Titel: Meten, monitoring en gegevensbeheer spaart kosten en milieu
Auteurs: Ivo Pothof, Deltares en verbonden aan leerstoel Urban Drainage TU Delft. Raymond de Wit, Waterschapsbedrijf Limburg Johannes Vijlbrief, Waterschap Scheldestromen Erik Blokzijl, Gemeente Almere Bert Palsma, STOWA
Inleiding Op 20 maart 2012 hebben Deltares en Stowa een thema-middag Afvalwatertransport georganiseerd tijdens de Rioleringsvakdagen in de Evenementenhal in Gorinchem. Sinds de uitgave van het CAPWAT Handboek in juni 2010 is een brede Community of Practice opgebouwd rond het thema Afvalwatertransport. Sindsdien zijn er 4 workshops en 4 themamiddagen georganiseerd. Met ruim 75 deelnemers werd in Gorinchem een groot deel van de middag besteed aan praktijk-ervaringen met monitoring van het hydraulisch functioneren van afvalwaterpersleidingen. Raymond de Wit (WS Limburg) hield een presentatie over een tijdelijk monitoring-project waarmee een flinke uitbreidingsinvestering van orde 1 miljoen € uitgespaard kon worden. In de discussie werd door Waternet een oproep gedaan om prestatie-indicatoren structureel te monitoren, omdat er nu te veel beslissingen ad hoc onderbouwd worden, terwijl de meetdata voor een degelijke onderbouwing wel voorhanden is. Johannes Vijlbrief (WS Scheldestromen) toonde onder andere aan dat automatische validatie essentieel is voor bruikbare prestatie-indicatoren. Erik Blokzijl (gem. Almere) betoogde dat een persdrukmeter minstens zo belangrijk is als een debietmeter in een rioolgemaal. Het doel van dit artikel is om de meerwaarde te laten zien van geautomatiseerde verwerking van reguliere meetdata, kortweg monitoring. De meerwaarde van monitoring van het afvalwatertransport en de afvalwaterketen gaat veel verder dan enige energiebesparing. Monitoring-data kan ook gebruikt worden om nut en noodzaak van vervangings- en uitbreidingsinvesteringen te onderbouwen. Bovendien kan monitoring-data gebruikt worden om toestandsafhankelijk onderhoud uit te voeren. Alleen meten is dus niet genoeg om te weten hoe het afvalwatersysteem functioneert. De drietrapsraket van meten, monitoring en goed gegevensbeheer leidt tot miljoenen besparingen in energie, investeringen en onderhoud. De meetdata op gemalen en persleidingen worden momenteel hoofdzakelijk gebruikt voor de aansturing van de pompen en voor het afgeven van storingsmeldingen. Meetdata worden uitsluitend voor specifieke projecten hergebruikt en geanalyseerd. Een automatische vorm van analyse van meetdata wordt niet uitgevoerd bij waterschappen of gemeenten. De kern van het idee is om de meetdata, die toch al regulier verzameld worden, automatisch te analyseren, zodat nuttige informatie verkregen wordt over het functioneren van het afvalwatertransportsysteem. Voor sommige analyses zijn rekenmodellen onontbeerlijk; deze vorm van data-analyse en gegevensbeheer valt in de categorie Data-Model-Integratie (DMI). In de volgende paragrafen zullen we enkele prestatie-indicatoren en data-analyses benoemen en een aantal toepassingen per prestatie-indicator (PI) aangeven. De technische details van alle genoemde prestatie-indicatoren zijn uitgewerkt in een Stowa rapportage (Kooij, C, Pothof,I.W.M., Prestatie-indicatoren voor afvalwaterpersleidingsystemen, 2012). In het eerste voorbeeld gaan we uit van een gemaal, aangesloten op een gemengd stelsel, met toerengeregelde pompen en sturing naar een streefdebiet, dat ingesteld wordt op basis van het kelderpeil. Hoe hoger het kelderpeil, des te groter is het streefdebiet, wat uiteraard gemaximeerd wordt op het ontwerpdebiet. Als een groot aantal gemalen deze regeling heeft,
dan wordt gegarandeerd dat de hydraulische capaciteit van de zuivering niet overschreden wordt. Tijdens een DWA periode blijft het streefdebiet meestal kleiner dan het ontwerpdebiet. Toch zou de beheerder willen weten of het ontwerpdebiet nog bereikt kan worden als die zware zomerbui begint. Hij/zij kan dit grof inschatten o.b.v. het toerental, maar een PI voor de gemaalcapaciteit verschaft permanent dit inzicht. Uit de reguliere metingen van het pompdebiet, het kelderpeil, het pomptoerental en enkele systeemeigenschappen kan afgeleid worden welk percentage van het ontwerpdebiet nog gehaald kan worden. Een tijdreeks van deze PI laat direct zien hoe het gemaal functioneert en of nog aan een bepaalde afvoerverplichting voldaan kan worden. Hiermee worden onnodige overstorten voorkomen. De PI Capaciteit kan bovendien gebruikt worden om het onderhoud aan gemaal en persleiding toestandsafhankelijk te maken, wat over het algemeen een flinke kostenbesparing kan opleveren. Als bovendien de persdruk gemeten wordt, dan kunnen twee aanvullende prestatie-indicatoren afgeleid worden: de PI Leidingweerstand en de PI Pompkromme. Deze twee indicatoren geven meer specifieke informatie over het functioneren van de persleiding en het gemaal. Als de PI Capaciteit een teruglopende trend laat zien, dan kunnen de PI Leidingweerstand en Pompkromme gebruikt worden om de oorzaak van een probleem te achterhalen. Als de PI Leidingweerstand geleidelijk terugloopt in de tijd, dan is dit een indicatie dat luchtaccumulatie of sedimentatie optreedt. Hiermee kan overmatige aantasting van de leidingwand ter plekke van luchtophopingen vroegtijdig gesignaleerd worden. Een verandering van de PI Pompkromme kan een indicatie zijn dat een pompwaaier aan het slijten is, maar de PI Pompkromme zou ook onder bepaalde bedrijfsomstandigheden kunnen terugvallen en onder andere omstandigheden weer oplopen. Te denken valt aan een plotselinge verslechtering van de aanstroming van de pomp boven een bepaald toerental of wanneer een specifieke pomp in bedrijf is. Dergelijke zaken komen aan het licht als de prestatie-indicatoren niet alleen in de tijd uitgezet worden, maar ook als functie van de bedrijfsconfiguratie grafisch in beeld gebracht kunnen worden. Ook deze PI's kunnen weer aanleiding zijn voor specifieke onderhoudsmaatregelen, ingeval bepaalde een waarde onderschreden wordt. Deze systematische en geautomatiseerde analyse van reguliere meetdata kan niet alleen gebruikt worden om het functioneren van het afvalwatertransportsysteem in de tijd te volgen, maar ook om de uitgangspunten te toetsen van het huidige systeem, wat weer tot verbeterde uitgangspunten leidt voor toekomstige systeemaanpassingen. Zo kunnen de registratie van de verpompte volumes en kelderpeilen gebruikt worden om typische dagpatronen voor de DWA aanvoer af te leiden. Hiermee kunnen het dagvolume per IE en de piekfactor geverifieerd worden en de aanvoer vanuit industriële lozingen bepaald worden. Zo wordt voorkomen dat onnodig of veel te vroeg investeringen gedaan worden om de capaciteit uit te breiden. Een dergelijke analyse heeft Waterschapsbedrijf Limburg al een besparing opgeleverd van orde 1 miljoen € op één enkele persleiding. Het laatste voorbeeld betreft de PI Specifiek Energieverbruik; deze PI wordt bepaald uit het energieverbruik per verpompte m3 afvalwater. Een dergelijke PI is erg nuttig om de effecten van systeem-aanpassingen te kwantificeren en te verifiëren in de praktijk. Een vernieuwing of renovatie van een pomp kan zo'n aanpassing zijn, maar ook het toevoegen van een toerenregeling aan een gemaal of de installatie van een slimmere globale regeling. Gemeente Almere heefteen toerengeregeld gemaal tijdelijk teruggezet naar een vasttoerental om het aanvoerpatroon te kunnen vaststellen; de gewijzigde bedrijfsvoering was nodig, omdat geen debietmeter geïnstalleerd was. De monitoring van het specifieke energieverbruik liet onmiddellijk zien dat het energieverbruik met de vasttoerental pomp opliep van 0.22 kWh/m 3 naar 0.25 kWh/m3; een toename van 14%. Op enige termijn zal de toegenomen kennis over het daadwerkelijke functioneren ook ingezet worden om de aanvoer van afvalwater beter op de zuivering af te stemmen, zodat het functioneren van de gehele afvalwaterketen aantoonbaar en transparant verbeterd kan worden. Het meten en monitoren van afvalwaterpersleidingen leidt dus niet alleen tot meer inzicht in het daadwerkelijke functioneren, maar ook tot aanmerkelijke kostenbesparingen en efficiency verbetering. Kortom reguliere metingen analyseren, rapporteren en beheren levert veel geld op!
Leg een fundament onder het beheer van uw transportleidingen en ga uw reguliere metingen analyseren! Debieten op papier komen zelden overeen met debieten in de praktijk, Capaciteiten op papier komen zelden overeen met capaciteiten in de praktijk Transparantie op papier komt zelden overeen met transparantie in de praktijk. In die praktijk kunt u geld besparen, en de capaciteit van uw beheerders beter inzetten. De concrete toepassingen van DMI zijn in onderstaande tabel samengevat. Tool PI – Capaciteit van systeem. Analyseert wat de maximale transportcapaciteit zou zijn. Herkent capaciteitsverlies in vroeg stadium.
PI – Leidingweerstand. Analyseert obv debiet en persdruk de leidingweerstand en vergelijkt deze met een referentiewaarde.
PI – Pompkromme
PI – Specifiek energieverbruik (kWh/m3)
DWA patronen bepalen per werkdag/weekenddag/feestdag etc.
Toepassing + Voortdurend inzicht of nog aan afvoerverplichting kan worden voldaan. + Reductie van overstortvolumes. + Voorkomen van onnodige overstorten. + Vroegtijdig herkennen van luchtophoping of overmatige sedimentatie. + Snel herkennen van luchtophoping en aantasting van leidingwand. + Bruikbaar voor toestandsafhankelijk onderhoud en verbetering energieefficiency. + Tijdig herkennen van verminderde pompfunctie (voordat pomp in storing valt). + Effect van veranderingen kwantificeren, zoals pompvervanging, overgang op een toerenregeling of een geavanceerde globale regeling. + Toetsing van ontwerpuitgangspunten mbt wandruwheid, DWA volume per I.E., piekfactoren, etc. + Onderbouwing van nut en noodzaak van capaciteitsuitbreidingen. + Vroegtijdig herkennen en kwantificeren van regenwater-inloop in gemalen van gescheiden stelsel. + Waterbalans
Het functioneren van het afvalwaterstelsel kan grafisch worden weergegeven op een kaart door gemalen en persleidingen stoplichtkleuren te geven.
Ongefilterde en gefilterde tijdreeksen van prestatie-indicatoren. Geautomatiseerde en intelligente data-validatie is essentieel om zoveel mogelijk bruikbare datapunten voor de prestatie-indicatoren over te houden uit de ruwe SCADA data.
Hydraulic model
ruwe SCADA tijdseries
imports
scada series
filtering tijdseries actuele kentallen
centrale database
Hp N Hz etc.
Hydraulic model adapter referentie kentallen berekening PI’s
Operator Client Visualisatie PI (GUI)
PI’s, tijdseries
Conceptueel model voor de bepaling en visualisatie van Prestatie-indicatoren voor (afval)watertransportsystemen.
