Potenziale des digitalen Zwillings im wasserwirtschaftlichen Betrieb

Beispielhafte Anwendungsfälle

Das an der TU Berlin (Prof. Thamsen) entwickelte Projekt ,,Pump2Pump” beschäftigt sich mit der indirekten Kommunikation von Pumpstationen im Regenwassermanagement. Ziel ist es dabei, zentrale Pumpstationen zu entlasten und vor Überläufen zu schützen. Über die empirische Ermittlung von Förderhöhen und Wirkungsgraden der einzelnen Stationen lassen sich Tagesganglinien im Kanal generieren. Über den sogenannten ,,Start frei’’-Ansatz kommunizieren die Pumpen ihren Belastungsstatus stromaufwärts an die zuvor liegende Pumpe und verhindern so eine unkontrollierte Weitergabe bei zu hoher lokaler Belastung. Um die Belastung auszugleichen werden die vordefinierten Grenzen für die ,,Start-Stopp-Pegel”-Voreinstellungen angepasst, sodass die Pumpstationen einen höheren Startpegel zulassen und die Wassermenge breiter alloziert wird.

Ein zweites Projekt „OPTIMA“ der TU Berlin (Prof. Thamsen) thematisiert die lastabhängige Pumpensteuerung durch prädiktive (predictive) Steuerung von Abwassersystemen. Dazu werden Verbraucherdaten, Wettervorhersagen und der zeitliche Anstieg des Pegels dafür genutzt, permanente Vorhersagen zu treffen und die Drehzahl der Pumpen frühzeitig anzupassen. Das Ergebnis des Projektes war eine Energieeinsparung von ca. 15% und die Reduzierung von Überflutungsereignissen von ca. 90%.

Das Projekt  (TU Berlin, Prof. Thamsen) zur Cloud-basierten Steuerung und Überwachung von Pumpstationen, schafft eine kostengünstige Alternative zu bereits im Markt implementierten Lösungen. Über sog. Clamp-on-Minisensoren können einzelne Betriebsparameter wie Druck, Temperatur und Vibration ermittelt werden. Die Sensoren übertragen die Daten in Echtzeit über ein Gateway in eine Cloud. Auf Basis der direkten Übertragung lassen sich Anlagen in Echtzeit überwachen, Anomalien frühzeitig automatisch erkennen und IH-Maßnahmen effizient durchführen.

Der Forschungskontext

Die Ziele der Erstellung eines digitalen Zwillings sind Erkenntnisgewinnung und Rückschlüsse

im Umgang mit praxisnahen Szenarien. Diese Erkenntnisse können zu einem optimierten Betrieb der Anlage, zur Erstellung eines Frühwarnsystems, sowie einem effizientem ASSET-Management (Predictive Maintenance) und einer schnellen Entscheidungsunterstützung führen.

Die Wasserwirtschaft mit ihrer KRITIS-zertifizierten Infrastruktur bringt dabei viele Herausforderungen aus dem Bereich der Digitalisierung zusammen und erfordert die enge Zusammenarbeit zwischen Fachleuten der Branche und der IT.

Zum Fachbereich FSD (Fluid System Dynamics) der TU Berlin

Die Technologie des ,,Digitalen Zwillings’’ basiert auf der fachspezifischen Erforschung von Wirkmechanismen, die in einem digitalen Modell der vorhandenen Infrastruktur nachgestellt werden können. Der Zweck des Modells besteht darin, datenbasierte Szenarien zu simulieren und Rückschlüsse aus dessen Ergebnissen zu ziehen. Der Fachbereich FSD (Fluid System Dynamics) der TU Berlin, unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. P. U. Thamsen, forscht an praxisorientierten Pumpstationen mit integrierter Leittechnik und Cloud-Anbindung zu diversen Projekten für Wasser 4.0.