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Intelligentes Wassermanagement zielt darauf ab, die Wassernutzung so zu steuern, dass sie effizient, ausreichend und nachhaltig ist. Dazu werden innovative Technologien wie Sensoren, intelligente Wassermessgeräte, Informationssysteme, Datenerfassung und Systeme zur Entscheidungsunterstützung eingesetzt.
Sauberes Wasser und sanitäre Einrichtungen
Nachhaltige Städte und Gemeinden
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Beschreibung
Intelligentes Wassermanagement zielt darauf ab, die Wassernutzung in einer Weise zu steuern, die Effizienz, Suffizienz und Nachhaltigkeit fördert. Um dieses Ziel zu erreichen, werden moderne Managementansätze durch die Integration innovativer Technologien wie Sensoren, intelligente Wassermessung, Informationssysteme, Datenerfassung und Entscheidungsunterstützungssysteme untermauert.
Laut Statista (2021) könnten bis zum Jahr 2050 bis zu zwei Drittel der Weltbevölkerung in Regionen mit begrenztem Zugang zu Süßwasserressourcen leben. Dieser Bericht argumentiert weiter, dass Wasserknappheit auch in den Industrieländern zu spüren sein wird, da der Klimawandel zu häufigeren wetterbedingten Katastrophen führt und die steigende industrielle Nachfrage nach Wasser voraussichtlich enormen Druck auf die Verfügbarkeit von Süßwasser ausüben wird.
Um die Sicherheit der Wasserversorgung zu gewährleisten, müssen daher innovative Wege beschritten werden, um eine saubere und stetige Wasserversorgung zu gewährleisten und gleichzeitig den Betrieb, die Wartung und das Management der Wasserversorgungsunternehmen zu optimieren. Intelligente Wassermanagementsysteme sind eine der stärksten Interventionen zur Erreichung der Wassersicherheit.
Wertschöpfungsmodell
Kosten-Nutzen-Bewertung der Lösung.
BENEFITS
Wirtschaftlich
Senkung der Wasser- und damit verbundenen Energieverbrauchsrechnung, da die Kunden über ein Kundenportal, Apps und intelligente Zähler schnell auf Abrechnungs- und Nutzungsinformationen zugreifen können (Kunden)
Die betriebliche Optimierung wird die mit der Versorgungsinfrastruktur (Leckagen, Diebstahl usw.), dem Personal und betrieblichen Ineffizienzen (Automatisierung von Prozessen, Datensilos usw.) verbundenen Kosten senken.
Kann Arbeitsplätze im Zusammenhang mit der Entwicklung von Anwendungen schaffen, die auf großen Mengen von produzierten Daten basieren
Gewährleistet die Bereitstellung einer sauberen und kontinuierlichen Wasserversorgung für Industrie und Gewerbe
Umwelt
Verhinderung von Verlusten an biologischer Vielfalt, Wasser- und Luftverschmutzung und Landschaftsschäden im Zusammenhang mit Wassergewinnungsprojekten und -lieferdiensten
Verringerung der Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit der Wasserlieferung und dem Energieverbrauch für die Erwärmung des Wassers
Soziales
Erleichtert die Bereitstellung einer sauberen und stetigen Wasserversorgung, was zu einer verbesserten Lebensqualität führt
Echtzeit-Datensätze und Ergebnisse der schnellen Verarbeitung großer Datensätze stehen Kunden, Versorgungsunternehmen, Regierungsbeamten und Forschungseinrichtungen zur Verfügung. Dies unterstützt die Transparenz und fördert eine effektive Entscheidungsfindung, relevante Forschungsmöglichkeiten sowie die Umsetzung praktischer Lösungen.
Stadtkontext
Für welche unterstützenden Faktoren und Merkmale einer Stadt ist diese Lösung geeignet? Welche Faktoren würden die Umsetzung erleichtern?
Da sich die Weltbevölkerung im 20. Jahrhundert etwa vervierfacht hat, ist der menschliche Wasserverbrauch für die Landwirtschaft, die Industrie und die Kommunen um das 5-, 18- bzw. 10-fache gestiegen (Makarigakas, 2019). Da ein größerer Prozentsatz der Weltbevölkerung in urbanen Zentren leben wird, besteht angesichts der Auswirkungen des Klimawandels und der zunehmenden Umweltverschmutzung die dringende Notwendigkeit, die städtischen Wassermanagementsysteme zu rationalisieren und zu verbessern.
Unterstützende Faktoren
Einsatz von Technologie: Technologie wird heute weitgehend bei der Verteilung und Regulierung von Dienstleistungen, Gütern und Ressourcen eingesetzt, insbesondere im städtischen Raum. Sensoranwendungen und drahtlose Verbindungen sind in Städten allgegenwärtig, in denen eine höhere Nachfrage nach der rechtzeitigen Bereitstellung von Dienstleistungen, Gütern und Ressourcen besteht.
Transparenz: Angesichts der großen Datenmengen, die jetzt gesammelt werden, fordern Bürgergruppen mehr Einblicke in die Ressourcennutzung und die Systemleistung. Intelligente Managementsysteme erleichtern die sofortige und kontinuierliche Erfassung und Verarbeitung von Daten.
Technisch versierte Arbeitskräfte: Menschen, die ins Berufsleben eintreten, sind in der Regel sehr technologieabhängig und mit der Technologie vertraut. Von ihnen wird daher erwartet, dass sie bestehende Technologien unterstützen und neuere Verfahren entwickeln.
Optimierungsmöglichkeiten: Automatisierung, Echtzeit-Überwachungssysteme sowie datengesteuerte und modellbasierte Ansätze ermöglichen die Identifizierung und Vorhersage von Systemproblemen und damit eine unmittelbare Reaktion auf potenzielle Infrastrukturschäden, Dienstleistungsunterbrechungen, Wasserverschmutzung und andere Systemausfälle.
Die Nachhaltigkeitsagenda: Das Nachhaltigkeitsziel 6 konzentriert sich auf den Zugang zu sauberem Wasser und angemessenen sanitären Einrichtungen für alle. Intelligentes Wassermanagement ist daher nicht nur ein Mechanismus für Kosteneinsparungen und betriebliche Effizienz, sondern auch ein Weg zur Wassersicherheit, ohne die Integrität der Umwelt zu gefährden.
Regierungsinitiativen
Welche Anstrengungen und Maßnahmen unternehmen die lokalen/nationalen öffentlichen Verwaltungen, um diese Lösung zu fördern und zu unterstützen?
Es gibt mehrere Regierungsinitiativen auf regionaler und nationaler Ebene, die eine intelligente Wasserwirtschaft unterstützen. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele:
Kohäsionsfonds: Die Kohäsionsfonds kofinanzieren kapitalintensive Investitionen in die Wasserinfrastruktur und unterstützen die EU-Mitgliedstaaten bei der Einhaltung der Wassergesetzgebung. Es gibt drei verschiedene Finanzierungskategorien, die sich auf die Wassereffizienz beziehen: 'Risikoprävention', 'Sonstige Maßnahmen zum Schutz der Umwelt und zur Risikoprävention' und 'Bewirtschaftung und Verteilung von Trinkwasser' (Europäische Union, 2021)
Life+ Fonds (GD ENV): Dieses Finanzierungssystem bietet finanzielle Unterstützung für Umwelt- und Naturschutzprojekte in der gesamten EU.
Deutsches Bundesministerium für Bildung und Forschung: Dieses Ministerium finanziert die Entwicklung von integrierten Planungsinstrumenten für die nachhaltige Nutzung von Wasserressourcen und die Anpassung von Wassertechnologien an unterschiedliche ökologische, soziale und wirtschaftliche Bedingungen.
Stakeholder Mapping
Welche Interessengruppen müssen bei der Planung und Umsetzung dieser Lösung berücksichtigt werden (und wie)?
Marktpotenzial
Wie groß ist der potenzielle Markt für diese Lösung? Gibt es EU-Ziele, die die Umsetzung unterstützen? Wie hat sich der Markt im Laufe der Zeit und in letzter Zeit entwickelt?
Es wird erwartet, dass der globale Markt für intelligentes Wassermanagement im Prognosezeitraum (2021 - 2026) eine CAGR von etwa 12,5% verzeichnen wird(Morder Intelligence, 2022). Faktoren wie die wachsende Bevölkerung, die zunehmende Urbanisierung, die alternde Infrastruktur und die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserressourcen treiben das weltweite Wachstum des Marktes an. So wird beispielsweise erwartet, dass 480 Millionen Menschen in Asien in Zukunft mit Wasserknappheit konfrontiert sein werden und mehr als 500 Millionen Menschen in Gebieten leben, in denen der Wasserverbrauch die lokal erneuerbaren Wasserressourcen um das Zweifache übersteigt (MordorIntelligence, 2022).
Die Einführung von intelligenten Wassermanagementsystemen wird oft durch den Mangel an Finanzmitteln zur Deckung der hohen Betriebskosten eingeschränkt. Nichtsdestotrotz belief sich der weltweite Markt für intelligente Wasserzähler im Jahr 2018 auf 1,38 Mrd. USD und wird bis 2026 voraussichtlich 3,07 Mrd. USD erreichen, was einer CAGR von 10,6 % während des Prognosezeitraums entspricht(FortuneBusiness, 2020).
Deutschland ist einer der größten Exporteure von Wasser- und Abwassertechnologien in Europa mit einem Exportvolumen von 1,1 Milliarden Euro im Jahr 2018 (Germany Trade and Investment, 2019). Der deutsche Markt für nachhaltiges Wassermanagement gehört auch zu den größten in Europa mit einer Wasserversorgung und Abwasserbehandlung im Wert von rund 17,2 Milliarden Euro jährlich (ebd.). Der US-Bundesstaat Kalifornien ist eine Region, die bei der Installation von intelligenten Wasserleitungen durch die Verantwortlichen der Städte führend ist, um den Verbrauchern durch den Zugang zu Echtzeit-Verbrauchsdaten ein besseres Management des Wasserverbrauchs zu ermöglichen(SmartEnergy International, 2018).
Für den asiatisch-pazifischen Raum wird zwischen 2016 und 2022 ein Wachstum von 3,5 % bei der Einführung intelligenter Zähler vorhergesagt, da starke Investitionen des Privatsektors dazu beitragen werden, die Verbreitung intelligenter Zähler in der Region zu beschleunigen (SmartEnergy Internationa, 2018). In Afrika hingegen befinden sich die intelligenten Wasserzähler noch in der Anfangsphase.
Kostenstruktur
Betriebsmodelle
Welche Geschäfts- und Betriebsmodelle gibt es für diese Lösung? Wie sind sie strukturiert und finanziert?
Für intelligente Zählersysteme können verschiedene Betriebsmodelle gewählt werden
Automatische Umstellung: Sie würde die Nachrüstung aller bestehenden Haushaltszähler zu intelligenten Zählern durch staatliche Anordnungen beinhalten.
Freiwillige Umstellung: Diese Option ist freiwillig, d.h. die Einführung von intelligenten Zählern würde kein staatliches Eingreifen erfordern.
Rechtliche Anforderungen
Einschlägige gesetzliche Richtlinien auf EU- und nationaler Ebene.
Die Richtlinie über die Behandlung von kommunalem Abwasser (Richtlinie 91/271/EWG): befasst sich mit der Notwendigkeit der Sammlung, Behandlung und Ableitung von häuslichem Abwasser und Abwasser aus bestimmten Industriezweigen, um das Potenzial für schädliche Auswirkungen auf die Umwelt zu beseitigen.
Die Trinkwasserrichtlinie (Richtlinie 98/83/EG): Sie soll die menschliche Gesundheit vor den schädlichen Auswirkungen einer Verunreinigung von Wasser für den menschlichen Gebrauch schützen, indem sie sicherstellt, dass das Wasser gesund und sauber ist.
Die "Richtlinie 2000/60/EG des Europäischen Parlaments und des Rates zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik" oder kurz die EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) dehnt den Geltungsbereich des Gewässerschutzes auf alle Gewässer, Oberflächengewässer und Grundwasser, aus: Erreichung eines "guten Zustands" für alle Gewässer innerhalb einer festgelegten Frist,
Die Richtlinie über die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU), die sich mit der Verschmutzung durch große Industrieanlagen befasst und später in die Richtlinie über Industrieemissionen umgewandelt wurde.
Das Wasserhaushaltsgesetz, das Abwasserabgabengesetz, die Trinkwasserverordnung und die Abwasserverordnung schaffen die rechtliche Grundlage für eine grenzüberschreitende und nachhaltige Wasserwirtschaft in Deutschland.
Daten und Standards
Welche relevanten Standards, Datenmodelle und Software sind für diese Lösung relevant oder erforderlich?
Europäische Standards für Wasserbewirtschaftung. Diese Standards wurden von der European Water Stewardship im Rahmen des von der European Water Partnership (EWP) koordinierten Stakeholder-Prozesses entwickelt. Das European Water Stewardship (EWS) arbeitet im Rahmen der EU-Politik mit dem Ziel, Indikatoren für den gesamten Wasserkreislauf zu liefern: von der Entnahme bis zur Wiederverwendung.
ISO/AWI 24591-2: Datenmanagement-Leitlinien für Dienstleistungsaktivitäten in Bezug auf Trinkwasserversorgung, Abwasser und Regenwassersysteme
Anwendungsfälle
Sehen Sie sich Beispiele für die Umsetzung dieser Lösung in der Praxis an.
Wasser
Glasgow Smart Canal Projekt
In seiner erfolgreichen Bewerbung als eine der Rockefeller 100 Resilient Cities auf der ganzen Welt hat Glasgow beschlossen, sich auf seine Pläne für die Widerstandsfähigkeit gegen den Klimawandel zu konzentrieren. Dies betrifft insbesondere die zunehmenden Regenfälle und Überschwemmungen, die als lokale Folgen der globalen Erwärmung für die Stadtregion vorhergesagt werden.
Verwaltung des Wasserressourcennetzes von São Paulo
Im Jahr 2020 setzt die Gesellschaft für sanitäre Grundversorgung des Bundesstaates São Paulo (Sabesp) auf die Zukunft ihres Unternehmens, indem sie Elliot Water in ihr Management aufnimmt. Sabesp ist für 30% der Investitionen in die sanitäre Grundversorgung in Brasilien verantwortlich.
Digitale Technologie, in diesem Fall der Einsatz von Sensoren, wird in Zukunft den Wasserbedarf der Bäume in Darmstadt ermitteln. Auf diese Weise kann das Wasser effektiver und effizienter zugeteilt werden, und die Erhaltung des städtischen Grüns wird verbessert.
Connecta VLCi: 194 intelligente kommunale Gebäude und Einrichtungen
Das Projekt sieht eine modernere und effizientere Verwaltung von bis zu 194 städtischen Gebäuden und Einrichtungen durch eine Smart City-Plattform vor, in der die Gebäude integriert sind und alle Informationen über sie wie Verschmutzung, Temperatur, Feuchtigkeit, Energieverbrauch usw. bereitgestellt werden.
TreeCop - Sensoren steuern die Bewässerung von Stadtbäumen in der Stadt Essen
Um das Bewässerungsmanagement zu optimieren und den Baumbestand zu erhalten, hat die Stadt Essen zusammen mit der Universität Trier TreeCop entwickelt, ein intelligentes Bewässerungsmanagementsystem für Stadtbäume im Jahr 2020.
Von der Stadt Stavanger werden offene Datenquellen, Sensordaten, Wetterdaten und SCADA gestreamt und verarbeitet, um die Zusammenhänge zwischen den Datenquellen in Echtzeit zu erkennen, was zur Wartung und Identifizierung von Verbesserungen im Wasser- und Abwassersystem genutzt wird.
Modernisierung der Wasserinfrastruktur in Kranj, Slowenien
Dieser Anwendungsfall zeigt, wie Iskraemeco Smart Water Solutions beim Wasserversorgungsunternehmen Kranj implementiert wurde, um die betriebliche Effizienz zu steigern und die Datengenauigkeit zu verbessern.
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