Kommunal 4.0 – Ideen und Lösungen

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Ideen und Lösungen für die digitale Transformation in der kommunalen Wasserwirtschaft

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In Deutschland werden in der kommunalen Siedlungswasserwirtschaft und für den Hochwasserschutz jedes Jahr etwa 6 bis 7 Milliarden Euro in die Sanierung oder in den Neubau von Bauwerken und Anlagetechnik investiert. Davon entfallen alleine 4,5 Milliarden Euro auf die Abwasserentsorgung. Die deutsche Abwasserinfrastruktur hat sich in der Vergangenheit sozial und räumlich ausgewogen entwickelt und ist über viele Jahrzehnte als etabliertes und standardisiertes System gewachsen. Dies gewährleistet heute zwar eine flächendeckende Entsorgung mit hoher Entwässerungssicherheit, bedeutet aber auch eine extrem lange technische und ökonomische Lebensdauer von Anlagen und Netzen. als Folge hiervon ergibt sich unter anderem eine mangelnde Betriebsflexibilität, die für Kanalnetz- und Kläranlagenbetreiber zum Hindernis werden kann – im Hinblick auf einschneidende Veränderungen, unter anderem infolge von Industrialisierung, verändertem Konsumentenverhalten und demografischen Umbrüchen.

In der Vergangenheit wurde bei der Bereitstellung erforderlicher Kapazitäten ausschließlich vom maximalen Bedarf ausgegangen. Entsprechend groß dimensioniert und gebaut wurden die Anlagen und Einrichtungen, wie zum Beispiel Kläranlagen, Kanalsysteme oder Wasserversorgungsanlagen. Allerdings waren früher die Schwankungen zwischen minimalem und maximalem Bedarf geringer als heute, da es beispielweise seltener stark geregnet hat. In allen Infrastruktursystemen der kommunalen Wasserwirtschaft und beim Hochwasserschutz stellt man sich daher heute als erstes die Frage, wie ein ausreichender und effizienter Ausgleich von Minimal- und Maximalsituation gestaltet werden kann. Bei der Planung neuer Bauwerke und den zugehörigen Ausrüstungstechnologien soll der maximale Bedarf nicht mehr alleine im Vordergrund stehen, er muss aber trotzdem ausreichend berücksichtigt werden. Hierzu gibt es unterschiedliche Überlegungen, wie z. B. kaum genutzte, und damit in der Unterhaltung zu teure Kanalabschnitte außer Betrieb zu nehmen oder kleinere technische Einheiten dezentral anzuordnen. Außerdem werden zunehmend Untersuchungen durchgeführt bzw. Konzepte erstellt, wie mit erweiterter Datenerfassung und -Auswertung die bestehende Infrastruktur besser und effizienter gemanagt werden kann. Mit einer höheren Datendichte und der Berücksichtigung von Echtzeitdaten werden zudem Lösungen entwickelt, die sich besser an einen dynamischen Bedarf anpassen können.

KOMMUNAL 4.0: SIEGER IN DER DIGITALISIERUNGSINITIATIVE „SMART SERVICE WELT“ DER BUNDESREGIERUNG

Seit mehr als 20 Jahren bietet die HST Systemtechnik für die Wasserver- und entsorgung und den Hochwasserschutz systemübergreifende lösungen an, die maschinentechnik und IT kombinieren. Die intelligente Steuerung von Maschinen und Anlagen ist längst Stand der Technik. Angeregt durch die Entwicklungen im Umfeld von Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge (IoT) hat sich HST dazu entschieden, Maschinen und Anlagen mit den neuen Möglichkeiten einer umfassenden webbasierten Datenerfassung und -Analyse noch intelligenter zu machen. Eine darauf aufbauende, systemübergreifende Vernetzungsintegration dezentraler objekte in Infrastruktursystemen ermöglicht ein flexibleres, effizienteres Betriebsmanagement kommunaler Netzstrukturen, macht diese sicherer und damit zukunftsfähig. Mit seinen webbasierten Produkten SCADA.web, Kanio.web und NiRA.web hat HST die ersten Schritte in Richtung der nächsten technischen (R)evolution bereits zurückgelegt.

Nun wurde das Projekt Kommunal 4.0 beim Technologiewettbewerb „Smart Service Welt“ des BMWi als einer der 16 Sieger aus etwa 130 Bewerbern zur Förderung ausgewählt.

KOMMUNAL 4.0 schafft neue Vernetzungsmöglichkeiten für eine moderne und effizientere Netzbewirtschaftung durch Realisierung webbasierter Daten- und Serviceplattformen und den zugehörigen Anwendungstools. HST prägt damit als Impulsgeber und Konsortialführer dieses Projekts wesentlich den digitalen Wandel in der Wasserwirtschaft. Das Projekt KOMMUNAL 4.0, betreut von Technologieunternehmen (HST Systemtechnik GmbH & Co. KG, Pegasys GmbH und SüdWasser GmbH) und Wissenschaftlern (ifak e. V., Fachhochschule Köln – Campus Gummersbach, IEEM gGmbH), hat sich als einzige Idee aus dem Umfeld der Wasserwirtschaft in einem ausschließlich industriegeprägten Wettbewerb durchgesetzt. Neben technischen Anwendungsentwicklungen stehen insbesondere innovative Lösungen zur Beachtung des neuen IT- Sicherheitsgesetzes für kritische Infrastrukturen im Mittelpunkt des Vorhabens.

Entwicklungsergebnisse werden in der Realität erprobt

Das Herzstück von KOMMUNAL 4.0 sind unterschiedliche Webapplikationen, die auf Basis einer modernen Datenerfassung und -auswertung zukünftigen Anwendern den Betriebsalltag erleichtern werden. Diese Webapplikationen bieten Lösungen zu folgenden Schwerpunktthemen:
  • Portallösung, z. B. für Sharing-Konzepte, Preisspiegelübersichten und Materialbeschaffung
  • Überlastete Kläranlagen, Regenbecken und Hochwasserschutzanlagen
  • Aktivierung von Stauvolumen sowie Reduzierung von Einleitungen und Überläufen
  • Vernetzung von Drosselorganen bzw. Abflussreglern
  • Strukturierte Betriebsführung
  • Netzweit organisiertes Monitoring, Reporting und umgehende Alarmierung
  • Integration von Niederschlagsdaten zur Überwachung, Steuerung sowie Instandhaltung von Sonderbauwerken und Netzen
  • Big Data: Automatisierte Auswertung von verschiedenen Prozessdaten zur schnellen Beurteilung von Vorgängen und Zuständen
  • Übergeordnete Netz- und Anlagenbewirtschaftung durch Datenzusammenführung und -auswertung von Objektdaten (Regenbecken, Pumpwerke, Kläranlagen, Polder, Hochwasserrückhaltebecken etc.), Niederschlagsdaten (NiRA.web), Veranstaltungsdaten (Erwartete Menschen, Hochwasser- und Abwassermengen und -frachten), Wasserverbrauchsdaten und Revisionspläne.
Ein wesentlicher Bestandteil von KOMMUNAL 4.0 ist zudem die Erprobung der Webapplikationen in realen Projekten. Hierzu sind bereits erste Kooperationen mit kommunalen Netz- und Objektbetreibern vereinbart, weitere Anwendungsvorhaben sind vorgesehen. In sogenannten Pilotanwendungen werden neu entwickelte Webapplikationen in der Realanwendung getestet, wie z.B. „Simulation und Benchmarking wasserwirtschaftlicher Objekte“, „Energie- und Wärmeanalyse aus Abwasserströmen“, „Zusammenhang von Streusalzeinsatz und Abwasserreinigung in Abwasserzuläufen zu Kläranlagen in Winterzeiten“ oder „Sinkkästenmanagement“.       KOMMUNAL 4.0 steht damit als Inbegriff für die digitale Transformation in der kommunalen Wasserwirtschaft, um zukünftige Herausforderungen nicht nur technologisch, sondern auch vorausschauend, flexibel und wirtschaftlich meistern zu können.

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