Die Herausforderungen an eine sichere und zuverlässige Trinkwasserversorgung steigen angesichts des Klimawandels. Die Wasserversorgung Rheinhessen-Pfalz GmbH beobachtet seit Jahren, dass die Zeiträume zunehmen, in denen im Sommer sehr viel Wasser benötigt wird. Für das Versorgungssystem stellt das eine hohe Belastung dar.

Optimierte Netzsteuerung

Um das Versorgungsnetz dahingehend resilienter zu gestalten, arbeiteten im Forschungsprojekt Agile Netzsteuerung zur Erhöhung der Resilienz der Kritischen Infrastruktur Wasserversorgung (aKtIv) insgesamt acht Verbundpartner an einer optimierten Netzsteuerung, die eine situationsabhängige Regulierung der abgegebenen Wassermengen ermöglicht. Die Projektpartner entwickelten einen Digitalen Zwilling und ein Entscheidungsunterstützungssystem für eine agile Netzsteuerung.

Verbrauch in Echtzeit beobachten

Die Expert*innen des Kompetenzzentrums CoSA der TH Lübeck konzeptionierten, begleiteten und evaluierten die Echtzeitdateninfrastruktur basierend auf robusten, drahtlosen Netzen für das Internet der Dinge.

Sie berieten den Versorger dabei, fernwirkende Aktoren und Sensoren in einem Pilotbereich des Versorgungsnetzes einzubauen. Darunter waren Predictive Maintainance Sensoren, die potenzielle Störungen voraussagen können sowie Bodenfeuchtesensoren. Das CoSA-Team unterstützte außerdem bei der Durchfluss- und Pegelmessung und entwickelte Schnittstellen zu Wetterstationen und Sensoren, die für die langfristige und kurzfristige Prognose des Wasserdargebots erforderlich sind.

Für das CoSA-Team ergab sich: eine Funknetzplanung ist nicht nur sinnvoll, sondern in vielen Fällen sogar erforderlich. Sie ermöglicht vorhandene Gateway-Standorte optimal zu nutzen und die Funkanlage gezielt zu optimieren, da die Positionen von Brunnen, Pumpwerken oder Leitungsabschnitten oftmals baulich und organisatorisch festgelegt sind.

Kritische Systemzustände vermeiden und Ressourcen sparen

Das Ergebnis: komplexe Vorgänge im Netz können erfasst werden und zusammen mit einem prognostizierten Trinkwasserbedarf frühzeitig dabei helfen, kritische Systemzustände zu vermeiden und zu bewältigen. Die Wasserversorgung Rheinhessen-Pfalz GmbH konnte so mithilfe der Verbundpartner eine optimierte Einspeisung des Trinkwassers in das Versorgungsnetz am Ausgang des Wasserwerks an einem Hochsommertag modellieren.

Dabei erreichten sie eine Verringerung der Lastspitze um bis zu 30 Prozent. Die eingesparten Ressourcen könnten so in einer potenziellen Mangellage zur Verfügung stehen und die Resilienz des Versorgungsnetzes erhöhen.

„Wir freuen uns, so vielversprechende Ergebnisse erreicht zu haben und werden daran anknüpfen, um das Ganze weiter auszubauen und langfristig nutzbar zu machen“, sagt Natalie Pikos, Projektkoordinatorin und Leiterin der Abteilung Forschung und Entwicklung der wvr.

„Der Schlüsselfaktor im Projekt war die Zusammenarbeit mit den Partnern“, sagt Projektmitarbeiter Dr. Swen Leuger vom CoSA der TH Lübeck. „In diesem praktischen und anwendungsnahen Forschungsprojekt sind wir auf Lösungen gekommen, die so nur in der Gruppe denkbar waren.“

Die Projektpartner

Die Wasserversorgung Rheinhessen-Pfalz GmbH, das Kompetenzzentrum CoSA Communications – Systems – Applications der TH Lübeck, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen, das Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung vom Alfred-Wegener-Institut, das Institut für Deutsches und Europäisches Wasserwirtschaftsrecht der Universität Trier, der Lehrstuhl Innovation und Entrepreneurship der RWTH Aachen, die iSAtech water GmbH und das Internationale Zentrum für Ethik in den Wissenschaften der Universität Tübingen.

Hintergrund

Das Verbundprojekt aKtIv wurde vom 01.10.2022 bis zum 31.12.2025 im Rahmen der Fördermaßnahme Zivile Sicherheit – Künstliche Intelligenz II im Programm Forschung für die zivile Sicherheit 2018 – 2023, vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit einer Summe in Höhe von mehr als 2,9 Millionen Euro gefördert.

Ansprechpartner für Fragen: Prof. Horst Hellbrück, erreichbar unter horst.hellbrueck@th-luebeck.de