Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft

Logo EWaveArbeitspakete im Verbund EWave

AP 1: Anforderungen der Wasserwirtschaft

Ansprechpartner:

Ronald Roepke, Dr. Michael Plath, RWW Rheinisch-Westfälische Wasserwerksgesellschaft mbH, Am Schloss Broich 1-3, 45479 Mülheim an der Ruhr

Kurzbeschreibung:

Die Anforderungen der Wasserwirtschaft an ein simulationsbasiertes Assistenzsystem mit integrierter Optimierung der Energieeffizienz werden in diesem Arbeitspaket untersucht und festgelegt. Ebenfalls werden Kennzahlen, die für die Bewertung der Energieeffizienz des Betriebes herangezogen werden sollen, erarbeitet. Alle Arbeiten werden in Abstimmung mit anderen Wasserversorgungsunternehmen durchgeführt, um die geplanten Entwicklungen gezielter am Praxisbedarf auszurichten.

AP 2: Daten und Methoden zum Modellaufbau, zur Zustands­schätzung, Prognose und Bewertung

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Gerd Steinebach, HS Bonn-Rhein-Sieg, Grantham-Allee 20, 53757 Sankt Augustin

Kurzbeschreibung:

Das Arbeitspaket 2 befasst sich mit der Bereitstellung und Verwertung von Struktur-, Prozess- und externen Daten und mit Methoden zur Modellerstellung, zum Modellbetrieb und zur Ergebnisbewertung in Bezug auf die Energieeffizienz im EWave. Auf Basis der bereitgestellten Daten werden praxistaugliche Methoden zur automatisierten Generierung abstrakter Wassernetzmodelle, zur  weitgehend automatisierten Modellkalibrierung und Berechnung eines konsistenten Ist-Zustandes im Netzwerk abgeleitet. Zum Modellbetrieb ist eine vorausschauende Prognose der „Last“ (z.B. Trinkwasserbedarf je Druckzone) auf Basis von Messdaten und statistischen Analysen erforderlich. Die Kopplung des Wasser- mit dem Energiemodell erlaubt die Bewertung der Energieeffizienz der Betriebssteuerung. Hierzu sind aus vorhandenen Energiebezugsdaten Kostenfunktionale für die einzelnen Netz­komponenten abzuleiten.

AP 3: Physikalische Modelle und Numerische Verfahren

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Jens Lang, TU Darmstadt, Fachbereich Mathematik - Numerik und Wissenschaftliches Rechnen, Karolinenplatz 5, 64289 Darmstadt

Kurzbeschreibung:

Der Themenblock behandelt die Erforschung dynamischer Simulations- und Optimierungsmodelle für Transportvorgänge in Wasserverteilungen unter modularer Berücksichtigung von verfahrenstechnischen Anlagen der Wasserversorgung mit durchgängigen dynamischen Multiskalen-Ansätzen für Zeitverhalten und Modellierungstiefe. Basierend auf einer integrierten Modellsammlung für Wasser und Energie sollen Sensitivitäten basierte Optimierungsverfahren eingesetzt werden, die eine energetische Betrachtung von einzelnen Komponenten als auch von ganzen Netzwerken in einem Wasserverteilungssystem erlauben. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der praktisch notwendigen Echtzeitoptimierung unter Einbeziehung von Schaltvorgängen.

AP 4: Integrierte Entscheidungs- und Betriebsunterstützung

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Günter Leugering, FAU Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Angewandte Mathematik 2, Cauerstr. 11, 91058 Erlangen

Kurzbeschreibung:

In diesem Themenblock geht es um Konzepte zur Entscheidungs- und Betriebsunterstützung auf Basis von Simulation und mathematischer Optimierung für konkrete Anwendungsfälle. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Integration einer entscheidungsbasierten Optimierung in das simulationsbasierte Assistenzsystem EWave.  Entscheidend dabei ist die Verschrän­kung entscheidungsgetriebener Optimierung und Simulation zu einem „hybriden dynamischen System“, das Schaltdynamiken, Transportprozesse und Energiekopplungen mit anderen Netzen abbildet und mit Blick auf eine ganzheitliche Effizienz optimiert. Simulationsbasierte Assistenzsysteme bieten die Möglichkeit alternative Betriebsstrategien durchzuspielen (What-If-Szenarien). Hierzu werden mit Hilfe moderner Modellreduktions­verfahren simulationsbasierte effektive Gesamtmodelle erstellt werden, die echtzeitfähige Simulations- und Optimierungsergebnisse möglich machen. Insbesondere das Zusammenspiel von Simulation und Optimierung, das zu einem entscheidenden Mehrwert in einer effizienten Betriebsführung führt, steht dabei im Vordergrund. Die entwickelten Modelle und Verfahren sollen sowohl für die Gewinnung und Aufbereitung als auch für die Verteilung von Wasser verwendet werden.

AP 5: Umsetzung und Pilot-Einsatz

Ansprechpartner:

Dr. Andreas Pirsing, Siemens AG - Industry Sector, Gleiwitzer Str. 555, 90475 Nürnberg

Kurzbeschreibung:

Dieses Arbeitspaket befasst sich mit dem Pilot-Einsatz des „Energiemanagementsystems Wasserversorgung (EWave)“ im kommunalen RWW-Verbund. Der Einsatz dient einerseits der praktischen Erprobung des prototypisch implementierten simulationsbasierten Offline- und Online-Assistenzsystems sowie andererseits dem Nutzennachweis auf Basis der zuvor definierten Test-Szenarien. Das EWave System dient als Planungswerkzeug für konzeptuelle Analysen und wird betriebsbegleitend als Assistenzsystem eingesetzt, das auf Basis von Simulations- und mathematischen Optimierungsansätzen einen energie- und kostenoptimierten Betrieb der Wasserversorgungsnetze ermöglicht.