1. Einen Notfallplan für Dürren entwickeln

Saisonale Dürren werden jedes Jahr schlimmer. Angesichts beständiger Forderungen nach einer Optimierung der Wasserressourcen ist es Ihr Ziel, einen einwandfreien Service und die Versorgung mit sauberem Wasser für Ihre Gemeinde sicherzustellen. Eine Möglichkeit, Investitionen und Betrieb zu optimieren, besteht darin, ein strategisches Projekt zur hydraulischen Modellierung zu initiieren, um nachzuvollziehen, wie das Versorgungssystem funktioniert und wie Probleme im Verteilungsnetz proaktiv angegangen werden können. Bei Dürren können Ihre Teams einen Notfallplan für Wasser erarbeiten, um den Wasserverbrauch an der empfindlichen Quelle zu reduzieren, ohne dass dadurch Beeinträchtigungen für die Menschen in dem betroffenen Gebiet entstehen.

Mit fortschrittlicher Modellierung und Simulation können Sie im Prinzip die Grundlage für einen echten digitalen Zwilling des Makro-Wasserversorgungssystems der Gemeinde erstellen. Damit Ihre Teams in schwierigen Zeiten vorbereitet sind und die Kontrolle behalten, ist es wichtig, eine digitale Darstellung zu haben, die den physischen Netzwerkbetrieb präzise widerspiegelt. Mit einer offenen Modellierungsanwendung wird eine wichtige Feedbackschleife zwischen den Betriebs- und Engineering-Teams geschaffen. Das Betriebsteam macht auf praktische Probleme aufmerksam, welche die Engineering-Teams dann mit digitalen Modellen dynamisch bewerten können. Beide Teams können zusammenarbeiten und optimale Lösungen finden, die eine schnelle Reaktion mit minimalen Auswirkungen für die Kunden ermöglichen, eine nachhaltige Wasserversorgung sicherstellen und die Umwelt und Lebensqualität der Stadtbewohner verbessern.

Praxisbeispiel

Joinville in Brasilien ist eine Stadt, die saisonale Dürren kennt, in den letzten Jahren allerdings einige der schlimmsten Dürreperioden seit drei Jahrzehnten durchleben musste. Dürre und Wassermangel haben enorme soziale Auswirkungen auf das Leben der Menschen. Der Zugang zu Wasser bedeutet Würde für die Einwohner der Gemeinde. Ein hydraulisches Modell und ein digitaler Zwilling halfen der Companhia Águas de Joinville zu bewerten, wie gut das System funktionierte, und zu simulieren, was innerhalb des Systems getan werden konnte, um die optimale Lösung zu finden. BBC StoryWorks produzierte einen Mini-Dokumentarfilm über die Erfahrungen von Joinville.

2. Wasserverluste und Wasserverschwendung reduzieren, um die Auswirkungen des Wassermangels zu mindern

Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung könnte bis 2025 von Wassermangel betroffen sein. Mit ein paar einfachen Schritten kann Ihr Unternehmen einen besseren Überblick über die Ressourcen seines Wasserversorgungsnetzes gewinnen, Wasserverschwendung in Verfahren reduzieren und jährlich Millionen Liter Wasser sparen.

Zunächst gilt es, die betrieblichen Maßnahmen zu optimieren, um Rohrbrüche zu vermeiden. Durch die Überwachung des Betriebs des Wasserversorgungssystems mithilfe eines digitalen Zwillings des Netzwerks können Sie Lecks schneller finden und reparieren und die Lebensdauer der Infrastruktur verlängern. Dieses Verfahren schont Ressourcen, die erforderlich sind, um einen beständig sicheren und zuverlässigen Betrieb der Anlage zu gewährleisten. Die Integration von Fernüberwachungsfunktionen bedeutet weniger Besuche vor Ort und geringere Kraftstoff- und Arbeitskosten.

Mit digitalen Zwillingen für Wasser werden SCADA, GIS, hydraulische Modellierung und Kundeninformationen in einer vernetzten Datenumgebung zusammengeführt, um kosteneffiziente Betriebs- und Wartungsstrategien in Echtzeit zu ermöglichen. Zum ersten Mal können Engineering und Betrieb mithilfe des digitalen Zwillings zusammenarbeiten. In der Vergangenheit wurden hydraulische Modelle hauptsächlich von der Engineering-Abteilung verwendet, doch heute können sie problemlos für den täglichen Betrieb und die Wartung genutzt werden. Der Vorteil hier besteht darin, dass mit einem cloudbasierten digitalen Zwilling Echtzeit-Simulationen von Netzwerkereignissen wie Rohrbrüchen, Pumpenabschaltungen, Wasserfluss und Bränden helfen können, die Auswirkungen auf die Servicequalität besser nachzuvollziehen und zu prognostizieren. Mit der hydraulischen Analyse des vorhandenen Netzwerks in Echtzeit können Betreiber die Lücken zwischen den Sensordaten schließen.

Der dynamische digitale Zwilling bietet Echtzeit-Einblicke in die Sensordaten des Systems, Randbedingungen sowie Abrechnungs- und hydraulischen Modellierungsinformationen und überwacht ununterbrochen sämtliche Infrastrukturanlagen, einschließlich Tanks, Pumpen, Rohre und Ventile. Wichtige Datenpunkte werden übersichtlich bereitgestellt, darunter Informationen zum Betriebsstatus von Ventilen, Tankfüllstand und Eingangsfluss für jeden Messbereich im Bezirk. Mit dieser skalierbaren Umgebung können Sie die Leistung kritischer Systeme und individueller Anlagen nachvollziehen und so eine bessere Entscheidungsfindung für Betrieb und Wartung ermöglichen. Der digitale Zwilling gibt Aufschluss über Anlagen mit unzureichender Leistung und ungewöhnliche Netzwerkbedingungen. Darüber hinaus erhalten Sie einen Überblick über Analysen zur aktuellen, früheren und prognostizierten Anlagenleistung, um Lecks im Netz aufzudecken, bevor sie zu einem Problem werden, und um Bereiche mit Verbesserungspotenzial proaktiv zu identifizieren.

Praxisbeispiele

In Manaus in Brasilien integrierte AEGEA wichtige Daten, die zuvor in verschiedenen isolierten Systemen gespeichert waren, in eine einzige Plattform, um die Leckerkennung, Entscheidungen zum Anlagenmanagement und operative Verfahren zu verbessern.

In Washington, D.C. trägt ein digitaler Zwilling dazu bei, durch mehr Transparenz in Sachen Daten und Analysen die Betriebs- und Investitionsausgaben sowie Wasserverluste zu reduzieren. Angesichts der schieren Größe des Netzes von DC Water kann die Dynamik der betrieblichen Unbekannten und manchmal auch der physikalischen Unbekannten einen kaskadierenden Effekt auf die sichere und zuverlässige Versorgung mit einwandfreiem Trinkwasser haben. Durch die Implementierung eines digitalen Zwillings konnte DC Water problemlos Daten aus den Unternehmenssystemen in eine sichere, verwaltete Cloud-Anwendung replizieren, wo die Daten nahezu in Echtzeit geordnet und genutzt werden können. Als zukunftsorientiertes Versorgungsunternehmen, das die Implementierung eines digitalen Zwillings als wichtige Geschäftspriorität betrachtet, weiß DC Water, dass Daten zwar von entscheidender Bedeutung für die Implementierung sind, die Zusammenarbeit zwischen den Beteiligten jedoch der Schlüssel zum Erfolg ist.

3. Hochwasserrisikobewertungen durchführen, um die Auswirkungen von Klimaereignissen auf urbane Entwässerungssysteme zu mindern

Wenn Überschwemmungen ein Risiko für Anwohner darstellen, Eigentum und Infrastruktur beschädigen und die urbanen Dienstleistungen beeinträchtigen, können hydraulische Simulationen Ingenieuren und Betreibern helfen, Probleme vorherzusagen und besser zu verstehen und effiziente Lösungen zu entwickeln, die die Widerstandsfähigkeit urbaner Entwässerungssysteme erhöhen. Durch ein besseres Verständnis der Wassertiefe und -geschwindigkeit bei Oberflächenüberschwemmungen, der Hochwassergefahren und der Überflutungszeiten können die Interessengruppen proaktiv informiert werden.

Leistungsstarke Tools für die Hochwassermodellierung und die hydraulische Analyse überlaufender Regenwassersysteme sind wichtig, um sich auf neue Herausforderungen bei der Wasserrückhaltung in urbanen und städtischen Umgebungen vorzubereiten. Mit umfassenden Visualisierungen können sowohl Ingenieure als auch Nicht-Ingenieure fundiertere Entscheidungen treffen, um die Servicequalität zu gewährleisten und das Regenwassersammelnetz sowie die Anlagenleistung zu verbessern.

Die Beurteilung der Abwasser- und Regenwasserbedingungen ist eine kostspielige und ständige Aufgabe für städtische Mitarbeiter. Bei intelligenten und automatisierten Schnellbewertungen der Bedingungen kommt maschinelles Lernen zum Einsatz, um die Mängelerkennung und -markierung zu verbessern, die Datenqualität zu steigern, Inspektionsarbeiten zu beschleunigen und Kosten zu senken. Durch die Integration mit dem digitalen Zwilling werden diese Daten Teil eines systematischen Verfahrens, das Fachleute im Bereich Wasser und Abwasser täglich nutzen. Der digitale Zwilling bietet eine gebündelte Quelle für verwertbare Erkenntnisse, einschließlich der Ergebnisse der Kanalzustandsbewertung. Damit stehen Betrieb und Wartung wertvolle Analysen und zeitnahe Entscheidungshilfen zur Verfügung, um die Auswirkungen auf den Wasserfluss auf der Grundlage vorhergesagter Wettermuster nachzuvollziehen und proaktiv zu mindern, was besonders bei extremen Wetterereignissen von entscheidender Bedeutung ist.

Urbane Entwässerungsnetze sollen Abwasser und Regenwasser sicher sammeln und transportieren, aber in der Realität gibt es in vielen bestehenden Systemen Problembereiche, in denen das Wasser nicht effektiv zurückgehalten wird. Digitale Tools unterstützen Ingenieure dabei, das Ausmaß festzustellen, in dem unerwünschte Überläufe auftreten, und helfen ihnen, die Ursachen des Problems zu verstehen. In Kombination mit den automatischen Planungsalgorithmen, denen Ingenieure seit Jahrzehnten vertrauen, und den Effizienzsteigerungen durch den digitalen Zwilling können diese Tools effektiver denn je helfen, Systeme zu priorisieren und zu reparieren, um sie angesichts zunehmender extremer Wetterereignisse widerstandsfähiger zu machen.

Praxisbeispiel

Im Jahr 2020 kamen bei schweren Überschwemmungen entlang des Flusses Jangtse 141 Menschen ums Leben und weitere 38 Millionen wurden vertrieben. Für die Stadt Jiujiang war die Katastrophe die jüngste in einer Reihe von Überschwemmungen und Vernässungs-Phasen, die durch die beschleunigte Verstädterung verursacht wurden. Zunächst wussten die Behörden nicht, wie sie diese Probleme verhindern konnten. Um sich besser auf zukünftige Hochwasserereignisse vorzubereiten und Störungen des Stadtlebens so gering wie möglich zu halten, beauftragte die China Three Gorges Corporation das Shanghai Investigation, Design & Research Institute (SIDRI) mit der Entwicklung eines hydraulischen Analysesystems, das eine Vielzahl von Wasserbedingungen in der Stadt simulieren kann. Um die erforderlichen Informationen bereitstellen zu können, musste das hydraulische Analysesystem detaillierte Daten klar anzeigen, Hochwasserschutzmaßnahmen planen und Notfälle ermitteln. Häufig aktualisierte Hydraulikdaten mussten leicht zugänglich sein, um die Zeit bis zur Entsendung von Rettungsdiensten zu verkürzen. Durch die Möglichkeit, potenzielle Vernässung vorherzusagen, können Behörden nun kritische Entwässerungsprobleme im Voraus erkennen und beheben. Echtzeitdaten, die dem Realitätsmodell hinzugefügt werden, ermöglichen es der Stadt, rechtzeitig auf Überschwemmungen zu reagieren.

4. Dammsicherheit überwachen, um schnell reagieren zu können

Durch Echtzeitüberwachung stehen die richtigen Informationen zur richtigen Zeit zur Verfügung, um proaktives Risikomanagement, Sicherheit und vorausschauende Wartung zu ermöglichen. Die Echtzeitüberwachung von Versorgungsunternehmen kann die Grundwasserüberwachung umfassen, um die Wasserqualität von Einzugsgebieten, Flüssen, Feuchtgebieten und Grundwassersystemen zu verbessern und ein sicheres Maß an Überschwemmungsschutz zu gewährleisten. Dammsicherheitsprogramme beinhalten oft Anwendungen zur Überwachung von Bedingungen in Echtzeit, die Grundwasser, Wasserfluss, Versickerung und Hangstabilität während und nach dem Bau oder sogar Niederschlags- und Wetterüberwachung umfassen können, um negative Auswirkungen auf die Umgebung während und nach dem Bau zu minimieren.

Praxisbeispiel

Im Fall von Hurrikan Ida wurden solche Daten zum Einrichten von Alarmen verwendet, die Benachrichtigungen auslösten, die automatisch an wichtige Ingenieure und Behörden gesendet wurden, als Schwellenwerte oder vordefinierte Warngrenzen überschritten wurden. Als an mehreren Standorten von Staudämmen der Strom ausfiel, war ein zu diesem Zeitpunkt diensthabender Dammsicherheitsingenieur in der Lage, die betroffenen Bezirke rechtzeitig darauf hinzuweisen, dass Evakuierungen durchgeführt werden müssen. Durch den Einsatz automatisierter Echtzeitüberwachung konnte der Dammsicherheitsbeauftragte auf sich schnell verschlechternde Bedingungen – bis hin zu einem Beinahe-Dammbruch – reagieren und eine erweiterte Sicherheitsreaktion für die Umgebung gewährleisten.

5. CO2-Fußabdruck reduzieren und Netto-Null-Emissionen anstreben

Eine Möglichkeit, bis 2030 klimaneutral zu werden, ist die Reduzierung des Energieverbrauchs und der Kohlenstoffemissionen. In einem Wasserversorgungs- oder Abwasserentsorgungsunternehmen kann der Energieverbrauch durch Pumpen bis zu 50 % des gesamten Stromverbrauchs des Unternehmens ausmachen. Der Energieverbrauch steht damit nach den Arbeitskosten an zweiter Stelle im Betriebsbudget. Wasserversorgungsunternehmen gehören zu den größten Stromverbrauchern. Energie stellt potenziell den größten kontrollierbaren operativen Ausgabeposten in einem Versorgungsunternehmen dar und ist damit der perfekte Ansatzpunkt, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren. Die Digitalisierung des Wasserversorgungsnetzes und die Implementierung eines intelligenten, energieeffizienten Pumpenbetriebs tragen dazu bei, Ziele für Nachhaltigkeit und Umweltschutz zu erreichen, ohne die Servicequalität für Kunden z.B. im Hinblick auf den Wasserdruck oder die Wasserqualität zu beeinträchtigen. Hydraulikmodelle können verwendet werden, um durch Reduzierung der Energieverschwendung und Steigerung der Effizienz beim Betrieb eines Pumpensystems Energie einzusparen.

Durch die Optimierung des Betriebs von Pumpstationen können Sie den Brennstoffbedarf senken und den Stromverbrauch reduzieren. Sie können beispielsweise die Betriebszeiten Ihrer Pumpstationen automatisieren und gleichzeitig die Zufriedenheit der Verbraucher im Hinblick auf deren Anforderungen an die Wasserversorgung sicherstellen. Für die Automatisierung der Ein- und Abschaltung von Pumpen empfiehlt sich ein digitales Modell mit der richtigen Kalibrierung und Simulation, das den Wasserversorgungsbetrieb in Echtzeit und präzise darstellt.

Praxisbeispiel

Evides versorgt die niederländische Stadt Rotterdam mit sauberem und sicherem Trinkwasser. Unter Verwendung eines dynamischen Kontrollskripts kombinierte das Unternehmen das hydraulische Modell mit einem Optimierungsalgorithmus. Es verwendete das Modell zum Testen, Evaluieren von Energiekostenberechnungen und Automatisieren der Ein-/Abschaltpunkte, um die Nutzung der Pumpstationen für 110 Millionen Kubikmeter gepumptes Wasser zu optimieren. Evides konnte so 33 % bei den Energiekosten sparen und seinen CO₂-Fußabdruck um 942 Tonnen verringern. Das Unternehmen erreichte Energiekosteneinsparungen in Höhe von 300.000 EUR jährlich, verbesserte seine CO₂-Bilanz und ist damit der Erreichung seiner Nachhaltigkeitsziele einen weiteren Schritt näher gekommen.

Autorin:
Sandra DiMatteo ist Industry Marketing Director, Water Infrastructure bei Bentley Systems. Sie ist unter sandra.dimatteo@bentley.com erreichbar.

Lesen Sie auch: