En bild från ombyggnaden av Henriksdals reningsverk, eftersedimenteringsbassäng till membranbassäng. Foto: Mikael Ullén/Stockholm Vatten och Avfall

Nyhet 2020-05-20

Digitala tvillingar säkrar driftsättningen av Stockholms nya reningsverk

Sommaren 2020 ska en helt ny reningsprocess tas i drift på Henriksdals avloppsreningsverk. Tidsschemat är pressat och reningsverket har krav på full reningsgrad dygnet runt, även under ombyggnationen, så det finns inget utrymme för misstag och förseningar. För att säkerställa att den nya processtyrningen fungerar optimalt redan från start tar Stockholm Vatten och Avfall hjälp av digitala tvillingar som IVL och Siemens har utvecklat.

– Att ha en digital kopia av processen är fördelaktigt ur flera perspektiv. Det innebär till exempel att vi kan testa och trimma in systemet i förväg och skaffa oss bättre beredskap att hantera eventuella störningar som kan påverka reningsgraden, säger Erik U. Lindblom, projektledare på IVL Svenska Miljöinstitutet.

Efter den stora ombyggnationen som pågår för fullt kommer Henriksdal att bli Sveriges största reningsverk. Verket som ligger insprängt i urberget i södra Stockholm kommer ha kapacitet att rena avloppsvatten för 1,6 miljoner personer. Det ska klara den växande befolkningen i staden och samtidigt minska utsläppen av övergödande ämnen till Östersjön.

En stor utmaning för reningsverken är att föroreningsbelastningen i det inkommande avloppsvattnet varierar kraftigt över dygnet. Vid regn kan inflödet bli fyra gånger högre än normalt och vid snösmältning sjunker temperaturen i vattnet vilket försämrar bakteriernas förmåga att rena vattnet i det biologiska reningssteget.

För att hantera svängningarna styrs reningsverket med hjälp av ett avancerat processtyrsystem. Mycket är automatiserat men systemet kräver ändå korrekt hantering och intrimning av de hundratals regulatorer och tusentals signaler som används i styrsystemet. Om fel inte uppmärksammas innan driftsättning kan det både vara svårt och tidsödande att felsöka och korrigera. Det kan också leda till oönskade utsläpp till vattenmiljön.

För att säkerställa att driften fungerar optimalt redan från start initierade IVL Svenska Miljöinstitutet ett utvecklingsprojekt tillsammans med Stockholm Vatten och Avfall och Siemens där en digital processtvilling används för att i förtid utvärdera och justera in processtyrningen. Projektet kallas VAT – Virtual Acceptance Test. Det sker genom att kombinera Siemens processtyrsystem PCS7 med dynamiska matematiska modeller i programvaran Matlab/Simulink som kan simulera både reningsresultat och resursförbrukning i realtid.

– Med den digitala tvillingen kan vi testa och verifiera det nya styrsystemet innan den verkliga idrifttagningen, säger Erik U. Lindblom.

Bättre beredskap för extremväder

Förutom att trimma in styrsystemen och korrigera eventuella fel kan den digitala tvillingen även användas för att göra prestandatest mot störningar som är svåra att generera i verkligheten. Det handlar om att öva sig på händelser som kanske inte inträffar så ofta, men som är viktiga både ur ett miljömässigt perspektiv och för samhället i stort. Till exempel behövs det beredskap att hantera kraftiga skyfall som kan orsaka översvämningar i våra städer. Det som i dag definieras som ett hundraårsregn, ett begrepp som betecknar en extremt kraftig nederbörd som statistiskt sett inträffar en gång på hundra år, kommer enligt prognoserna att inträffa oftare i framtiden och vara mycket kraftigare.

– Ett viktigt mål är att operativ personal och övriga projektdeltagare kan öva och utbildas i den nya styrsystemmiljön med den digitala processtvillingen. Det tror vi kommer att leda till en snabbare driftsättning med mindre problem men även till att vi har en bättre förberedelse att hantera driftstörningar och de extremväder som väntas bli vanligare i framtiden, säger Oscar Samuelsson på IVL, som också arbetar i projektet.

För mer information, kontakta:
Erik U. Lindblom, erik.u.lindblom@ivl.se, tel. 010-788 69 42
Oscar Samuelsson, oscar.samuelsson@ivl.se, tel. 010-788 66 64
Robert Wallin, robert.wallin@siemens.com, tel. 08-728 12 59

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Henriksdals reningsverk drivs av det kommunala bolaget Stockholm Vatten och Avfall. Reningen består av cirka tio reningssteg där både mekaniska, fysikaliska, kemiska och biologiska processer kombineras och varje processteg består av fem-tio parallella processlinjer. I den framtida toppmoderna reningsprocessen där membranfiltrering ingår minskar också halterna av många mikroföroreningar som läkemedelsrester och plastpartiklar. Det slam som produceras i reningsprocessen rötas till biogas och fordonsbränsle.

Dynamisk processmodellering och IVL. Redan under 1990-talet genomförde IVL och Stockholm Vatten och Avfall tidiga försök med att använda processmodeller, så kallade digitala tvillingar, i realtid, men det är först i nutid, med den pågående digitaliseringen, som modellerna nyttjas i praktiken för olika tillämpningar. Mellan år 2020-2025 kommer digitala processtvillingar att studeras vidare inom ett forskningsprojekt där flera reningsverk i Stockholm deltar samt IVL Svenska Miljöinstitutet, Lunds universitet och Uppsala universitet.