Điều khiển aeration thông minh AERsmart: phối hợp nhiều máy thổi khí để tiết kiệm điện

Trong xử lý nước thải sinh học, nhu cầu oxy của bể aeration dao động liên tục theo lưu lượng nước về và tải hữu cơ — thấp vào ban đêm, cao vào giờ cao điểm. Nếu mỗi máy thổi khí chạy độc lập ở một điểm làm việc cố định, cụm máy thường cấp dư khí ở lúc tải thấp và làm việc kém hiệu quả ở lúc tải cao.

AERsmart được Aerzen mô tả là “bộ điều khiển chủ thông minh” (intelligent master control) giải quyết đúng vấn đề này. Hệ thống nhận tín hiệu nhu cầu (lượng oxy hoặc lưu lượng yêu cầu) qua tín hiệu định mức hoặc kết nối bus, sau đó phân bổ lưu lượng tối ưu giữa các máy dựa trên dữ liệu đặc tính và hiệu suất từng máy đã lưu trong thuật toán. Mục tiêu là cụm máy lắp đặt vận hành gần với điểm hiệu suất tốt theo cấu hình cho phép, ở cả mức tải thấp, trung bình và cao.

Cơ chế cốt lõi của điều khiển đa máy thổi khí là “demand-based control” — cấp khí theo nhu cầu. AERsmart đọc tín hiệu nhu cầu oxy của bể (thường liên kết với cảm biến DO — oxy hòa tan), tính ra tổng lưu lượng cần, rồi quyết định: bật bao nhiêu máy, máy nào chạy nền, máy nào điều biến tốc độ. Tài liệu Aerzen cho biết hệ thống có thể điều phối tới 12 máy, bao gồm cả máy của hãng khác, và hiển thị toàn bộ dữ liệu quá trình, hiệu suất từng máy cùng lịch sử vận hành trên màn hình cảm ứng 12 inch.

Điểm mạnh là AERsmart có thể điều phối nhiều công nghệ máy thổi khí khác nhau trong cùng một cụm — Roots (Delta Blower), trục vít (Delta Hybrid) và turbo (Aerzen Turbo) — mỗi loại có dải lưu lượng và hiệu suất riêng. Nhờ vậy, ở mỗi mức tải, hệ thống có thể ưu tiên máy phù hợp với dải làm việc đó thay vì ép một máy chạy lệch điểm tối ưu.

Số liệu trong bảng theo tài liệu Aerzen; cấu hình thực tế tùy dự án.

Trong một trạm xử lý nước thải, khâu cấp khí cho bể sinh học thường chiếm phần lớn điện năng vận hành. Đây chính là lý do mọi % tiết kiệm ở cụm máy thổi khí đều có tác động trực tiếp đến chi phí điện hằng tháng. Có ba lớp tiết kiệm cộng dồn: (1) chọn đúng công nghệ máy cho dải tải, (2) điều biến tốc độ bằng biến tần để bám sát nhu cầu, và (3) điều phối cả cụm bằng bộ điều khiển chủ để không máy nào chạy dư hay lệch điểm hiệu suất.

Theo Aerzen, riêng phần điều khiển AERsmart có thể bổ sung mức tiết kiệm tới 15%, và khi kết hợp đồng bộ ba công nghệ máy thổi khí (Performance3 — Delta Blower, Delta Hybrid, Aerzen Turbo) tổng mức tiết kiệm có thể đạt tới 30% so với cấu hình kém tối ưu. Các con số này mang tính minh họa và phụ thuộc cấu hình cụm máy, biên dạng tải và điều kiện vận hành của từng trạm.

Ba lớp điều khiển không loại trừ nhau mà xếp tầng. Biến tần nằm ở từng máy, đổi tốc độ theo tải để bám nhu cầu tức thời. AERtronic là bộ điều khiển cục bộ trên mỗi máy, quản lý áp suất làm việc tối ưu và có thể đồng bộ tới 5 máy Aerzen qua MODBUS RTU bằng chuyển nền/luân phiên. AERsmart là lớp cao — điều phối toàn cụm theo nhu cầu oxy của quá trình, gồm cả máy của hãng khác.

Nguyên tắc chọn đơn giản: trạm 1–2 máy thường đủ với AERtronic và biến tần; trạm nhiều máy, nhiều công nghệ, tải dao động mạnh là nơi AERsmart phát huy giá trị điều phối. TKT Pumps có thể khảo sát biên dạng tải và cấu hình hiện hữu để đề xuất cấp điều khiển phù hợp.