Decision Support System zur Betriebsführung von Trinkwasser-Systemen

#Trinkwasser #Optimierung #Simulation #Digitaler Zwilling #Künstliche Intelligenz (KI)
Bild-Illustration aus Wassertropfen auf der eine technische Anlage zu sehen ist, welche in einen großen runden Wassertropfen übergeht und sich letztlich in kleinere divergierende Tropfen auflöst.
Bild-Illustration zur optimalen Betriebsführung von Trinkwasserversorgungs-Systemen

Mit Hilfe des Decision Support Systems (DSS) EWave werden Wasserversorger bei der energieoptimalen Betriebsführung ihrer Anlagen unterstützt, indem durch die Anwendung innovativer mathematischer Optimierungs- und Simulationsansätze optimale Fahrweisen für Wasserwerke, Pumpen, Behälter usw. berechnet werden.

Der Betrieb von Wasserversorgungsanlagen, die der Deckung des Trinkwasserbedarfs dienen, ist komplex. Es ist sicherzustellen, dass das Wasser die Verbraucher stets in ausreichender Menge, Qualität und mit genügend Druck erreicht. Neben der Versorgungssicherheit fordern die Verbraucher auch angemessene Wasserpreise. Somit müssen Wasserversorgungs­unternehmen (WVU) ihre Anlagen sowohl kostenoptimal als auch sicher betreiben.

Die Systemarchitektur für das im Projekt EWave entwickelte DSS verfügt über einen modularen Aufbau (s. Bild 1 in Bildergalerie). Zunächst werden die Mess- und Betriebsdaten aus dem Leitsystem übernommen und vorverarbeitet. Dann wird ein Simulationslauf zur Schätzung des aktuellen Netzzustandes angestoßen und eine Prognoserechnung zum Wasserverbrauch der nächsten 24 Stunden durchgeführt. Auf Basis des geschätzten Systemzustands und der Verbrauchsprognose werden die Fahrpläne für Pumpen, Brunnen und Regelarmaturen über den Vorausschauzeitraum von 24 Stunden optimiert. In dieser Berechnung werden auch Ausfälle und Betriebsvorgaben (z.B. geplante Wartungen), die die Möglichkeiten der Optimierung einschränken, berücksichtigt. Die Ergebnisse werden abschließend über eine detaillierte Simulation nochmals validiert. Dieser Ablauf wird zyklisch alle 15 Minuten wiederholt und damit die Optimierungsergebnisse zeitnah aktualisiert.

Die Interaktion mit dem Bediener erfolgt über eine graphische Benutzeroberfläche, über die Optimierungsergebnisse wie Pumpenfahrpläne und Energiekosten graphisch dargestellt werden. Die Auswahl erfolgt interaktiv über die Netzdarstellung oder über Komponentenbäume. Zusätzlich steht ein Meldungsfenster zur Verfügung, in dem der Bediener eine sich ständig aktualisierende Liste der anstehenden Schaltempfehlungen vorfindet.

Die Ergebnisse aus dem BMBF-Vorhaben EWave sind in die Weiterentwicklung des kommerziell verfügbaren Wassermanagement-Systems SIWA eingeflossen. Als Ergebnis erhält der Nutzer Pumpenfahrpläne im 15 Minuten Zeitraster, Einstellungen für Ventilöffnungsgrade, Druck- oder Durchflussregelziele und Wasserzuführung (z.B. aus Brunnengalerien). Hierzu nutzt das neue Software-Tool mathematische Optimierungsverfahren. Offline-Optimierungsergebnisse zeigen ein Energie-Einsparpotential von bis zu 10% (s. Bild 2 in Bildergalerie).

 

Die Ergebnisse des BMBF-Vorhabens EWave sind ausführlich dokumentiert in folgendem Fachbuch: Pirsing/Morsi (Hrsg.): Decision Support System for Water Supply Systems, European Mathematical Society, 2020

Wasser­ressource: Trinkwasser
Produkttyp:
  • Modelle & Software-Tools
Anwendungs­sektor: Städte und Kommunen, Wasserwirtschaft
Fördermaßnahme: ERWAS
Projekt: EWave

Kontakt und Partner


  • Siemens AG,
  • Nonnendammallee 101,
  • 13629 Berlin
http://www.siemens.de/wasser

Siemens AG,
Berlin

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