Beschreibung
Intelligente Wasserbewirtschaftung zielt darauf ab, die Wassernutzung so zu steuern, dass Effizienz, Suffizienz und Nachhaltigkeit gefördert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden moderne Bewirtschaftungsansätze durch die Integration innovativer Technologien wie Sensoren, intelligente Wassermessung, Informationssysteme, Datenerfassung und Systeme zur Entscheidungsunterstützung unterstützt.
Laut Statista (2021) könnten bis 2050 bis zu zwei Drittel der Weltbevölkerung in Regionen mit begrenztem Zugang zu Süßwasserressourcen leben. Diesem Bericht zufolge wird der Wassermangel auch in den Industrieländern zu spüren sein, da der Klimawandel zu immer häufigeren wetterbedingten Katastrophen führt und die steigende industrielle Nachfrage nach Wasser voraussichtlich einen 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 kontinuierliche Wasserversorgung zu gewährleisten und gleichzeitig den Betrieb, die Wartung und das Management der Wasserversorgungsunternehmen zu optimieren. Intelligente Wassermanagementsysteme sind eine der stärksten Maßnahmen zur Erreichung der Wassersicherheit.
Vorteile
Intelligente Wassermanagementsysteme nutzen den Einsatz von Technologie, um die Wasserzuteilung zu verbessern, eine effiziente Wassernutzung zu unterstützen und die nachhaltige Bewirtschaftung der Wasserressourcen insgesamt zu fördern. Diese Systeme sammeln, simulieren und verarbeiten Daten, um die Entscheidungsprozesse zu optimieren. Wenn sie richtig eingesetzt werden, kann dies für jedes ausgegebene Pfund einen Nutzen von bis zu 64 Pfund bringen (Artesia Consulting Ltd., 2019).
Die gesammelten Datensätze werden verwendet, um mögliche Interventionen in Bezug auf die Wasserbereitstellung, die Tarifgestaltung, die Wasserpolitik sowie die Kapazität und Funktionsweise der Verwaltungsstrukturen zu entwickeln, zu testen, zu bewerten und voranzutreiben. Die beabsichtigten Funktionen von Wasserwirtschaftssystemen werden im Folgenden beschrieben.
Wichtigste Vorteile
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Verbesserung der Wasserzuteilung
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Unterstützung einer effizienten Wassernutzung
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Erhöhung der Wassersicherheit
Potenzielle Vorteile
Reduzierung der Betriebskosten
Verbesserung der Effizienz der Energienutzung
Förderung von nachhaltigem Verhalten
Verbesserte Datenerfassung
Funktionen
Funktionen helfen Ihnen zu verstehen, was die Produkte für Sie tun können und welche Ihnen helfen werden, Ihre Ziele zu erreichen.
Jede Lösung hat mindestens eine Hauptfunktion, die zum Erreichen des grundlegenden Zwecks der Lösung erforderlich ist, und mehrere Zusatzfunktionen, die hinzugefügt werden können, um zusätzliche Vorteile zu bieten.
Hauptfunktionen
Verbessern Sie the efficiency of water systems
So können beispielsweise Geräte zur Erkennung von Wasserdruck, Temperatur, Durchfluss usw. eingesetzt werden, um Leckagen, Rohrschäden und andere Probleme bei der Wartung der Infrastruktur frühzeitig zu erkennen. Die schnellere Durchführung von Reparaturen und Wartungsarbeiten sowie die allgemeine betriebliche Effizienz minimieren die Risiken und bieten Investitionsschutz.
Unterstützung easy access and fast processing of information
Intelligente Messsysteme wie z. B. die intelligente Verbrauchsmessung bieten Zugang zu Echtzeitdaten über den Wasser- und Energieverbrauch und ermöglichen ein besseres Verständnis des Verbrauchs (was zu Verhaltensänderungen führt), die Integration von Verbrauchsdaten in intelligente Netze zur Verbesserung der Effizienz sowie die Stärkung der Verantwortlichkeiten und Kapazitäten der Wasserdienstleister.
Verbessern Sie customer experience
Dank genauerer Abrechnungen, Portal-Apps für Versorgungskunden und einer verbesserten Infrastruktur und Versorgung werden die Kunden voraussichtlich einen besseren Service bei der Wasserversorgung erleben.
Zusatzfunktionen
Verbessern Sie water quality
Der Einsatz von Sensoren und IoT-Technologie erleichtert die Überwachung und Kontrolle der Wasserqualität in Echtzeit. Daher kann der Eintrag von Schadstoffen in die Wassersysteme einfach und schnell erkannt und bekämpft werden, bevor sie die Kunden erreichen.
Verbessern Sie environmental protection
Die durch genauere Messung, Überwachung und Verwaltung zu erwartenden Wassereinsparungen werden die mit der Wasserentnahme verbundenen finanziellen, ökologischen und sozialen Kosten senken.
Erzeugen Sie new forms of governance
Die großen Datenmengen, die von intelligenten Wassernetzen erwartet werden, können App-Entwicklern und Privatpersonen viele Möglichkeiten eröffnen, die die Art und Weise, wie Wasser verwaltet wird, verändern.
Varianten
Es gibt verschiedene Komponenten und Methoden für intelligente Wassermanagementsysteme. Einige der wichtigsten Technologien werden im Folgenden dargestellt und beschrieben.
(Jenny, 2020)
Beschreibung
Ein intelligentes Rohr ist als Moduleinheit konzipiert, in der Sensoren installiert werden können, die eine Echtzeitüberwachung und automatische Erkennung von Durchfluss, Druck, Leckagen und Wasserqualität ermöglichen, ohne die Betriebsbedingungen des Hydraulikkreislaufs zu verändern. Ein Aktuator ist die Hardware, über die die analysierten Daten der Sensoren verwendet werden, um die resultierende Aktion des Wassersystems auszuführen.
Sensoren wie die Sensoren sind kostengünstige Alternativen mit einem breiten Spektrum an Fähigkeiten und Vielseitigkeit. Sensoren und Aktoren werden oft zusammen eingesetzt, z. B. kann ein Wasserdurchflusssensor von einem Aktor wie einem Wasserabsperrventil begleitet werden, um den Wasserdurchfluss zu regulieren.
Die Hauptvorteile sind die kontinuierliche Überwachung des Netzes ohne Eingreifen des Bedieners vor Ort und der geringe Energieverbrauch des drahtlosen Sensors.
Beschreibung
Ein intelligenter Zähler ist ein Messgerät, das den Wasserverbrauch speichern und übermitteln kann, was durch die Installation von Sensoren und/oder Aktoren in den Wassersystemen ermöglicht wird. Die Vorteile der intelligenten Zähler sind der Zugang zu den Verbrauchswerten über große Entfernungen und der schnelle Zugriff auf Echtzeitdaten für Kunden und Wasserwirtschaftsunternehmen.
Beschreibung
GIS wird verwendet, um eine vollständige Liste der Komponenten des Netzes und ihrer räumlichen Standorte zu erstellen. Der Hauptvorteil von GIS ist die Darstellung von Datensystemen, die für das Sammeln, Speichern, Empfangen, Weitergeben, Bearbeiten, Analysieren und Präsentieren von Informationen mit geografischem Bezug konzipiert sind. GIS sind von Anbietern wie ESRI, Hexagon AB und Bentley Systems Incorporated erhältlich.
Beschreibung
Cloud Computing bezieht sich auf die bedarfsgerechte Verfügbarkeit von gemeinsam genutzten Ressourcen wie Netzwerken, Servern, Speicherplatz, Anwendungen und Analysetools, die über das Internet bereitgestellt werden. Bei SCADA-Systemen handelt es sich um eine Kontrollsystemarchitektur, die Computer, vernetzte Datenkommunikation, grafische Benutzeroberflächen, Sensoren und andere zugehörige Geräte zur Überwachung von Maschinen und Prozessen auf hoher Ebene umfasst. Es ist so konfiguriert, dass es sich an unterschiedliche Arbeitslasten anpassen lässt, um die betriebliche Optimierung und das Anlagenmanagement voranzutreiben.
Beschreibung
Bezieht sich auf die Umsetzung eines gemeinsamen Rahmens für die Messung der Leistung auf der Grundlage einer Reihe relevanter Indikatoren und die Verwendung relevanter Anwendungen, Werkzeuge und Modelle, die durch die Erfassung von Daten unterstützt werden, die im gesamten intelligenten Wassermanagement-Netzwerk erzeugt werden. Die Vorteile dieser Systeme bestehen darin, dass sie für Erklärungen, Vorhersagen und präskriptive Instrumente verwendet werden, um Vertrauen und Transparenz für Entscheidungsprozesse unter den Beteiligten zu schaffen.
Wertschöpfungsmodell
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 zur Schaffung von Arbeitsplätzen im Zusammenhang mit der Entwicklung von Anwendungen führen, die auf großen Mengen an erzeugten Daten basieren |
Gewährleistet die Bereitstellung einer sauberen und stetigen 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 die 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 von praktischen Lösungen |
Stadtkontext
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 aufgrund der Auswirkungen des Klimawandels und der zunehmenden Umweltverschmutzung ein dringender Bedarf, die städtischen Wasserbewirtschaftungssysteme 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, vor allem im städtischen Raum. Sensoranwendungen und drahtlose Verbindungen sind in den Städten allgegenwärtig, wo eine höhere Nachfrage nach der rechtzeitigen Bereitstellung von Dienstleistungen, Gütern und Ressourcen besteht.
Transparenz: Angesichts der großen Datenmengen, die heute gesammelt werden, fordern Bürgergruppen mehr Einblicke in die Ressourcennutzung und die Systemleistung. Intelligente Managementsysteme erleichtern die sofortige und kontinuierliche Datenerfassung und -verarbeitung.
Technisch versierte Arbeitskräfte: Berufsanfänger sind in der Regel sehr technologieabhängig und -affin, weshalb von ihnen erwartet wird, dass sie bestehende Technologien unterstützen und neuere Verfahren entwickeln.
Optimierungsmöglichkeiten: Automatisierung, Echtzeit-Überwachungssysteme, datengesteuerte und modellbasierte Ansätze ermöglichen die Erkennung und Vorhersage von Systemproblemen und damit eine sofortige Reaktion auf potenzielle Infrastrukturschäden, Betriebsunterbrechungen, Wasserverschmutzung und andere Systemausfälle.
Die Nachhaltigkeitsagenda: Im Mittelpunkt des Nachhaltigkeitsziels 6 steht der Zugang zu sauberem Wasser und angemessenen sanitären Einrichtungen für alle. Eine intelligente Wasserbewirtschaftung ist daher nicht nur ein Mechanismus für Kosteneinsparungen und betriebliche Effizienz, sondern auch ein Weg zu einer sicheren Wasserversorgung, ohne die Integrität der Umwelt zu gefährden.
Regierungsinitiativen
Sowohl auf regionaler als auch auf nationaler Ebene gibt es mehrere staatliche Initiativen zur Förderung einer intelligenten Wasserwirtschaft. Nachfolgend sind einige Beispiele aufgeführt.
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 Förderprogramm bietet finanzielle Unterstützung für Umwelt- und Naturschutzprojekte in der gesamten EU.
Deutsches Bundesministerium für Bildung und Forschung: Dieses Ministerium fördert 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
Marktpotenzial
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 voran. 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 intelligenter Wassermanagementsysteme wird häufig 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, mit einer CAGR von 10,6 % während des Prognosezeitraums(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 einem Wert der Wasserversorgung und Abwasserbehandlung von rund 17,2 Milliarden Euro jährlich (ebd.). Der US-Bundesstaat Kalifornien ist eine der Regionen, die bei der Installation von intelligenten Wasserleitungen durch die Behörden der Städte führend sind, 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 von intelligenten Zählern prognostiziert, da starke Investitionen des Privatsektors dazu beitragen werden, die Verbreitung von intelligenten Zählern in der Region zu beschleunigen (SmartEnergy Internationa, 2018). In Afrika hingegen befinden sich intelligente Wasserzähler noch in einem sehr frühen Stadium.
Kostenstruktur
Benötigte Ressourcen |
Name Ressource | Beschreibung |
Physische Ressourcen | Intelligente Wasserwirtschaft: Sensoren, Aktoren, Zähler, Informationssysteme, |
Personal | Erforderliches Personal für Installation, Analyse, Wartung, Betrieb und Datenauswertung |
Datensätze | von Managementsystemen abgerufen |
Fixe Kosten | Variable Kosten |
Sensoren, Aktoren und andere Hardwarekomponenten | Betrieb und Wartung der Infrastruktur; Software und Netzwerksysteme |
Software | |
Betriebsmodelle
Für die intelligenten Messsysteme 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, so dass die Einführung intelligenter Zähler kein staatliches Eingreifen erfordern würde.
Vorschriften
- 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 sowie von Abwasser aus bestimmten Industriezweigen, um mögliche schädliche Auswirkungen auf die Umwelt zu vermeiden.
- DieTrinkwasserrichtlinie(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 bestimmten 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 bilden die rechtliche Grundlage für eine grenzüberschreitende und nachhaltige Wasserwirtschaft in Deutschland.
Daten und Standards
- Europäische Standards zur 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 Dienstleistungen im Zusammenhang mit Trinkwasserversorgung, Abwasser und Regenwassersystemen
Anwendungsfälle
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.
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.
Intelligente Lösung für Wasserversorger
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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