszczania ścieków i uzdatniania wody, na przykład usuwanie składników odżywczych, wpłynęło na zwiększenie zużycia energii netto.
Optymalizacja bilansu energetycznego
Procesy oczyszczania ścieków i uzdatniania wody charakteryzują się dużą zmiennością obciążenia podczas cyklu dobowego oraz sezonowo w ciągu roku. Z tego powodu zapotrzebowanie na przetwornice częstotliwości kontrolujące dmuchawy, pompy i inne urządzenia z napędem stopniowo się zwiększyło w celu spełnienia oczekiwań.
Od 2010 roku przedsiębiorstwo Aarhus Water intensywnie współpracuje z konsultantami ds. środowiska wodnego, aby poprawić bilans energetyczny oczyszczalni ścieków Marselisborg.
Kluczowe elementy strategii:
- Optymalizacja procesu usuwania azotu za pomocą sterowania online opartego na czujnikach. Przetwornica częstotliwości dostosowuje poziom napowietrzenia do zapotrzebowania. Taki system kontrolny zmniejsza poziom zużycia energii oraz zwiększa ilość węgla w systemie.
- Wymiana tradycyjnych dmuchaw na urządzenia wysokoprędkościowe. Dzięki tej zmianie możliwa jest dalsza redukcja poziomu zużycia energii w procesie napowietrzania.
- Kontrola wieku osadów aerobowych jako funkcja temperatury i obciążenia w zakładzie. W tym wypadku przetwornica częstotliwości kontroluje pompy osadów powrotnych, co jest kluczowym elementem redukcji energii i zwiększenia pozyskanego węgla w systemie.
- Modernizacja procesu skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej z efektywnością energetyczną wynoszącą 90%.
Te zmiany wraz z ulepszeniami obejmującymi efektywną produkcję energii elektrycznej oraz cieplnej w oparciu o metan wydobyty w ramach procesu fermentacji osadów aerobowych wpłynęły na imponujące wyniki:
- produkcja energii elektrycznej na poziomie 130% (30% nadwyżki energii elektrycznej);
- nadwyżka produkcji energii cieplnej wynosząca około 2,5 GWh/rok.
VLT® w każdym kącie
Przetwornice częstotliwości są montowane na prawie każdym urządzeniu obrotowym wyposażonym w silnik AC w oczyszczalni ścieków Marselisborg: dmuchawach, pompach, mieszalnikach i pompach odprowadzających wodę. Przetwornice częstotliwości umożliwiają zakładowi dostosowywanie się do zmian obciążenia z maksymalną elastycznością. Ponad 100 silników jest kontrolowanych przez przetwornice częstotliwości VLT® w Marselisborg.
Wizja wytwarzania energii
Celem miasta Aarhus jest dalsze zwiększenie ilości wytwarzanej energii oraz wytwarzanie tak dużej nadwyżki energii z oczyszczania ścieków i uzdatniania wody, aby spełniła wymagania energetyczne związane z dostawą wody pitnej w mieście. Dzięki temu największy konsument energii stanie się miastem samowystarczalnym energetycznie.