Jak pomocí dat z vašeho provozu efektivněji řídit energetické náklady a dělat správná investiční rozhodnutí (s co nejrychlejší návratností)

Vodárenský sektor v Evropské unii ročně připraví přibližně 46 miliard m³ pitné vody a průměrná energetická náročnost tohoto procesu se dlouhodobě pohybuje okolo 0,6 kWh na m³, což v souhrnu představuje 23–28 TWh roční spotřeby energie, tedy zhruba 1–2 % celkové spotřeby energie v EU.

Už tato základní čísla ukazují, že i relativně malé procento zlepšení v efektivitě může v absolutních hodnotách mít velký dopad na celkové náklady za energie. Přičemž z pohledu provozní efektivity zůstávají významným tématem také ztráty v systémech přípravy a distribuce vody, které v průměru v EU dosahují přibližně 26 %, zatímco v České republice se dlouhodobě pohybují okolo 15 % a postupně klesají. Každý ztracený metr krychlový vody už v sobě nese nejen náklady na samotnou surovinu, ale i energii na čerpání a chemii spotřebovanou na její úpravu.

V mnoha provozech se energie a s nimi související náklady stále sledují převážně zpětně na základě měsíčního vyúčtování. Faktura sice ukáže celkovou částku, ale neposkytne informaci o tom, kde a proč přesně v provozu spotřeba vznikla. Většina potenciálu pro cílené zásahy a systematickou optimalizaci tak zůstává skrytá v jednom souhrnném čísle, přestože spotřeba elektřiny ve vodárenství není konstantní veličina, ale dynamický parametr, který se mění v závislosti na průtoku, kvalitě surové vody, zatížení biologického procesu, tlaku v síti nebo provozním režimu čerpacích stanic. Pokud tyto vazby nejsou zachyceny v provozních datech a převedeny do přehledných ukazatelů, zůstává řízení energie spíše odhadem než řiditelným procesem.

Od pasivního k aktivnímu sledování

Řízení nákladů začíná ve chvíli, kdy se spotřeba posuzuje v kontextu provozních podmínek. Nejde pouze o to, kolik energie bylo odebráno, ale především o to, jaký provozní výkon za tuto energii skutečně vznikl, tedy kolik vody bylo upraveno, jaké množství znečištění bylo odstraněno nebo s jakou účinností pracovaly klíčové technologie.Teprve s těmito souvislostmi dává smysl srovnání s jinými provozy nebo s referenčními hodnotami, protože bez přepočtu na objem vody, zatížení biologického procesu nebo výtlačnou výšku čerpadel jsou samotná čísla o spotřebě často zavádějící a neumožňují rozlišit, zda vyšší náklady odpovídají vyššímu výkonu, nebo skutečné neefektivitě systému.

Klíčové ukazatele

Provoz i vedení vodárenských společností potřebují několik jednoduchých, ale správně zvolených ukazatelů, které v jednom pohledu ukážou, jak si systém skutečně stojí a které propojí energetická data s technologickým výkonem. Mezi základní patří kWh / m³ vody, což vyjadřuje, kolik energie stojí výroba jednoho kubíku vody a jak se tato hodnota mění v čase a při různém zatížení. Dalším klíčovým ukazatelem je % NRW (ztráty v síti), kde každý ztracený m³ už „stál“ energii i chemii na úpravu a čerpání a představuje tak zbytečně vynaložené provozní náklady.

V oblasti čištění odpadních vod se pak sleduje:

• kWh/kg O₂ - Kolik elektřiny spotřebují dmychadla, aby do vody dodala 1 kilogram kyslíku.
• kWh/kg B(C)OD - Kolik elektřiny stojí odstranění určitého množství znečištění.
• SOTE - V procentech říká, kolik kyslíku se opravdu rozpustí do vody při areaci.
• % vlastní energie - Podíl spotřeby, který si ČOV pokryje sama.

Řízení aerace na ČOV a typy dmychadel

Na čistírnách odpadních vod tvoří aerace největší energetickou položku. V typickém provozu připadá přibližně 40 % celkové spotřeby energie na provzdušňování, kolem 20 % na čerpání a zbytek na míchání, předčištění, vytápění a ostatní technologie, přičemž v případě samotné elektrické energie je tento podíl ještě výraznější a aerace obvykle tvoří 40 až 75 % celkové spotřeby elektřiny. A právě zde má práce s daty největší dopad na provozní náklady i stabilitu biologického procesu, protože přechod z jednoduchého časového spínání dmychadel na řízení podle reálných online dat ze sond kyslíku, amoniaku a dusičnanů umožňuje přizpůsobit množství vháněného vzduchu skutečné potřebě mikroorganismů v nádrži a udržet kvalitu čištění při nižší spotřebě energie.

Správně nastavená regulace podle kyslíkových sond může ušetřit 20 až 50 % energie spotřebované na provzdušňování a v českých podmínkách se tímto způsobem běžně dosahuje snížení celkové spotřeby elektřiny o 15 až 30 %, aniž by byla ohrožena kvalita čištění nebo plnění legislativních limitů.

Dalším klíčovým faktorem je samotný výběr dmychadel a jejich dimenzování, protože rozdíly v technologii, návrhu a řízení pracovních bodů s nejvyšší účinností mohou v dlouhodobém horizontu znamenat rozdíl v nákladech v řádech statisíců až milionů korun během životního cyklu zařízení.

V současnosti použitelné technologie a jejich účinnost:

• Vysokorychlostní turbo dmychadla - Tato zařízení jsou v současnosti považována za nejefektivnější, zejména pokud jsou vybavena frekvenčními měniči (VFD). Ve srovnání se staršími technologiemi dokážou snížit náklady na stlačování vzduchu o 35 % až 40 %.
• Objemová dmychadla (rotační pístová nebo šroubová) - Jsou vhodná pro aplikace s kolísající poptávkou po vzduchu, pokud jsou vybavena technologií variabilních otáček. Šroubová dmychadla jsou obecně účinnější než pístová.
• Vícestupňová odstředivá dmychadla - Starší modely, které jsou méně efektivní, protože mají omezenou schopnost regulace výkonu. Při nízkém zatížení pracují neekonomicky. Modernizace těchto zařízení na turbo dmychadla přináší výrazné úspory.

Data jako základ energetické soběstačnosti

Pokročilé řízení provozu na základě dat nevede pouze k okamžitým úsporám, ale může změnit celý energetický profil čistírny. Dobře to ilustruje příklad dánské ČOV Marselisborg v Aarhusu, která díky propojení online senzorů, optimalizaci biologického procesu a systematickému využívání energie z kalového hospodářství dlouhodobě vyrábí o 50 % více energie, než sama spotřebuje. Tento přístup ukazuje, že data nejsou jen nástrojem kontroly nákladů, ale především podkladem pro budování dlouhodobé energetické efektivity a provozní soběstačnosti, která se v době kolísajících cen energie a tlaku na udržitelnost stává strategickým tématem pro vedení provozů.

Data v distribuci vody a čerpacích stanicích

V přípravě a distribuci vody jde největší část energie do distribuce (cca 30 %) a filtrace (zhruba čtvrtina), přičemž menší, ale stále významný podíl připadá na provzdušnění, dezinfekci a pomocné technologie. Právě zde mají provozní data klíčovou roli při řízení tlaků a průtoků v reálném čase, protože cílem není pouze zajistit dodávku vody koncovým odběratelům, ale udržet celý systém v pracovních bodech, které minimalizují energetickou náročnost a poruchovost sítě. Přetlak se totiž neprojevuje jen vyšší spotřebou elektřiny na čerpání, ale také vyšším počtem havárií a ztrát vody.

Typickým příkladem je řízení tlaků ve Vodárně Plzeň, která využívá digitální model sítě propojený s dispečinkem. Data o tlacích a průtocích zde umožňují snižovat přetlak v síti, omezovat poruchy potrubí a zároveň snižovat spotřebu elektřiny na čerpání. Díky tomuto přístupu se dlouhodobě daří udržovat ztráty vody pod 13 %, zatímco celostátní průměr se pohybuje okolo 15 %. Obdobně funguje i inteligentní čerpání, kde čerpadla vybavená frekvenčními měniči, řízená podle aktuální poptávky, pracují blíže svému optimálnímu provoznímu bodu. V praxi to přináší snížení spotřeby elektřiny typicky o 10 až 15 % oproti pevnému režimu.

Data jako podklad pro investiční rozhodování

Z pohledu celého sektoru v EU připadá téměř polovina spotřeby energie na čistírny odpadních vod, přibližně pětina na úpravny vody a zbytek na čerpací stanice a zdroje pitné i odpadní vody. Právě v těchto uzlech má smysl soustředit pozornost při plánování technologických investic, protože pokud má vedení k dispozici přehled o spotřebě v provozních souvislostech, mění se i přístup k investicím do technologií. U klíčových zařízení, jako jsou čerpadla a dmychadla, totiž tvoří náklady na energii během životního cyklu přibližně dvě třetiny celkových nákladů (TCO), a provozní data tak umožňují rozhodnout, zda je efektivnější upravit způsob řízení a regulace, nebo investovat do výměny technologie.

Návratnost těchto opatření se v praxi často pohybuje v řádu měsíců až několika málo let, což z energetického managementu dělá jednu z mála oblastí, kde lze relativně rychle prokázat ekonomický přínos digitalizace a práce s daty.

Závěr

Vodárenství a čištění odpadních vod jsou energeticky významné a technologicky složité provozy, kde i relativně malé zlepšení v řízení procesů znamená výrazné úspory s měřitelnými finančními i provozními dopady. Hlavní problém často neleží v absenci technologií, ale v tom, že se spotřeba sleduje pouze zpětně jako číslo na faktuře bez vazby na průtoky, tlaky, kvalitu vody a skutečné provozní režimy. Změna přichází ve chvíli, kdy se energie začne hodnotit v kontextu výkonu prostřednictvím ukazatelů, jako jsou kWh na m³, ztráty v síti (NRW) nebo účinnost aerace, protože právě na aeraci, čerpání a řízení tlaků má práce s daty největší efekt a umožňuje optimalizovat regulaci a držet technologie v účinných pracovních bodech.

Máte zájem získat lepší přehled o spotřebě ve vašem provozu?

V krátké, nezávazné 30minutové konzultaci vám ukážeme, jak může vypadat souhrnný manažerský přehled energetické efektivity i pro váš provoz a jak vám pomůže dělat lepší provozní i investiční rozhodnutí s co nejrychlejší návratností a viditelným pozitivním dopadem na to, kolik vás provoz stojí a hlavně bude stát i v dalších letech.