In den letzten Jahren zeigten sich in Deutschland bereits die ersten Auswirkungen des Klimawandels. Lange Trockenperioden in den Sommermonaten bedingen teilweise eine enorme Verknappung der Wasservorräte und führen u. a. zu Ernteausfällen in der Landwirtschaft. Eine stabile Wetterlage mit konstant ausreichender Regenmenge war in den letzten Jahren immer seltener der Fall und auch in den nächsten Jahren wird, bedingt durch die globale Erwärmung, nicht von einer Besserung auszugehen sein. Dieser Trend stellt auch die kommunale Wasserwirtschaft vor völlig neue Herausforderungen, da eine sichere Wasserversorgung der Bürgerinnen und Bürger auch über längere Trockenphasen hinweg sichergestellt werden muss. Aufforderungen der Kommunen, dass Bürger im Sommer ihr Verbrauchsverhalten ändern und den Wasserverbrauch einschränken sollen, werden immer öfter notwendig.
Um eine permanente Wasserverfügbarkeit sicherzustellen, ohne die Kosten für den laufenden Betrieb drastisch zu erhöhen, wird eine genaue Planung der Produktions- und Speichermengen benötigt. Grundlage jeder guten Planung bildet eine valide Prognose der zukünftig nachgefragten Wassermengen, die zudem in Echtzeit die äußeren Faktoren wie die Temperatur, Niederschlagsmengen, Sonneneinstrahlung sowie Event- und Kalenderabhängigkeiten berücksichtigt. In der Praxis findet jedoch meist eine Mengenprognose für den nächsten Tag auf Basis der Expertise des Netzmeisters statt. Vor dem Hintergrund der zunehmenden Komplexität durch äußere Einflussfaktoren und der riskanten Abhängigkeit vom „Kopfmonopol“ des Netzmeisters ist jedoch fraglich, wie lange ein Betrieb in dieser Form als effizient eingestuft werden kann. In diesem Kontext hat die items in Zusammenarbeit mit ihren Kunden Grid Insight: Water entwickelt. Die erste cloudbasierte Softwarelösung für die Wasserwirtschaft, die Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) nutzt, um die genannten Herausforderungen anzugehen und die seit dem 01.04.2020 den Regelbetrieb der Stadtwerke Münster unterstützt.
Auf Basis der intelligenten Algorithmen findet eine automatisierte Mengenprognose für die nächsten Tage statt, um die Planung der Wassergewinnung/Wasserbeschaffung für die kommenden Tage zu erleichtern bzw. zu automatisieren. Für die Entwicklung der Algorithmen wurden die Produktionsdaten des Wassernetzes der vergangenen fünf Jahre auf Stundenbasis analysiert und mit externen Daten wie bspw. Wetter- und Kalenderdaten angereichert. Auf Basis der identifizierten Muster kann das Modell die zukünftigen Wasserverbräuche sehr genau vorhersagen und berücksichtigt dabei vor allem die aktuellsten Wetterprognosen. Eine Aktualisierung der Algorithmen findet einmal täglich auf Basis neuer Daten statt, so dass die Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Faktoren immer wieder neu berechnet und dargestellt werden können. So wurde im Rahmen der Entwicklung von Grid Insight: Water festgestellt, dass die Menschen im Durchschnitt nach fünf Tagen Trockenheit beginnen, überproportional zu gießen, wenn kein Regen für die darauffolgenden Tage gemeldet wird. Somit ist bereits frühzeitig ersichtlich, wann es zu einer Verbrauchsspitze und damit zu einer möglichen Wasserknappheit kommen könnte. Entsprechende Gegenmaßnahmen können somit frühzeitig eingeleitet werden.
Mit Hilfe des Optimierungsmoduls können im nächsten Schritt die Prognoseergebnisse zur Verbesserung der kaufmännischen und technischen Netzführung verwendet werden. Auf Basis einer hinterlegten Kostenstruktur können betriebswirtschaftliche Entscheidungen im Rahmen der Wasser-Beschaffung, -Gewinnung, -Produktion und -Speicherung getroffen werden. So können zum Beispiel Fragen, ob und wann eine Intensivierung der Wassergewinnung oder der Zukauf von Wasser sinnvoll ist, automatisiert beantwortet werden. Dabei werden auch die aktuellen
Füllstände und technischen Speicherkapazitätsgrenzen des jeweiligen Wassernetzes berücksichtigt, um beispielsweise die Auswirkungen von Revisionsarbeiten im Rahmen der Produktionsplanung zu berücksichtigen. Die Softwarelösung Grid Insight: Water bietet so die Möglichkeit, sowohl die technischen als auch die kaufmännischen Prozesse zu optimieren.
Bei der Entwicklung der Softwarelösung ist eine modulare Architektur gewählt worden, um weitere Anwendungsfälle der Wasserwirtschaft zeitnah integrieren zu können. So wurden in den ersten Gesprächen mit weiteren Stadtwerken weitere Anwendungsfälle für Grid Insight: Water identifiziert, die aktuell in den Prototypen integriert werden:
- Echtzeitmonitoring via LoRaWAN
- Netzanalyse
- Pegelstandsprognose
- Wasserqualitätsprognose
- Leckagen-Analyse
- Wasserabrechnung
Vor allem die Kombination mit dem Geschäftsfeld IoT ist am Markt ein absoluter Wettbewerbsvorteil für die items, da der Aufbau neuer Datenquellen (LoRaWAN) sowie die dazugehörigen Datenanalysen aus einer Hand angeboten werden können. So werden unnötige Schnittstellen und aufwändige Projektkoordinationen vermieden.
Um einen eigenen Eindruck von den Funktionalitäten und User-Experiences zu erhalten, könnt ihr euch unkompliziert für den Prototyp von Grid Insight: Water registrieren.
URL: https://wasser-frontend.azurewebsites.net/
Für Fragen und Anregungen stehen wir natürlich gerne zur Verfügung.
Christian Wessel
Geschäftsfeldentwicklung Data Science
E-Mail: c.wessel@itemsnet.de
Mobil: +49 152 38 90 15 78
Fon +49 251 20 83-24 56
