Aufgrund der zunehmenden Belastungen durch den Klimawandel und die rasante Urbanisierung sind unsere herkömmlichen Wasser- und Abwassersysteme nicht auf die zunehmenden Belastungen ausgelegt. Die Gefahren, die eine alternde Infrastruktur im Hinblick auf potenzielle Störungen und die Verletzung von Umweltvorschriften mit sich bringt, beschäftigen daher die Wasserversorger in aller Welt.
Wasserversorger stehen zunehmend vor der Herausforderung, ihre Gesamtbetriebskosten und Leckage-Raten zu verringern. Die Entwicklung von Sensoren und Technologien zur Zustandsüberwachung hilft, Leckagen und Abweichungen der geforderten Wasserqualität frühzeitig zu erkennen. Durch die Kombination von intelligenter Überwachungstechnologie mit Frequenzumrichtern und Motoren können Unternehmen ihr Anlagenmanagement optimieren und dabei einen großen Schritt in Richtung Überwachung der Geräte in Echtzeit machen.
Zustandsorientierte Überwachung
Fast ein Drittel aller Elektromotoren weltweit wird von Frequenzumrichtern angetrieben, hauptsächlich um den Energieverbrauch zu reduzieren. Darüber hinaus sorgen sie bei Wasser- und Abwasseranwendungen aber auch für eine effektive Prozesssteuerung, indem sie den Wasserdruck im Rohrleitungssystem konstant halten, sie vermeiden Wasserschläge oder tragen zu einer optimierten Brunnenerschließung bei. Frequenzumrichter können Pumpen in Abwasserapplikationen reinigen und mehrere Pumpen in einem Kaskadensystem regeln, um den Pumpenbetrieb zu optimieren und Energie zu sparen.
Begleitend dazu bieten Services zur zustandsbasierten Überwachung über die Cloud Zugriff auf Echtzeitdaten auch von entfernt gelegenen Wasseranlagen. Zentrales Element hierbei ist eine neue Generation von drahtlosen smarten Sensoren – eine kostengünstige, leicht zu installierende digitale Lösung.
Intelligente Sensoren haben die Wartung für Motoren revolutioniert, indem sie Betreiber in die Lage versetzen, aufkommende Probleme frühzeitig zu erkennen. Wartungsmaßnahmen können damit geplant werden, bevor es zu einer Störung kommt. Das verhindert unerwartete Produktionsstopps und führt zu geringeren Ausfallzeiten, optimierter Wartung und reduzierten Ersatzteilbeständen.
Mit der eingebauten Intelligenz für aktives, adaptives Verhalten hilft die Technologie, extreme Wetterverhältnisse wie Starkregen zu bewältigen, der Probleme im Hinblick auf die Wasserqualität oder die Einhaltung von Umweltvorschriften verursachen kann. Darüber hinaus können Experten die von den Sensoren erfassten Daten analysieren, in fundierte Korrekturmaßnahmen überführen und dadurch die Lebensdauer der Anlagen verlängern. So kann der Betrieb von Wasser- und Abwasseranlagen optimiert werden – von einer einzelnen Pumpstation bis zum gesamten Wasserwerk oder zur Kläranlage.
Auch herkömmliche Pumpen können durch Sensoren in intelligente, drahtlos verbundene Geräte verwandelt werden. Dabei werden Vibrationen und Temperaturen an der Oberfläche der Pumpe gemessen und zur Entwicklung aussagekräftiger Informationen über den Zustand und die Leistung der Pumpe genutzt. Dies umfasst Details wie Pumpendrehzahl, Vibrationen, Falschausrichtung, Lagerzustand oder Unwuchten. Zusätzlich können intelligente Sensoren, die an den Motoren der Pumpen angebracht sind, anhand der Ausgangsleistung des Motors einen nachlassenden Wasserdurchfluss erkennen.
Die Digitalisierung erstreckt sich auch auf Frequenzumrichter: Antriebsdaten können über eine Fernüberwachungslösung in die Cloud hochgeladen werden. Das ermöglicht die kombinierte Analyse von Antriebs‑, Motor- und Pumpendaten und gibt Einblick in den Zustand und die Leistung des gesamten Antriebsstrangs.
Wenngleich Wasserver- und Entsorger ihre Systeme kontinuierlich auf Veränderungen des Leitungsdrucks und Durchflusses überwachen (die auf Verstopfungen und Leckagen hindeuten können), erfahren sie manchmal erst dann von einem Problem, wenn ein Kunde einen Wasserrohrbruch meldet. Digitale Lösungen ermöglichen frühestmögliche Warnmeldungen. Je eher und schneller die Unternehmen die Vergeudung von aufbereitetem Wasser verhindern, desto höher ist die Einsparung und das Vertrauen der Kunden. Nicht aufbereitetes Wasser oder Abwasser, das in die Umwelt gelangt, stellt ein gravierendes Problem dar. Es drohen Bußgelder, und es besteht die Gefahr von Gesundheits‑, Sach- und Rufschäden.
Ist Digitalisierung schwer umzusetzen?
Die Wasserbranche hat bei der Einführung digitaler Technologien große Fortschritte gemacht. Dennoch besteht noch immer erhebliches Potenzial. Angesichts der technologischen Entwicklung und annehmbaren Preise für smarte Geräte ist die Zeit reif, die digitale Transformation weiter voranzutreiben.
Unternehmen müssen einen strategischen Plan entwickeln, um ein vollständiges „Ökosystem“ aufzubauen. Beispielsweise können sie das Wassernetz in einzelne Zonen aufteilen und ermitteln, was zur Bewältigung der speziellen Herausforderungen in diesen Zonen unternommen werden muss. Es empfiehlt sich, klein anzufangen und vorhandene Technologien aufzurüsten. Hier ermöglichen smarte Sensoren den perfekten Einstieg in die Digitalisierung. Sie können einfach an bestehende Motoren, Pumpen, Lagern oder Getrieben angebracht werden. Anschluss und Bedienung sind unkompliziert, und Investitionen in neue, kostspielige Systeme entfallen. ABB berät die Unternehmen, um mit bewährter und zusätzlicher moderner Technologie ein solches Ökosystem zu entwickeln.
Erfolgreiche Anwendung in Singapur
Im pulsierenden Stadtstaat Singapur verfolgt der örtliche Wasserversorger ein klares Ziel: die Gewährleistung einer sicheren Trinkwasserversorgung der rasant wachsenden Metropole, die über wenige natürliche Wasserquellen und begrenzte Landmasse verfügt. Erschwert wird das herausfordernde Vorhaben dadurch, dass sich der Wasserbedarf in den nächsten 40 Jahren gegenüber dem aktuellen Verbrauch von 1,8 Milliarden Litern täglich verdoppeln dürfte. Hohe Betriebskosten, der wachsende Energieverbrauch und der landesweite Arbeitskräftemangel haben Singapur veranlasst, unkonventionelle Wege zu gehen.
ABB und der örtliche Wasserversorger Public Utilities Board (PUB) setzen erfolgreich ein Pilotprojekt um, in dessen Rahmen smarte Sensoren an den Motoren und Pumpen von PUB angebracht wurden. Mit Hilfe der von den Sensoren erfassten Echtzeitdaten konnte PUB die Zeit für die Behebung von Störungen sowie den Ressourcen- und Verwaltungsaufwand reduzieren.
Anschließend installierte ABB eine integrierte Lösung mit 22 smarten Sensoren, Remote Condition Monitoring und Augmented-Reality-Brillen (Microsoft HoloLens) zur Erleichterung der Wartung und Schulung. Sechs digitale Antriebsstränge führten ergänzend die Sensor- und Antriebsdaten entlang der gesamten Anlage mit cloudbasierter Analytik zusammen – von Frequenzumrichtern und Motoren bis zu Pumpen und Lagern. Über das Condition-Monitoring-Portal kann PUB die Antriebsstränge leicht konfigurieren und kritische Zustands- und Betriebsparameter über ein einzelnes Portal überwachen.
Blick nach vorn
Eine Smart City wird auch als „System der Systeme“ bezeichnet, in dem das Internet der Dinge (IoT) und Analytik mit traditionellen Infrastrukturen verschmelzen. Intelligente Städte nutzen IoT- und Analysefunktionen, um operative Effizienz zu erreichen und die Servicequalität, Nachhaltigkeit und Wirtschaftskraft zu verbessern. Vormals getrennte Sektoren wie Energie, Verkehr, Katastrophenmanagement und Wasserwirtschaft sind aufeinander abgestimmt.
Viele Städte weltweit haben große Fortschritte bei der Digitalisierung verschiedener Infrastrukturbereiche wie dem Energie- oder Verkehrssektor erzielt. Die Einbindung der Wasserversorgung in Smart-City-Strategien und Systeme steht bei den meisten jedoch noch aus. Der drohende zunehmende Wassermangel könnte nun mehr Städte dazu bewegen, auf intelligente Wasserwirtschaftssysteme umzustellen.
