Optimering af indvinding på kildepladser - Danish Water Forum

danishwaterforum.dk

Optimering af indvinding på kildepladser - Danish Water Forum

Optimering af indvinding kildepladser

Henrik Madsen

DHI


Drift og styring af kildepladser

Optimering af vandindvinding kildepladser i forhold til

– Ressourceforbrug (tid, materialer, mv)

– Energiforbrug

– Vandkvalitet

– Afsænkning af grundvandsmagasin

– Påvirkning af vandløb

– Trykforhold i råvandsledningsnet

• Kildepladsen er dynamisk

– Tilsætning af boringer

– Belægninger i rør

– Ændringer i pumpekarakteristika

– Hydrologisk variabilitet

– Ændringer i vandkvaliteten

• Behov for løbende tilpasning af driften for at sikre optimal drift


Kildepladsmodel

Dynamisk kobling af:

• Hydrologisk model (MIKE SHE)

• Ledningsnetmodel (EPANET)

• Brøndmodel

Integreret med:

• Energiberegningsmodul

Optimeringsmodul

[Falk and Madsen, 2011]

Water

works


Energioptimering - Birkerød Vandværk

• 9 boringer

• Årlig indvinding

1.4 mill m 3


Evaluering af pumpedrift – eksisterende

pumper

Energy consumption [kWh/h]

140

120

100

80

60

40

20

0

All pump combinations

Energy saving

potential: 22%

0 100 200 300 400 500 600 700

Pump rate [m3/h]


Evaluering af pumpedrift – nye pumper

Energy consumption [kWh/h]

120

100

80

60

40

20

0

All pump combinations

0 100 200 300 400 500 600 700

Pump rate [m3/h]


Energioptimering

Scenario Energy

consumption

[kWh]

Reduction

compared to

2008 operation

[%]

Operation during 2008 267.000 -

Optimised operation with present

pumps

Optimised operation with new

pumps

249.000 7

192.000 -

200.000

Investering i nye pumper: tilbagebetalingstid ca. 5 år.

25-28


Opskalering til landsplan

• Til vurdering af opskaleringen er der udvalgt data fra 43 vandforsyninger

fra DANVAs 2008 benchmarking

• Vurderet energibesparelse ved udskiftning af pumper og optimering af

driften

– 22 GWh/år

– 11 % af det samlede årlige energiforbrug i vandforsyningssektoren

[Refsgaard et al., 2009]


Søndersø well field

Production wells

Protective wells

Observation wells

[Hansen et al., 2011]

Air field (contaminated)

Model domain (7x5 km)

Water works

• 3 well fields, 21 wells

• Annual abstraction: 8

million m 3

Groundwater model

• Local model based on

the regional Zealand

model

• Boundary conditions

from regional model

Calibration data

• 8 months of high

resolution data from the

SCADA system


x

sim

obs

Model calibration


Optimisation

Dh 1

Dh 2

Dh 3

East

(8 submersible pumps)

West

(3 submersible pumps)

• Operation objectives

– Maximise gradient

towards air field

– Minimise energy

consumption

– Subject to given water

abstraction

• Control variables

– Pump settings (on/off or

frequency regulated)


Optimisation results

Current

operation

Existing on/off pumps

Maximise gradient

New pumps

40%


F&U projekter

Well field optimisation

• Det Strategiske Forskningsråd,

Programkomiteen for Bæredygtig Energi og

Miljø (2007-2010)

Energioptimering kildepladser

• DANVA F&U projekt om energibesparelser i

vandsektoren (2008-2009)


Referencer

• Falk, A.K., Madsen, H., 2011, A well field model based on a dynamic coupling

between a pipe network model and a groundwater model, Environmental

Modelling Software, Submitted.

• Hansen, A.K., Madsen, H., Bauer-Gottwein, P., Falk, A.K., Rosbjerg, D., 2011,

Multi-objective optimization of the management of a waterworks using an

integrated well field model, Hydrology Research, In Press.

• Hansen, A.K., Madsen, H., Bauer-Gottwein, P., Falk, A.K., Rosbjerg, D., 2011,

Optimisation of well field operation: Case study Søndersø waterworks, Denmark,

Journal of Water Resources Planning and Management, In Preparation.

• Refsgaard, A., Sidenius, S., Baggerman, P., Madsen, H., Falk, A.K., Saabøll, H.,

2009, Energibesparelser kildepladsen – Yes, we can!, DanskVand, 7, 52-55.


Optimering af indvinding kildepladser

Henrik Madsen

hem@dhigroup.com