Vedenjakeluverkoston automaation mallintaminen
Sunela, Markus (2010)
2010
Ympäristö- ja energiatekniikan koulutusohjelma
Luonnontieteiden ja ympäristötekniikan tiedekunta
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2010-10-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201010141339
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201010141339
Tiivistelmä
Vesilaitosten huononeva taloudellinen tilanne ja kiristyvä lainsäädäntö edellyttävät vesilaitoksilta entistä suurempaa panostusta energiatehokkuuteen ja veden laadun tarkempaa huomioimista. Nämä tekijät yhdessä kehittyneempien mallinnussovellusten tarjoamien uusien sovelluskohteiden kanssa ovat lisänneet mielenkiintoa verkostomallinnukseen.
Tässä diplomityössä laajennettiin Epanet-verkostomallia niin, että sen avulla on mahdollista mallintaa monimutkaisia erkostoautomaatiojärjestelmiä. Kehitetyillä työkaluilla mallinnettiin Tuusulan seudun vesilaitos kuntayhtymän (TSV) toiminta-alueen vesijohtoverkosto. Hydraulisen verkostomallin lisäksi mallinnettiin TSV:n verkostoautomaatio. Mallin avulla tutkittiin, millä tavalla ja miten paljon ohjaustapamuutoksilla voitaisiin säästää energiaa. Lisäksi mallilla tutkittiin veden viipymää ja alkuperää verkoston eri osissa. Työssä etsittiin myös uusia tapoja hyödyntää mallia ja varsinkin automaatiomallinnusta suunnittelussa ja operoinnissa.
Sekä verkosto- että automaatiomalli toimivat tarkasti todellisen järjestelmän tapaan. Saatujen tulosten perusteella TSV:n verkostoa ohjataan jo nyt tehokkaasti, mutta tässä tutkituilla ohjaustapamuutoksilla on mahdollista säästää energiaa joitakin prosentteja. Tutkittujen energiaa säästävien muutosten yhteisvaikutus on 6,5 %. Ennen säästötoimenpiteiden toteuttamista on kuitenkin syytä tutkia niiden vaikutuksia paineisiin ja toimintavarmuuteen tarkemmin.
Analyysien mukaan veden alkuperä verkoston eri osissa vastaa hyvin oletuksia. Mallinnettu veden viipymä sen sijaan oli paikoin paljon oletettua suurempi. Viipymä on kaikilla asemilla keskimäärin alle 48 tuntia, paitsi Pornaisissa noin kymmenen vuorokautta. Vesitorneissa viipymä vaihtelee 35:stä 145 tuntiin.
Automaatiomallinnus avaa joitakin kokonaan uusia sovellusmahdollisuuksia esimerkiksi verkoston operoinnissa sekä automaatiosuunnittelun ja operaattoreiden kouluttamisen apuvälineenä. Mallinnusta voidaan myös hyödyntää säätöalgoritmin osana, joko pehmoanturina tai ennusteiden laskemisessa. Uudet sovellukset edellyttävät kuitenkin mallinnussovellusten ja säätöalgoritmien kehittämistä. /Kir10
Tässä diplomityössä laajennettiin Epanet-verkostomallia niin, että sen avulla on mahdollista mallintaa monimutkaisia erkostoautomaatiojärjestelmiä. Kehitetyillä työkaluilla mallinnettiin Tuusulan seudun vesilaitos kuntayhtymän (TSV) toiminta-alueen vesijohtoverkosto. Hydraulisen verkostomallin lisäksi mallinnettiin TSV:n verkostoautomaatio. Mallin avulla tutkittiin, millä tavalla ja miten paljon ohjaustapamuutoksilla voitaisiin säästää energiaa. Lisäksi mallilla tutkittiin veden viipymää ja alkuperää verkoston eri osissa. Työssä etsittiin myös uusia tapoja hyödyntää mallia ja varsinkin automaatiomallinnusta suunnittelussa ja operoinnissa.
Sekä verkosto- että automaatiomalli toimivat tarkasti todellisen järjestelmän tapaan. Saatujen tulosten perusteella TSV:n verkostoa ohjataan jo nyt tehokkaasti, mutta tässä tutkituilla ohjaustapamuutoksilla on mahdollista säästää energiaa joitakin prosentteja. Tutkittujen energiaa säästävien muutosten yhteisvaikutus on 6,5 %. Ennen säästötoimenpiteiden toteuttamista on kuitenkin syytä tutkia niiden vaikutuksia paineisiin ja toimintavarmuuteen tarkemmin.
Analyysien mukaan veden alkuperä verkoston eri osissa vastaa hyvin oletuksia. Mallinnettu veden viipymä sen sijaan oli paikoin paljon oletettua suurempi. Viipymä on kaikilla asemilla keskimäärin alle 48 tuntia, paitsi Pornaisissa noin kymmenen vuorokautta. Vesitorneissa viipymä vaihtelee 35:stä 145 tuntiin.
Automaatiomallinnus avaa joitakin kokonaan uusia sovellusmahdollisuuksia esimerkiksi verkoston operoinnissa sekä automaatiosuunnittelun ja operaattoreiden kouluttamisen apuvälineenä. Mallinnusta voidaan myös hyödyntää säätöalgoritmin osana, joko pehmoanturina tai ennusteiden laskemisessa. Uudet sovellukset edellyttävät kuitenkin mallinnussovellusten ja säätöalgoritmien kehittämistä. /Kir10