Digitalisierung in der Wasserwirtschaft

Auf­grund der zunehmenden Belas­tun­gen durch den Kli­mawan­del und die ras­ante Urban­isierung sind unsere herkömm­lichen Wass­er- und Abwasser­sys­teme nicht auf die zunehmenden Belas­tun­gen aus­gelegt. Die Gefahren, die eine alternde Infra­struk­tur im Hin­blick auf poten­zielle Störun­gen und die Ver­let­zung von Umweltvorschriften mit sich bringt, beschäfti­gen daher die Wasserver­sorg­er in aller Welt.
Wasserver­sorg­er ste­hen zunehmend vor der Her­aus­forderung, ihre Gesamt­be­trieb­skosten und Leck­age-Rat­en zu ver­ringern. Die Entwick­lung von Sen­soren und Tech­nolo­gien zur Zus­tand­süberwachung hil­ft, Leck­a­gen und Abwe­ichun­gen der geforderten Wasserqual­ität frühzeit­ig zu erken­nen. Durch die Kom­bi­na­tion von intel­li­gen­ter Überwachung­stech­nolo­gie mit Fre­quen­zum­richtern und Motoren kön­nen Unternehmen ihr Anla­gen­man­age­ment opti­mieren und dabei einen großen Schritt in Rich­tung Überwachung der Geräte in Echtzeit machen.
 

Zustandsorientierte Überwachung

Fast ein Drit­tel aller Elek­tro­mo­toren weltweit wird von Fre­quen­zum­richtern angetrieben, haupt­säch­lich um den Energie­ver­brauch zu reduzieren. Darüber hin­aus sor­gen sie bei Wass­er- und Abwasser­an­wen­dun­gen aber auch für eine effek­tive Prozesss­teuerung, indem sie den Wasser­druck im Rohrleitungssys­tem kon­stant hal­ten, sie ver­mei­den Wasser­schläge oder tra­gen zu ein­er opti­mierten Brunnen­er­schließung bei. Fre­quen­zum­richter kön­nen Pumpen in Abwasser­ap­p­lika­tio­nen reini­gen und mehrere Pumpen in einem Kaskaden­sys­tem regeln, um den Pumpen­be­trieb zu opti­mieren und Energie zu sparen.
Beglei­t­end dazu bieten Ser­vices zur zus­tands­basierten Überwachung über die Cloud Zugriff auf Echtzeit­dat­en auch von ent­fer­nt gele­ge­nen Wasser­an­la­gen. Zen­trales Ele­ment hier­bei ist eine neue Gen­er­a­tion von draht­losen smarten Sen­soren – eine kostengün­stige, leicht zu instal­lierende dig­i­tale Lösung.
Intel­li­gente Sen­soren haben die Wartung für Motoren rev­o­lu­tion­iert, indem sie Betreiber in die Lage ver­set­zen, aufk­om­mende Prob­leme frühzeit­ig zu erken­nen. Wartungs­maß­nah­men kön­nen damit geplant wer­den, bevor es zu ein­er Störung kommt. Das ver­hin­dert uner­wartete Pro­duk­tion­sstopps und führt zu gerin­geren Aus­fal­lzeit­en, opti­miert­er Wartung und reduzierten Ersatzteilbeständen.
Mit der einge­baut­en Intel­li­genz für aktives, adap­tives Ver­hal­ten hil­ft die Tech­nolo­gie, extreme Wet­ter­ver­hält­nisse wie Starkre­gen zu bewälti­gen, der Prob­leme im Hin­blick auf die Wasserqual­ität oder die Ein­hal­tung von Umweltvorschriften verur­sachen kann. Darüber hin­aus kön­nen Experten die von den Sen­soren erfassten Dat­en analysieren, in fundierte Kor­rek­tur­maß­nah­men über­führen und dadurch die Lebens­dauer der Anla­gen ver­längern. So kann der Betrieb von Wass­er- und Abwasser­an­la­gen opti­miert wer­den – von ein­er einzel­nen Pump­sta­tion bis zum gesamten Wasser­w­erk oder zur Kläranlage.
Auch herkömm­liche Pumpen kön­nen durch Sen­soren in intel­li­gente, draht­los ver­bun­dene Geräte ver­wan­delt wer­den. Dabei wer­den Vibra­tio­nen und Tem­per­a­turen an der Ober­fläche der Pumpe gemessen und zur Entwick­lung aus­sagekräftiger Infor­ma­tio­nen über den Zus­tand und die Leis­tung der Pumpe genutzt. Dies umfasst Details wie Pumpen­drehzahl, Vibra­tio­nen, Falschaus­rich­tung, Lagerzu­s­tand oder Unwucht­en. Zusät­zlich kön­nen intel­li­gente Sen­soren, die an den Motoren der Pumpen ange­bracht sind, anhand der Aus­gangsleis­tung des Motors einen nach­lassenden Wasser­durch­fluss erkennen.
Die Dig­i­tal­isierung erstreckt sich auch auf Fre­quen­zum­richter: Antrieb­s­dat­en kön­nen über eine Fer­nüberwachungslö­sung in die Cloud hochge­laden wer­den. Das ermöglicht die kom­binierte Analyse von Antriebs‑, Motor- und Pumpen­dat­en und gibt Ein­blick in den Zus­tand und die Leis­tung des gesamten Antriebsstrangs.
Wen­ngle­ich Wasserv­er- und Entsorg­er ihre Sys­teme kon­tinuier­lich auf Verän­derun­gen des Leitungs­drucks und Durch­flusses überwachen (die auf Ver­stop­fun­gen und Leck­a­gen hin­deuten kön­nen), erfahren sie manch­mal erst dann von einem Prob­lem, wenn ein Kunde einen Wasser­rohrbruch meldet. Dig­i­tale Lösun­gen ermöglichen früh­est­mögliche Warn­mel­dun­gen. Je eher und schneller die Unternehmen die Vergeudung von auf­bere­it­etem Wass­er ver­hin­dern, desto höher ist die Einsparung und das Ver­trauen der Kun­den. Nicht auf­bere­it­etes Wass­er oder Abwass­er, das in die Umwelt gelangt, stellt ein gravieren­des Prob­lem dar. Es dro­hen Bußgelder, und es beste­ht die Gefahr von Gesundheits‑, Sach- und Rufschäden.
 

Ist Digitalisierung schwer umzusetzen?

Die Wasser­branche hat bei der Ein­führung dig­i­taler Tech­nolo­gien große Fortschritte gemacht. Den­noch beste­ht noch immer erhe­blich­es Poten­zial. Angesichts der tech­nol­o­gis­chen Entwick­lung und annehm­baren Preise für smarte Geräte ist die Zeit reif, die dig­i­tale Trans­for­ma­tion weit­er voranzutreiben.
Unternehmen müssen einen strate­gis­chen Plan entwick­eln, um ein voll­ständi­ges „Ökosys­tem“ aufzubauen. Beispiel­sweise kön­nen sie das Wasser­netz in einzelne Zonen aufteilen und ermit­teln, was zur Bewäl­ti­gung der speziellen Her­aus­forderun­gen in diesen Zonen unter­nom­men wer­den muss. Es emp­fiehlt sich, klein anz­u­fan­gen und vorhan­dene Tech­nolo­gien aufzurüsten. Hier ermöglichen smarte Sen­soren den per­fek­ten Ein­stieg in die Dig­i­tal­isierung. Sie kön­nen ein­fach an beste­hende Motoren, Pumpen, Lagern oder Getrieben ange­bracht wer­den. Anschluss und Bedi­enung sind unkom­pliziert, und Investi­tio­nen in neue, kost­spielige Sys­teme ent­fall­en. ABB berät die Unternehmen, um mit bewährter und zusät­zlich­er mod­ern­er Tech­nolo­gie ein solch­es Ökosys­tem zu entwickeln.
 

Erfolgreiche Anwendung in Singapur

Im pulsieren­den Stadt­staat Sin­ga­pur ver­fol­gt der örtliche Wasserver­sorg­er ein klares Ziel: die Gewährleis­tung ein­er sicheren Trinkwasserver­sorgung der ras­ant wach­senden Metro­pole, die über wenige natür­liche Wasserquellen und begren­zte Land­masse ver­fügt. Erschw­ert wird das her­aus­fordernde Vorhaben dadurch, dass sich der Wasserbe­darf in den näch­sten 40 Jahren gegenüber dem aktuellen Ver­brauch von 1,8 Mil­liar­den Litern täglich ver­dop­peln dürfte. Hohe Betrieb­skosten, der wach­sende Energie­ver­brauch und der lan­desweite Arbeit­skräfte­man­gel haben Sin­ga­pur ver­an­lasst, unkon­ven­tionelle Wege zu gehen.
ABB und der örtliche Wasserver­sorg­er Pub­lic Util­i­ties Board (PUB) set­zen erfol­gre­ich ein Pilot­pro­jekt um, in dessen Rah­men smarte Sen­soren an den Motoren und Pumpen von PUB ange­bracht wur­den. Mit Hil­fe der von den Sen­soren erfassten Echtzeit­dat­en kon­nte PUB die Zeit für die Behe­bung von Störun­gen sowie den Ressourcen- und Ver­wal­tungsaufwand reduzieren.
Anschließend instal­lierte ABB eine inte­gri­erte Lösung mit 22 smarten Sen­soren, Remote Con­di­tion Mon­i­tor­ing und Aug­ment­ed-Real­i­ty-Brillen (Microsoft HoloLens) zur Erle­ichterung der Wartung und Schu­lung. Sechs dig­i­tale Antrieb­sstränge führten ergänzend die Sen­sor- und Antrieb­s­dat­en ent­lang der gesamten Anlage mit cloud­basiert­er Ana­lytik zusam­men – von Fre­quen­zum­richtern und Motoren bis zu Pumpen und Lagern. Über das Con­di­tion-Mon­i­tor­ing-Por­tal kann PUB die Antrieb­sstränge leicht kon­fig­uri­eren und kri­tis­che Zus­tands- und Betrieb­spa­ra­me­ter über ein einzelnes Por­tal überwachen.
 

Blick nach vorn

Eine Smart City wird auch als „Sys­tem der Sys­teme“ beze­ich­net, in dem das Inter­net der Dinge (IoT) und Ana­lytik mit tra­di­tionellen Infra­struk­turen ver­schmelzen. Intel­li­gente Städte nutzen IoT- und Analy­se­funk­tio­nen, um oper­a­tive Effizienz zu erre­ichen und die Ser­vice­qual­ität, Nach­haltigkeit und Wirtschaft­skraft zu verbessern. Vor­mals getren­nte Sek­toren wie Energie, Verkehr, Katas­tro­phen­man­age­ment und Wasser­wirtschaft sind aufeinan­der abgestimmt.
Viele Städte weltweit haben große Fortschritte bei der Dig­i­tal­isierung ver­schieden­er Infra­struk­turbere­iche wie dem Energie- oder Verkehrssek­tor erzielt. Die Ein­bindung der Wasserver­sorgung in Smart-City-Strate­gien und Sys­teme ste­ht bei den meis­ten jedoch noch aus. Der dro­hende zunehmende Wasser­man­gel kön­nte nun mehr Städte dazu bewe­gen, auf intel­li­gente Wasser­wirtschaftssys­teme umzustellen.