Nachhaltige Wasserwirtschaft mit KI und digitalem Zwilling

Klimawandel, Urbanisierung, Wasserverschmutzung sowie striktere Gesetze und Regularien – die Wasserwirtschaft steht vor großen Herausforderungen. Um den steigenden Bedarf nach sauberem Wasser zu erfüllen und die Wasserressourcen nachhaltig zu schützen, sind Innovationen, Ideen und Initiativen gefragt. Auf der diesjährigen IFAT präsentiert Siemens in Halle C1, Stand 305/404, wie Digitalisierung und Automatisierung dazu beitragen, diesen Anforderungen gerecht zu werden und eine nachhaltige Wasserwirtschaft zu fördern und zu optimieren.

Die realen Anwendungsszenarien dieser Technologien zeigt Siemens live an einem Wassermodel. Das Model stellt eine typische Pumpenanwendung aus der Wasser- bzw. Abwasseranlage dar. In verschiedenen Szenarien demonstriert Siemens wie beispielsweise Pumpenverstopfungen vermieden werden können, Prozesse mit den digitalen Zwillingen optimiert und die industrielle Sicherheit von Wasseranlagen als kritische Infrastruktur sichergestellt werden kann. Ein wichtiger Hebel für eine effiziente und nachhaltige Wasserwirtschaft ist der umfassende Einsatz von Digitalisierung. Durch die Vernetzung und Verknüpfung von Prozess-, Planungs- und Betriebsdaten lässt sich die gesamte technische sowie organisatorische Prozess-/Wertschöpfungskette eines Wasser-Infrastruktursystems in digitalen Modellen von Bauwerken und Anlagen, einem sogenannten digitalen Zwilling, abbilden. Mit der Lösung Plantsight kann ein vollständiger und stets aktueller digitaler Zwilling der Anlage erstellt werden, welcher die Steigerung der Anlagenleistung und Optimierung des Betriebs über den gesamten Lebenszyklus der Anlage ermöglicht. Zusammen mit den Partnern in der Wasser-/Abwasserbranche „Zahnen Technik“ und „Emscher Genossenschaft“ präsentiert Siemens auf der Messe die erfolgreichen Plantsight-Ansätze und -Projekte.

Mit den speziell für die Wasser-/Abwasserbranche entwickelten Siemens Water (SIWA)-Applikationen optimieren Betreiber unter anderem die Energieeffizienz, vermeiden Wasserverluste, reduzieren Gewässerbelastungen und realisieren vorausschauende Wartungsmaßnahmen. Abhängig von den unterschiedlichen Anforderungen, denen Anlagenbetreiber gegenüberstehen, bietet Siemens Applikationen für die Anwendung in der Cloud und für Edge an. Durch Edge-Computing können beispielsweise große Datenmengen gesammelt und zeitnah ausgewertet werden, um dann eine Vorhersage für Szenarien oder zum Systemverhalten zu treffen. Außerdem basieren einige der SIWA-Applikationen auf einem KI-Algorithmus. Mithilfe der KI-Applikationen können Anlagenbetreiber Trinkwassernetze und Abwassersysteme intelligent überwachen und optimieren sowie schnell und vorausschauend auf Herausforderungen wie Verunreinigungen des Grundwassers durch Blockaden im Kanalisationskanälen oder Leckagen reagieren.

Die intelligente Lösung nutzt einen KI-basierten Algorithmus, um Anomalien im Rohrnetz zu identifizieren und zu klassifizieren. Um eine zuverlässige Funktion zu gewährleisten, wird „SIWA Leak Plus“ zunächst mit vorhandenen Durchfluss- und Druckdaten „trainiert“. Dadurch lernt das System, Anomalien vom Regelbetrieb zu trennen und jeder Anomalie die richtige Ursache zuzuordnen. Ebenfalls durch die Nutzung von Künstlicher Intelligenz ermittelt die SIWA Blockage Predictor-App die akute als auch sich entwickelnde Blockaden im Abwassernetz, die zu Belastung vom Kanalisationsnetz und somit zum Austritt von unbehandeltem Abwasser in die Umwelt führen kann. Dank vernetzten Assets werden Anomalien frühzeitig erkannt, sodass drohende Blockaden vermieden werden können.

„SIWA Optim“ und „SIWA Optim Dynamics“ sorgen für einen vollautomatisierten und zugleich kosten- und energieeffizienten Pumpenbetrieb in den Wasserversorgungssystemen. Betreiber profitieren hierbei von einer Energie- und Kosteneinsparung von bis zu 15 %. Durch Algorithmen erfasst die SIWA Optim-App aktuelle Daten aus dem Prozessleitsystem der Anlage und verknüpft diese mit den Daten von öffentlichen Versorgungsunternehmen und Verbrauchsprognosen. Nach der Auswertung der Daten vor Ort oder im cloudbasierten IoT-Betriebssystem Mindsphere, erhält der Betreiber sofortigen Zugriff auf die für ihn relevanten Informationen. „SIWA Optim Dynamics“ berechnet anhand einer hydraulischen Modellierung der Pumpstation die effizienteste Lösung für den Transport des Trinkwassers. Spezielle Algorithmen die auf Anlagen- und Betriebsmitteldaten sowie Verbrauchsprognosen basieren, reduzieren den Energieverbrauch der Betriebsabläufe für Pumpen und Ventile.