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Best-Practice-Beispiele für Digitalisierung in der Wasserversorgung

Die Einsatzmöglichkeiten für digitale Anwendungen oder Technologien sind nahezu unbegrenzt. Verschiedene Beispiele aus der Praxis zeigen, wie sich die Digitalisierung konkret in der Wasserversorgung umsetzen lässt.

Frühzeitig Rohrschäden durch intelligente Wassernetze erkennen

Neues Systeme ermöglichen das Auffinden von Lecks

Die Instandhaltung der ca. 500.000 km langen Wassernetze ist eine Kernaufgabe der mehr als 6.000 Wasserversorgungsunternehmen, die derzeit ebenso wie andere Unternehmen nahezu aller Wirtschaftssektoren vor der Frage stehen, wie ein weiterer Megatrend nach der Industrialisierung, nämlich die Digitalisierung, genutzt werden kann, um die erforderlichen Anpassungsprozesse intelligent zu gestalten. Eine weitreichende Automatisierung ermöglicht bereits heute die sichere und effiziente Steuerung und Überwachung von Anlagen der Wasserversorgung. Prognose- und Assistenzsysteme werden die Sicherheit und Effizienz der Prozesse auch weiterhin verbessern. 

Ein konkreter Anwendungsfall ist die Einrichtung eines erweiterten Systems zum Wasserverlustmanagement und zur Leckageortung im GELSENWASSER-Netzgebiet „Südlich der Ruhr“.  Rohrschäden in einem Trinkwassernetz werden in der Regel wahrgenommen und dem Wasserversorger gemeldet, wenn Wasser aus dem Boden austritt. Doch nicht immer gelangt das Wasser aus der defekten Rohrleitung an die Oberfläche, sondern versickert über lange Zeit im Boden. Um Rohrschäden aufspüren zu können und um größere, sich auf die Dauer aufsummierende Wasserverluste zu vermeiden, ist eine angepasste systematische Leckageüberwachung und -ortung erforderlich. Bisherige Methoden, um Lecks im Leitungssystem ausfindig zu machen, sind für den Wasserversorger mit hohen Personal- und Kostenaufwand verbunden. Entwicklungen in der Mess-, Datenübertragungstechnik und der IT bergen nun aber das Potenzial, neue Systeme in den Trinkwassernetzen zu installieren, die eine genauere und schnellere Leckageortung ermöglichen

Hier finden Sie weitere Informationen zu Planung, Installation und Betrieb eines erweiterten Systems zum Wasserverlustmanagement und zur Leckageortung

Umzug eines Recruitingtools in die Cloud

Hohe Sicherheits- und Datenschutzanforderungen bei Nutzung von Cloud-Produkten in Wasserversorgungsunternehmen

Bei der Nutzung von Cloud-Produkten tun sich Unternehmen aus dem KRITIS-Bereich (kritische Infrastrukturen) häufig noch schwer. Dach dafür gibt es gute Gründe. Denn welche Anforderungen stellen sich an die Anwendung und welche Nachweise und Zertifikate sind ausreichend für eine Datenschutz- und IT-Sicherheitskonforme Nutzung dieser Dienste? Da sind sich Nutzer in den Fachbereichen, IT-Einheiten und IT-Sicherheitsabteilungen in vielen Fällen uneins. Hinzu kommt eine besondere Vorsicht der IT-Einheiten aufgrund der KRITIS-Verordnung und eine zunehmende Bedrohungslage infolge weltweit zunehmender Hackerangriffe. Auf der anderen Seite setzen Softwarehersteller zunehmend auf SaaS ("Software as a service") und bieten ihre Lösungen mit besseren Funktionalitäten oder ausschließlich in der Cloud an.

Bei HAMBURG WASSER wurde 2018 ein Recruitingtool auf der Basis einer Ausschreibung eingeführt, in der Anwendungen gesucht wurden, die vor Ort bzw. lokal ("on premise") betrieben werden können. Es verblieb nur ein kleiner Anbieterkreis, da mehrere Anbieter angesichts der Vorgaben im Verfahren ausgestiegen sind. 

Es zeigte sich in der Folge, dass die Einrichtung und das Customizing des Recruitingstools einige Zeit erforderte und mehr interne Aufwände benötigte, als zunächst geplant gewesen war. Außerdem gab es Performanceprobleme mit der IT-Landschaft und den Firewalls im Unternehmen. Zwischenzeitlich hatte der Dienstleister die "on premise"-Version aufgekündigt und einen weiteren Betrieb in der aktuellen Version ausschließlich als Cloud-Anwendung angeboten.

Bei HAMBURG WASSER war dies nicht der erste Fall, weshalb eine Cloud-Richtlinie erarbeitet und Prüfungsabläufe für Softwareprodukte entwickelt wurden. Wesentlich ist, dass Anwendungen auf Servern in Europa und nicht in Amerika betrieben werden. Die erforderliche Datenverschlüsselung und weitere Bedingungen erfüllen inzwischen die meisten Anbieter. So entschied sich der Hamburger Wasserversorger nach intensiver Prüfung der Rahmenbedingungen auch im Falle des Recruitingtools für einen Wechsel in die Cloud, was dann im Jahr 2021 umgesetzt wurde. Als erweiterte Funktionen standen anschließend z.B. die Veröffentlichung von Stellengesuchen in Job-Plattformen genauso wie die einfache Übernahme von Personendaten der Bewerber aus z.B. LinkedIN und XING zur Verfügung. Eine weitere Anbindung an das im Einsatz befindliche Human Capital Management (HCM) und an das Azure Active Directory sind geplant.

Nutzungsmöglichkeiten von Microsoft Azure

Virtuelle Computer optimieren die Datenberechnung

Heutige Cloud-Computing-Dienste stellen grundlegende Computer-, Speicher- und Netzwerkressourcen bedarfsgerecht und mit nutzungsbasierter Bezahlung zur Verfügung. Bekannte Beispiele sind „Infrastructure as a Service“ (IaaS), „Platform as a Service“ (PaaS) und „Software as a Service“ (SaaS). Cloud-Technologien bieten daher grundsätzlich ein großes Potential, um Aufgaben effizient und zielgerichtet zu lösen und damit Personal- und insbesondere IT-Kosten in einem Unternehmen zu reduzieren. Der Nutzen dieser Technologien für die Unternehmen hängt aber auch davon ab, wie gut diese Dienste in die vorhandene IT-Infrastruktur und in den Arbeitsalltag von möglichst vielen Mitarbeitern integriert werden können. Einerseits ermöglichen Cloud-Dienste heute auch komplexe und sehr datenintensive Auswertungen mit akzeptablem Arbeitsaufwand zu lösen. Anderseits bieten sie bei einer leichten Zugänglichkeit jedoch auch ein großes Potential, viele kleine Optimierungen mit einem „großen Wirkungsgrad“ im Unternehmensalltag zu etablieren und so in Summe zu einer deutlichen Effizienzsteigerung beizutragen.

Assistenzsystem mit künstlicher Intelligenz für Wasserwerksbetrieb

Energiekostenoptimierter Fahrplan ermöglicht Kosteneinsparungen und erhöht Netzstabilität

Das Wasserwerk Haltern fördert in ein offenes Netz. Im Netz befindet sich ein Erdhochbehälter in der Halde in Gelsenkirchen Scholven sowie zwei kleinere Stahlhochbehälter in Herten. Die Behälter werden hinsichtlich der Versorgungssicherheit, Trinkwasserqualität und eines früheren Nachtstromtarifs nach einer pegelabhängigen Ganglinie gefahren. Somit konnte der ehemals günstigere Strom in den Nachtstunden genutzt werden, um den Behälter zu befüllen. Durch die Energiewende haben sich diese Voraussetzungen geändert, da durch die zunehmende Einspeisung erneuerbarer Energien die Preisschwankungen am Beschaffungsmarkt größer werden.

Aus diesen Entwicklungen ist die Idee eines prognosebasierten Assistenzsystems für Wasserwerke (AsWa) entstanden. Das KI-Projekt wird zusammen mit dem Softwareunternehmen Logarithmo GmbH und Co. KG durchgeführt.
Mit Hilfe von vorhandenen Daten und einer eigens entwickelten Wasserverbrauchsprognose unter Einsatz künstlicher Intelligenz wird ein optimierter Betrieb der Anlagen realisiert. Basierend auf der Prognose des Wasserverbrauchs wird dem Leitstandfahrer ein energiekostenoptimierter Fahrplan für den nächsten Tag zur Verfügung gestellt, der zusätzlich über eine direkte Schnittstelle an den Energiehandel zur Beschaffung übermittelt wird. Bei der Optimierung werden neben den Preisinformationen viele Nebenbedingungen wie z. B. Speicher- und Leistungsgrenzen sowie mögliche Pumpenkonstellationen berücksichtigt. Dabei werden auch, in der Komplexität sehr stark vereinfacht, die Beeinflussungen der Pumpenempfehlungen auf das Rohrnetz betrachtet. Neben der Kosteneinsparung in der Energiebeschaffung trägt das Assistenzsystem zur Netzstabilität bei und arbeitet möglichst Ressourceneffizient. 

Seit 01.01.2021 befindet sich AsWa in einer Testphase, in der die Verlässlichkeit des Systems bereits bestätigt werden kann. Der Leitstandfahrer bekommt nicht nur einen Fahrplan vorgeschlagen, sondern kann sich direkt in der Software den ständigen Abgleich zwischen Ist und Prognose in unterschiedlichen Grafiken anschauen. Im Laufe des Liefertages schlägt AsWa alle 30 Minuten, bei der Nichteinhaltung bestimmter Restriktionen (z. B. vorgegebene Speichergrenze bzw. -schlauch), einen alternativen Fahrplan vor. Es werden durch AsWa keine Prozesse vollautomatisiert übernommen. Die Leitstandfahrer bekommen eine Fahrplanempfehlung, sodass eine Kooperation zwischen Mensch und Maschine entsteht.

Perspektivisch könnte AsWa in weitere Wasserwerke implementiert werden. Auch durch den Einsatz des Wasserverbrauch-Moduls könnten kleinere Wasserversorger profitieren.