IVL Svenska Miljöinstitutet

En digital tvilling i form av en dynamisk processmodell kan användas för flera syften under hela livscykeln av ett kommunalt eller industriellt reningsverk. Syftet med detta projekt var att (1) demonstrera möjligheter för och (2) identifiera behov och genomförbarhet med en digital tvilling hos de anläggningsägare som ingår i projektet.För att demonstrera möjligheter användes LEVA i Lysekils ombyggnadsprojekt för Långeviks reningsverk som fallstudie. Med dataunderlag från förstudien implementerades en processmodell av det framtida reningsverket i en kommersiellt tillgänglig mjukvara. Denna baseras på att den befintliga för- och efterbehandlingen behålls medan det biologiska reningssteget byggs om till en MBBR-process. Som indata till modellen (temperatur, flöde och koncentrationer på inkommande och försedimenterat vatten) beaktades de förutsättningar som angivits i det förfrågningsunderlag som LEVA tagit fram.

För att verifiera modellimplementeringen jämfördes modellresultaten med erfarenhetsbaserad kunskap om MBBR-processen. Resultaten visade att modellen i stort ger förväntade resultat vilket är viktigt för att verktyget skall få förtroende vid verklig tillämpning.Med den typ av digital tvilling som använts i projektet finns möjlighet att beskriva/modellera det inkommande avloppsvattnet med en högre detaljeringsgrad än vad som traditionellt görs vid ombyggnadsprojekt. För att demonstrera detta planerades och genomfördes en provtagningskampanj. Resultaten från denna var tyvärr inte tillförlitliga och därför användes i projektet standardvärden för inkommande vatten i projektet. Detta ökar osäkerheten i resultaten jämfört med om provtagningsresultaten hade funnits men förutsättningarna är fortfarande i enlighet med förfrågningsunderlaget.  

I projektet har det sedan visats att det är möjligt att kombinera den digitala tvillingen med LCA-data för att beräkna klimatpåverkan för olika processutföranden, styrstrategier, val av energikälla och insatsvaror. Detta presenteras som ett stöd för jämförelse av olika anbud vid upphandling även om det kräver mera förarbete av både beställare och entreprenörer. Ett exempel är att byta styrstrategi för dosering av kolkälla kan spara upp till 19 ton CO2-ekvivalenter på ett år. Den digitala tvillingen kan också användas av LEVA under hela den nya processlösningens livstid från design och upphandling till införande och justeringar av driftstrategier och slutligen som ett stöd vid kontinuerlig drift.Som påbyggnad till konventionell processmodellering demonstrerades slutligen möjligheten att köra simulering i realtid och med indata från en verklig process.

Implementeringen gjordes användarvänlig genom användning av mjukvaran Mediator som enkelt möjliggjorde sammankopplingen av signaler till/från ett styrsystem med kontaktpunkter definierade i simuleringsmjukvaran SIMBA#. Flera veckors stabil drift av systemet kunde visas. Tillämpningen anses dock för rudimentär för att kunna besvara frågor om krav på tidsupplösning, beräkningsprestanda och numerisk stabilitet. Under projektet genomfördes en behovs- och genomförbarhetsanalys genom informations- och kunskapsspridning vid ett flertal arbetsmöten och en avslutande workshop till vilken klustrets anläggningsägare bjöds in.