Dank intelligenter Abflussteuerung für jedes Wetter gerüstet

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Spezieller Optimierungsalgorithmus macht’s möglich

Im Rahmen des Projektes wurden zunächst zehn Regenbecken am Hauptstrang mit insgesamt rund 40 000 m³ Speichervolumen in ein kombiniertes Simulationsmodell und Steuerungstool mit der Kanalnetzsteuerung Siwa Sewer integriert. Dieses intelligente System ermöglicht die Berechnung optimierter Steuereingriffe sowie die betriebsbegleitende Simulation der Vorgänge im Kanalnetz. Dazu nutzt es einen speziellen Optimierungsalgorithmus, der zu jedem Zeitpunkt eine optimale Steuervorgabe liefert und dabei die Parameter der unterschiedlichen Bauwerke sowie verschiedene Zielvorgaben (Entlastungsmenge minimieren, Einstau reduzieren, Überstau im Sammler vermeiden, Entleerung beschleunigen) berücksichtigt.

Pipeline-Überwachung

Intelligente Leckageüberwachung zur Erkennung und Ortung von Lecks

Für die optimale Abflusssteuerung in Kenten wird der Zufluss zum Kanalnetz alle 15 Minuten aus online bereitgestellten Radardaten mit Radarprognose des Deutschen Wetterdienstes (DWD) berechnet und als Eingangsdaten über standardisierte Schnittstellen automatisch an Siwa Sewer übergeben. Anhand der aktuellen Messdaten der Regenbecken sowie einem Vorausschauzeitraum der Zuflusswellen von sechs Stunden errechnet das System die entsprechenden Steuervorgaben alle drei Minuten neu und leitet die Parameter für die Einstellung der Drosselorgane und Pumpen an das Leitsystem weiter.

Selbstverständlich ist im System auch eine Ausfallstrategie implementiert, um das System so robust zu machen, dass bei Ausfall einzelner Komponenten nicht das komplette System abgeschaltet werden muss. Diese greift, wenn nicht alle Komponenten im gesteuerten Regelbetrieb gefahren werden können. Die Ausfallstrategie ist mehrstufig angelegt und definiert sechs Fehlerniveaus sowie die zugehörigen Maßnahmen, wie etwa das Setzen von Ersatzwerten für bestimmte Zeithorizonte, das Entfernen von einzelnen Becken aus der Steuerung bis zur Außerbetriebnahme der gesamten Steuerung.

Sichtbare Verbesserungen für Netz und Anlage

Die Ergebnisse dieses Leuchtturmprojektes für die Wasserwirtschaft in Deutschland sind durchweg positiv: Die intelligente Abflussteuerung ist seit März 2016 in Betrieb und läuft unterbrechungs- und störungsfrei. Alle relevanten Daten für die Steuerung werden in einer separaten Datenbank gespeichert und fortlaufend ausgewertet, sodass der Anlagenbetreiber die Leistung des neuen Systems umfassend beurteilen kann. Die Integration der Radardaten und die Prognoseberechnung für die Zuflüsse und die Übergabe an das Simulationsprogramm Siwa Sewer funktionieren zuverlässig, sodass das System sehr robust arbeitet, und das abstrakte Modell bilden das reale System sehr gut ab, sodass optimale Steuerentscheidungen vorgegeben werden können. Die intelligente Abflussteuerung trägt dadurch auch dazu bei, den normalen Anlagenbetrieb zu verbessern: So konnte die Entleerungszeit der Becken außerhalb der Kläranlage deutlich reduziert werden.

Doch am wichtigsten: Seitdem die neue Lösung mit zehn Becken in Betrieb ging, gab es über 50 Regenereignisse mit Entlastungsfolge an einem oder mehreren Becken. Dabei konnte dank der neuen Steuerung die Entlastungsmenge gegenüber dem ungesteuerten Betrieb deutlich reduziert werden – um bis über 85 Prozent für einzelne Ereignisse. Außerdem konnten die Entlastungen so gesteuert werden, dass besonders empfindliche Gewässer geschützt wurden. Insgesamt wurde zudem in der Kläranlage mehr Mischwasser behandelt: Die behandelte Jahresniederschlagsmenge erhöhte sich 2016 um über 317 000 m³.

Der bessere Gewässerschutz, die hohe Betriebsstabilität und Verfügbarkeit sowie die zuverlässige Störmelde- und Ausfallstrategie haben den Erftverband daher rasch überzeugt, zwei weitere Regenüberlaufbecken in die Steuerung aufzunehmen. Dank des modularen Aufbaus des Systems konnte die Steuerung ohne viel Aufwand erweitert werden, sodass die Verbundsteuerung seit Ende 2017 insgesamt zwölf gesteuerte Becken umfasst und damit eine Bewirtschaftung von über 45 000 m³ Rückhalteraum im Netz ermöglicht. Damit können Mensch und Umwelt im Raum Kenten jetzt kleineren und größeren Unwettern ein Stück gelassener entgegensehen – und die Verantwortlichen beim Erftverband können einen sicheren und wirtschaftlichen Anlagenbetrieb noch besser als bisher mit dem Gewässerschutz vereinbaren.

Die Lösung Siwa Sewer wird zurzeit als eine Online-Applikation mit den erweiterten Funktionen durch Siemens entwickelt und es wird nach Pilotprojekten gesucht.

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Meilensteine Digitalisierung/Industrie 4.0

Digitale Lösungen für die Welt von morgen

* Der Autor arbeitet in der Projektentwicklung, Digitalisierung Wasser-/Abwasserindustrie bei Siemens.

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