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Ein intelligentes Wassermanagement zielt darauf ab, die Wassernutzung so zu steuern, dass Effizienz, ausreichende Versorgung und Nachhaltigkeit gefördert werden, und zwar durch die Integration innovativer Technologien wie Sensoren, intelligenter Wasserzähler, Informationssysteme, Datenerfassungs- und Entscheidungsunterstützungssysteme.
Sauberes Wasser und sanitäre Versorgung
Nachhaltige Städte und Gemeinden
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Beschreibung
Ein intelligentes Wassermanagement zielt darauf ab, die Wassernutzung so zu steuern, dass Effizienz, ausreichende Versorgung und Nachhaltigkeit gefördert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, stützen sich moderne Managementansätze auf die Integration innovativer Technologien wie Sensoren, intelligente Wasserzähler, Informationssysteme, Datenerfassungs- und Entscheidungsunterstützungssysteme.
Laut Statista (2021) könnten bis zum Jahr 2050 bis zu zwei Drittel der Weltbevölkerung in Regionen mit begrenztem Zugang zu Süßwasserressourcen leben. In diesem Bericht wird ferner argumentiert, dass Wasserknappheit auch in Industrieländern spürbar sein wird, da der Klimawandel zu häufigeren wetterbedingten Katastrophen führt und der steigende industrielle Wasserbedarf voraussichtlich einen enormen Druck auf die Verfügbarkeit von Süßwasser ausüben wird.
Die Gewährleistung der Wasserversorgungssicherheit erfordert daher innovative Ansätze, um eine saubere und stetige Wasserversorgung sicherzustellen und gleichzeitig den Betrieb, die Instandhaltung und das Management von Wasserversorgungsunternehmen zu optimieren. Intelligente Wassermanagementsysteme sind eine der wirksamsten Maßnahmen zur Gewährleistung der Wasserversorgungssicherheit.
Wertschöpfungsmodell
Kosten-Nutzen-Bewertung der Lösung.
VORTEILE
Wirtschaftlich
Senkung der Kosten für Wasser und den damit verbundenen Energieverbrauch, da Kunden über ein Kundenportal, Apps und intelligente Zähler schnell auf Abrechnungs- und Verbrauchsdaten zugreifen können (Kunden)
Durch die betriebliche Optimierung werden Kosten im Zusammenhang mit der Versorgungsinfrastruktur (Leckagen, Diebstahl usw.), dem Personal sowie betrieblichen Ineffizienzen (Automatisierung von Prozessen, Datensilos usw.) gesenkt
Kann Arbeitsplätze im Zusammenhang mit der Entwicklung von Apps schaffen, die auf großen Mengen erfasster Daten basieren
Gewährleistet eine saubere und zuverlässige Wasserversorgung für Industrie und Gewerbe
Umwelt
Verhindert den Verlust der Artenvielfalt, Wasser- und Luftverschmutzung sowie Landschaftsschäden im Zusammenhang mit Wasserentnahmeprojekten und Versorgungsdiensten
Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit der Wasserversorgung und dem Energieverbrauch für die Warmwasserbereitung
Soziales
Erleichtert die Bereitstellung einer sauberen und zuverlässigen Wasserversorgung, was zu einer verbesserten Lebensqualität führt
Echtzeit-Datensätze und Ergebnisse der schnellen Verarbeitung großer Datensätze stehen Kunden, Versorgungsunternehmen, Regierungsvertretern und Forschungseinrichtungen zur Verfügung; dies fördert die Transparenz und unterstützt 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 Wasserverbrauch des Menschen in der Landwirtschaft, in der Industrie und in der Kommunalwirtschaft um das 5-, 18- bzw. 10-Fache gestiegen (Makarigakas, 2019). Da voraussichtlich ein größerer Anteil der Weltbevölkerung in städtischen Ballungsräumen leben wird, besteht – verstärkt durch die Auswirkungen des Klimawandels und steigende Verschmutzungsraten – ein dringender Bedarf an der Optimierung und dem Ausbau städtischer Wasserwirtschaftssysteme.
Unterstützende Faktoren
Einsatz von Technologie: Technologie wird mittlerweile in großem Umfang bei der Verteilung und Steuerung von Dienstleistungen, Gütern und Ressourcen eingesetzt, insbesondere im städtischen Raum. Sensoranwendungen und drahtlose Verbindungen sind in Städten allgegenwärtig, in denen ein erhöhter Bedarf an der zeitnahen Bereitstellung von Dienstleistungen, Gütern und Ressourcen besteht.
Transparenz: Angesichts der großen Datenmengen, die mittlerweile erfasst werden, fordern Bürgergruppen mehr Einblick in die Ressourcennutzung und die Systemleistung. Intelligente Managementsysteme ermöglichen eine sofortige und kontinuierliche Datenerfassung und -verarbeitung.
Technikaffine Arbeitskräfte: Menschen, die ins Berufsleben eintreten, sind im Allgemeinen sehr technikaffin und gehen sicher mit Technologie um; daher wird von ihnen erwartet, dass sie bestehende Technologien unterstützen und neue Verfahren entwickeln.
Optimierungsmöglichkeiten: Automatisierung, Echtzeit-Überwachungssysteme sowie datengesteuerte und modellbasierte Ansätze ermöglichen die Erkennung und Vorhersage von Systemproblemen und damit eine sofortige Reaktion auf potenzielle Infrastrukturschäden, Dienstunterbrechungen, Wasserverschmutzung und andere Systemausfälle.
Die Nachhaltigkeitsagenda: Das Nachhaltigkeitsziel 6 konzentriert sich auf den Zugang zu sauberem Wasser und angemessener Sanitärversorgung für alle. Intelligentes Wassermanagement ist daher nicht nur ein Mittel zur Kosteneinsparung und zur Steigerung der betrieblichen Effizienz, sondern auch ein Weg zur Wasserversorgungssicherheit, ohne die Unversehrtheit 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 staatliche Initiativen sowohl auf regionaler als auch auf nationaler Ebene, die zur Förderung einer intelligenten Wasserwirtschaft dienen. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele:
Kohäsionsfonds: Kohäsionsfonds stellen Kofinanzierungsmittel für kapitalintensive Investitionsvorhaben im Bereich der Wasserinfrastruktur bereit und unterstützen die EU-Mitgliedstaaten bei der Einhaltung der Wassergesetzgebung. Es gibt drei verschiedene Förderkategorien im Zusammenhang mit Wassereffizienz: „Risikoprävention“, „Sonstige Maßnahmen zum Umweltschutz und zur Risikoprävention“ sowie „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.
Bundesministerium für Bildung und Forschung: Dieses Ministerium fördert die Entwicklung integrierter Planungsinstrumente für die nachhaltige Nutzung von Wasserressourcen sowie die Anpassung von Wassertechnologien an unterschiedliche ökologische, soziale und wirtschaftliche Gegebenheiten.
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?
Für den globalen Markt für intelligentes Wassermanagement wird im Prognosezeitraum (2021–2026) eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von etwa 12,5 % erwartet (Morder Intelligence, 2022). Faktoren wie das Bevölkerungswachstum, die zunehmende Urbanisierung, die alternde Infrastruktur und die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserressourcen treiben das weltweite Wachstum des Marktes voran. So werden beispielsweise 480 Millionen Menschen in Asien in Zukunft voraussichtlich mit Wasserknappheit konfrontiert sein, und über 500 Millionen leben in Gebieten, in denen der Wasserverbrauch die lokal erneuerbaren Wasserressourcen um das Doppelte übersteigt (MordorIntelligence, 2022).
Die Einführung intelligenter Wassermanagementsysteme wird häufig durch fehlende Finanzmittel zur Deckung der hohen Betriebskosten eingeschränkt. Dennoch belief sich das weltweite Marktvolumen für intelligente Wasserzähler im Jahr 2018 auf 1,38 Milliarden US-Dollar und wird voraussichtlich bis 2026 3,07 Milliarden US-Dollar erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 10,6 % im Prognosezeitraum entspricht (FortuneBusiness, 2020).
Deutschland ist einer der größten europäischen Exporteure von Wasser- und Abwassertechnologien mit einem Exportvolumen von 1,1 Milliarden Euro im Jahr 2018 (Germany Trade and Investment, 2019). Auch der deutsche Markt für nachhaltiges Wassermanagement zählt zu den größten in Europa, mit einem Jahresumsatz von rund 17,2 Milliarden Euro in den Bereichen Wasserversorgung und Abwasserbehandlung (ebenda). Der US-Bundesstaat Kalifornien ist eine der führenden Regionen bei der Installation intelligenter Wasserzähler durch städtische Behörden, um den Verbrauchern durch den Zugriff auf Daten zum tatsächlichen Verbrauch eine bessere Steuerung ihres Wasserverbrauchs zu ermöglichen (SmartEnergy International, 2018).
Es wird prognostiziert, dass die Verbreitung intelligenter Wasserzähler im asiatisch-pazifischen Raum zwischen 2016 und 2022 um 3,5 % zunehmen wird, da starke Investitionen des privaten Sektors dazu beitragen werden, das Tempo der Marktdurchdringung intelligenter Wasserzähler in der Region zu beschleunigen (SmartEnergy International, 2018). In Afrika hingegen befinden sich intelligente Wasserzähler noch weitgehend im Anfangsstadium.
Kostenstruktur
Betriebsmodelle
Welche Geschäfts- und Betriebsmodelle gibt es für diese Lösung? Wie sind sie strukturiert und finanziert?
Für intelligente Messsysteme können unterschiedliche Betriebsmodelle zum Einsatz kommen
Automatische Umstellung: Dies würde die Umrüstung aller bestehenden Haushaltszähler auf Smart Meter im Rahmen staatlicher Vorgaben beinhalten.
Freiwillige Umstellung: Diese Option ist freiwillig, weshalb die Einführung von Smart Metern kein staatliches Eingreifen erfordern würde.
Rechtliche Anforderungen
Einschlägige gesetzliche Richtlinien auf EU- und nationaler Ebene.
Die Richtlinie über die Behandlung von kommunalem Abwasser (Richtlinie 91/271/EWG): regelt die Sammlung, Behandlung und Einleitung von häuslichem Abwasser sowie von Abwasser aus bestimmten Industriezweigen, um mögliche schädliche Auswirkungen auf die Umwelt zu vermeiden.
Die Trinkwasserrichtlinie (Richtlinie 98/83/EG): befasst sich mit der Notwendigkeit, die menschliche Gesundheit vor den schädlichen Auswirkungen jeglicher Verunreinigung von Wasser für den menschlichen Gebrauch zu schützen, indem sichergestellt wird, dass dieses 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) erweitert den Geltungsbereich des Gewässerschutzes auf alle Gewässer, sowohl Oberflächengewässer als auch Grundwasser: Bis zu einem festgelegten Stichtag soll für alle Gewässer ein „guter Zustand“ erreicht werden.
Die Richtlinie über die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU-Richtlinie) befasst sich mit der Verschmutzung durch große Industrieanlagen und wurde später in die Industrieemissionsrichtlinie umgewandelt.
Das Bundeswassergesetz, das Abwassergebührengesetz, die Trinkwasserverordnung und die Abwasserverordnung bilden die Rechtsgrundlage 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 den verantwortungsvollen Umgang mit Wasser (European Water Stewardship Standards). Diese Standards wurden von der European Water Stewardship im Rahmen eines von der European Water Partnership (EWP) koordinierten Stakeholder-Prozesses entwickelt. Die European Water Stewardship (EWS) agiert im Kontext der EU-Politik und zielt darauf ab, Indikatoren für den gesamten Wasserkreislauf bereitzustellen: von der Entnahme bis zur Umverteilung.
ISO/AWI 24591-2: Leitlinien zum Datenmanagement für Dienstleistungen im Zusammenhang mit der Trinkwasserversorgung sowie Abwasser- und Regenwassersystemen
Anwendungsfälle
Sehen Sie sich Beispiele für die Umsetzung dieser Lösung in der Praxis an.
Energie
Abfall
Wasser
Gebäude
Smart Metering & Wasserverlustmanagement mit eMR Fusion
Wasserversorger sind mit steigenden Verlusten, ineffizienter manueller Zählerablesung und eingeschränkter betrieblicher Transparenz konfrontiert. eMR Fusion 2.0 bietet eine einheitliche Plattform für intelligente Zähler und Feldmanagement, die Daten, Analysen und Betrieb in Echtzeit verbindet.
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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