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ZUR SOFORTIGEN VERÖFFENTLICHUNG Nr. 3328

TOKIO, 22. Januar 2020 – Mitsubishi Electric Corporation (TOKIO: 6503) gab heute die Entwicklung einer Belüftungssteuerungstechnik bekannt, die den Stromverbrauch für die zur biologischen Abwasseraufbereitung notwendige Luftzufuhr (Belüftung) in Bioreaktoren¹ senken soll. Mithilfe der auf künstlicher Intelligenz (KI) basierenden Maisart^®2-Technologien des Unternehmens kann das System präzise die Qualität (Ammoniakkonzentration) des Wassers prognostizieren, das in den kommenden Stunden in den Reaktor strömt.

Durch die Steuerung der Belüftungsgrade in den einzelnen Reaktorbereichen wird im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren eine um etwa 10 Prozent³ geringere Gesamtbelüftung möglich. Dadurch lässt sich der Stromverbrauch biologischer Abwasseraufbereitungsanlagen senken, der jährlich bei ca. 7 Mrd. kWh liegt. Das entspricht etwa 0,7 Prozent des gesamten Stromverbrauchs in Japan.

Das Unternehmen beabsichtigt, die auf der neuen Technik basierenden Betriebssteuerungssysteme in dem im März 2021 endenden Geschäftsjahr auf den Markt zu bringen.

1. 1 Bei der gängigen Abwasseraufbereitung wird eine Oxidationsbehandlung mit Mikroorganismen durchgeführt, um Ammoniak und organische Substanzen zu entfernen.
2. 2Mitsubishi Electric's AI creates the State-of-the-ART in Technology (Entwicklung hochmoderner Technologie dank künstlicher Intelligenz von Mitsubishi Electric).
3. 3 Basierend auf den Ergebnissen von Simulationen unter Verwendung tatsächlicher Abwasseraufbereitungsdaten.

Abb. 1 KI-basierte Belüftungssteuerungstechnik

Hauptmerkmale

1. 1) KI-basierte Belüftungssteuerung durch hochpräzise Prognose der Qualität des in den Reaktor strömenden Wassers

   Selbst bei klaren Wetterverhältnissen mit einer relativ stabilen Qualität des in den Reaktor strömenden Wassers kann es zu Schwankungen bei den Ammoniakkonzentrationen im Wasser von bis zu 50 Prozent kommen. Herkömmliche Systeme erfordern aufgrund von Verzögerungen bei der Belüftungssteuerung eine übermäßig hohe Luftzufuhr, um die Qualität des aufbereiteten Wassers aufrechtzuerhalten. Dadurch wird die Ammoniakkonzentration möglicherweise vorrübergehend stärker als nötig gesenkt, was zu einer übermäßigen Belüftung führt. (Abb. 2)

   Um die Reaktionsschnelligkeit zu verbessern, wird die Feedforward-Steuerung (FF, Feedforward) basierend auf der Qualität (Ammoniakkonzentration) des in den Reaktor strömenden Wassers mit konventioneller Feedback-Steuerung (FB, Feedback) basierend auf dem gemessenen Wert der Qualität des aufbereiteten Wassers kombiniert. Der neue Algorithmus des Unternehmens verbessert die Reaktionsschnelligkeit weiter, indem KI zur Prognose der Qualität des in den kommenden Stunden einströmenden Wassers eingesetzt wird. Dazu wird eine Analyse der derzeitigen Schwankungsmuster unter Verwendung einer umfangreichen Datenbank durchgeführt. Durch die Suche nach mehrfach vorhandenen Datenmustern, die den aktuellen Schwankungen ähneln, und die Berechnung eines prognostizierten Werts anhand dieser Muster kann das System die optimalen Daten als Grundlage für die Prognosen auswählen. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass durch Faktoren wie Starkregen oder Instrumentenausfall verursachte anormale Daten mit in die Prognose einfließen. Darüber hinaus kann die Datenbank automatisch aktualisiert werden, um präzise Prognosen sicherzustellen. Diese Technik ist besonders effektiv, wenn die Flussrate und/oder Ammoniakkonzentration des in den Reaktor strömenden Wassers allmählich zurückgeht.

   

   Abb. 2 Unterbinden von Steuerungsverzögerungen (Simulationsergebnisse)

2. 2) Reduzierung des Gesamtbelüftungsgrads um rund 10 Prozent durch Belüftungssteuerung in den einzelnen Reaktorbereichen

   In herkömmlichen Aufbereitungsanlagen werden die Belüftungsgrade aller Reaktorbereiche einheitlich gesteuert, was zu einer schwankenden Qualität des aufbereiteten Wassers und zu einer übermäßigen Belüftung führt. Die neuen Algorithmen passen die Belüftungsgrade durch Gewichtung der Steuerungsparameter für die einzelnen Bereiche präzise an. Folglich kann der Belüftungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren insgesamt um ca. 10 Prozent reduziert und eine gleichbleibend hohe Qualität des aufbereiteten Wassers gewährleistet werden.

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