Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft

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Prof. Dr. Alexander Martin

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Cauerstraße 11
91058 Erlangen

Tel.: +49 9131 85-671 63
alexander.martin@fau.de

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Logo EWaveEnergiemanagementsystem Wasserversorgung

Hintergrund

Die Anforderungen an eine Trinkwasserversorgung in Deutschland haben in den letzten Jahren stetig zugenommen: Während in den vergangenen Jahrzehnten die sichere Versorgung der Bevölkerung mit qualitativ hochwertigem Trinkwasser im Vordergrund stand, führen steigende Energiepreise sowie die von der Bundesregierung beschlossene Energiewende dazu, dass zusätzlich der effiziente Einsatz von Energie sichergestellt werden muss. Wasserversorgungsunternehmen (WVU) bewegen sich folglich in einem Spannungsfeld, da trotz steigender Anforderungen an die Energieeffizienz die Qualität des Trinkwassers und die sichere Versorgung weiterhin prioritär einzuhalten sind. Daher stellt der Betrieb solcher  Trinkwasserversorgungssysteme, wie z. B. von städtischen Versorgungsnetzen oder Fernwasserleitungen, eine äußerst komplexe Aufgabe dar, die ohne den Einsatz moderner Hilfsmittel nicht mehr sicher erfüllt werden kann. Dem Stand der Technik entsprechend werden heutzutage solche Versorgungssysteme über zentrale Leitstellen und teilautomatisierte Funktionsabläufe gesteuert. Hierbei muss das Bedienpersonal sicherstellen, dass der Verbraucher die Gewähr hat, preiswert und zuverlässig mit Trinkwasser hervorragender Qualität beliefert zu werden.

Architektur des Assistenzsystems

Abb. 1: Architektur des Assistenzsystems

Ziele

Mit dem Verbundforschungsvorhaben EWave wird das Ziel verfolgt, ein innovatives Energie-Managementsystem zu entwickeln und bei der Rheinisch-Westfälischen Wasserwerksgesellschaft mbH (RWW) als einem Wasserversorger mit einer typischen Netzstruktur zu pilotieren. Als Ergebnis sollen energieoptimale Betriebspläne für die in dem Versorgungssystem betriebenen Anlagen der Wassergewinnung, -aufbereitung und -verteilung berechnet werden. Zusätzlich soll eine Koordination mit dem schwankenden Energiedargebot aus Eigenerzeugungsanlagen und des Energiebezugs von einem oder mehreren Energieversorgungsunternehmen (EVU) erfolgen. Der Spielraum der Optimierungsrechnung wird durch technische und betriebliche Restriktionen begrenzt. Insbesondere muss auch hier Qualität und Versorgungssicherheit zu jeder Zeit sichergestellt sein. Der Stromverbrauch eines Wasserversorgungsunternehmens fällt zum größten Teil bei der Wasseraufbereitung sowie der Wasserverteilung an. Aus diesem Grund steht bei der energetischen Optimierung einerseits die Festlegung der Laufzeiten bzw. Schaltzeitpunkte der Netzpumpen sowie andererseits die Verteilung der benötigten Produktionsmenge auf die zur Verfügung stehenden Wasserwerke im Mittelpunkt der Betrachtungen. Mit den veränderten Bedingungen am Strommarkt sind zukünftig kürzere Vertragslaufzeiten, mit unterschiedlichen Tarifen und vielfältigeren Staffelungen, zu erwarten. Dies bedeutet einerseits, dass sich neue Optimierungsmöglichkeiten ergeben, andererseits aber auch, dass die bislang vorwiegend statisch durchgeführte Betriebsweise dynamischer werden muss und so das über Jahrzehnte angesammelte Erfahrungswissen des Betriebspersonals teilweise entwertet wird und weiterentwickelt werden muss. Diese Lücke soll mit dem Forschungsvorhaben EWave geschlossen werden.

Arbeitsschwerpunkte

Das zu entwickelnde Energiemanagement-System EWave soll in der ersten Ausbaustufe als strategische Planungshilfe für die Betriebs- bzw. Werksleitung dienen. Grundsätzliche Betrachtungen über die Anlagenfahrweise sollen untersucht werden können, die u. a. zur kurzfristigen Formulierung von Betriebsanweisungen zu verwenden sind. In einer späteren Ausbaustufe ist der Einsatz als operatives Assistenz-System (Decision Support System) vorgesehen. Unabhängig von der Ausbaustufe ist eine halbautomatische Arbeitsweise mit manueller Nachbearbeitung der Rechenergebnisse vorgesehen. In einem ersten Rechenlauf wird eine energieoptimale Fahrweise errechnet. Dieses Ergebnis wird dem Benutzer als Vorschlag vorgelegt und kann entweder unverändert übernommen werden oder in einfacher Weise verändert werden. Die Änderungen betreffen die Randbedingungen, die vom Bediener situationsspezifisch vorgegeben werden können. Nach der Festlegung der neuen Randbedingungen erfolgt eine erneute Berechnung. Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens gewonnen Erkenntnisse und Erfahrungen sollen auf Trinkwasserversorgungsanlagen mit einer ähnlichen Struktur übertragbar sein. Zu Beginn und über die Projektlaufzeit  sollen daher mit einem breiten WVU-Teilnehmerkreis Workshops durchgeführt werden, um Erfahrungen der einzelnen WVU bzgl. Energiemanagementsystemen und eines energieeffizienten Anlagenbetriebes aufzugreifen, die unternehmensspezifischen Anforderungen zu bündeln und diese in einem weiteren Schritt in einen übertragbaren Anforderungskatalog zu überführen. Durch die frühzeitige und begleitende Einbindung weiterer WVU wird erwartet, die Akzeptanz des Ansatzes bereits im Vorfeld zu erhöhen, die geplanten Entwicklungen gezielter am Praxisbedarf auszurichten und so insgesamt die Verwertungschancen der Projektergebnisse deutlich zu steigern.

 

Betrachtungskreis EWave

Abb. 2: Betrachtungskreis EWave: Assistenzsystem zur Betriebsoptimierung von Gesamtsystem und Einzelnetz unter den Randbedingungen erneuerbarer Energien

Nach erfolgreicher Implementierung bei RWW und Klärung der rechtlichen Voraussetzungen streben die Industriepartner Siemens, RWW und GreyLogix Aqua GmbH mit wissenschaftlicher Unterstützung der Forschungseinrichtungen eine gemeinsame Strategie zur Vermarktung an, die auch kleineren und mittleren Wasserversorgern eine Nutzung des entwickelten Managementinstrumentes ermöglicht.

Weitere Informationen

>> zu den Arbeitspaketen

>> zur Homepage des Verbundes