Trinkwasser 2.0: Mit künstlicher Intelligenz zur klimaneutralen und kosteneffizienten Versorgung

In einer Zeit, in der der Klimawandel und steigende Energiekosten zu den drängendsten Herausforderungen gehören, präsentiert Xylem zusammen mit den Stadtwerken Trier (SWT) eine innovative Lösung: Eine klimaneutrale Trinkwasserversorgung, die gleichzeitig Kosten spart. Durch die Erweiterung der Eigenstromerzeugung, unterstützt durch fortschrittliche künstliche Intelligenz, kann der Strombedarf vollständig aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden. Dies gewährleistet langfristig eine umweltfreundliche Wasserversorgung und stabilisiert gleichzeitig die Trinkwasserpreise.

Energieintensive Wasserversorgung als Herausforderung

Die Trinkwasserversorgung ist ein essenzieller Bestandteil der modernen Gesellschaft, jedoch ist sie mit erheblichen klimatischen und energetischen Herausforderungen verbunden. Einer der Hauptgründe dafür ist der hohe Energiebedarf, der sowohl für die Förderung, Reinigung als auch Verteilung von Trinkwasser benötigt wird. Pumpen, die Wasser aus tiefen Brunnen oder entfernten Quellen befördern verbrauchen große Mengen an Strom, der oft aus fossilen Brennstoffen stammt und damit CO2-Emissionen verursacht. Zudem erfordert die Aufbereitung und Desinfektion von Wasser in Klärwerken ebenfalls beträchtliche Energiemengen, um sicherzustellen, dass es den Gesundheitsstandards entspricht. Diese energieintensiven Prozesse machen die Trinkwasserversorgung zu einem bedeutenden Faktor im Kontext des Klimawandels und der Bemühungen um Nachhaltigkeit.

Eigenerzeugung und Nutzung erneuerbarer Energien

Der Gesamtenergieverbrauch für die Wasserversorgungsinfrastruktur, einschließlich Wasserwerken, Pumpstationen, Hochbehältern und Druckregulierungseinrichtungen, belaufen sich jährlich auf etwa 1,5 Millionen Kilowattstunden. Deswegen haben die SWT verschiedene Maßnahmen ergriffen, um den Energiebedarf der Trinkwasserversorgung durch eigene, regenerative Energiequellen zu decken. Die zwei von Xylem gelieferten Turbinen im Wasserwerk Irsch nutzen nun die Fließkraft des Rohwassers und erzeugen mehr als eine Million kWh Strom pro Jahr. Zusätzlich wurden Photovoltaikanlagen auf den Dächern der Betriebsgebäude sowie auf einer Freifläche nahe dem Wasserwerk installiert und stellen zusätzliche Energie für das Wasserwerk zur Nutzung bereit. Drei weitere Pump-Turbinen im Trinkwassernetz tragen ebenfalls zur Stromerzeugung bei.

Abbildung 1: CO2-neutrale Trinkwasseraufbereitung bei den Stadtwerken Trier

Um den Energieverbrauch und die -erzeugung effizient abzugleichen, nutzen die SWT das Speichervolumen der Hochbehälter. Früher wurden diese Behälter rein nach Wasserbedarf geführt, doch heute laufen die Pumpen zur Befüllung, wenn Überschussstrom aus regionalen erneuerbaren Energien verfügbar ist. So dient die bestehende Infrastruktur als dezentraler Energiespeicher.

Künstliche Intelligenz für effizientes Energiemanagement

Die künstliche Intelligenz von Xylem steuert automatisch komplexe Energie- und Wassermanagementprozesse. Dabei werden aktuelle Wasserstände, Erzeugungs- und Verbrauchsdaten sowie Wettervorhersagen berücksichtigt, um präzise Einschätzungen zur Stromerzeugung sowie dem entsprechenden Wasserverbrauch zu treffen. Der entwickelte "Fahrplan" von Xylem wird fortlaufend neu berechnet und an die aktuellen Bedingungen angepasst, bevor er dem übergeordneten Prozessleitsystem vorgestellt wird.

Durch die Implementierung eines digitalen Assistenzsystems in Zusammenarbeit mit Xylem und der Nutzung des Optimierungssystems Xylem Vue Wassernetz können die SWT den Wasserverbrauch für die kommenden 24 Stunden in 15-Minuten-Intervallen prognostizieren. Diese Informationen ermöglichen eine optimierte Planung der Pumpenzeiten und des Befüllens der Hochbehälter, um von verfügbaren Stromerzeugungskapazitäten zu profitieren sowie gleichzeitig hydraulische Stöße und Pumpenabnutzung zu minimieren.

Nachhaltigkeit und Kostenersparnis

Die Erfolge sind nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch ausschlaggebend. Der Einsatz von Xylem KI und die Optimierung des Energieverbrauchs haben dazu geführt, dass über 90 Prozent der selbst erzeugten Energie in Echtzeit genutzt werden können. Dies bedeutet eine jährliche CO2-Einsparung von mehr als 600 Tonnen im Vergleich zum bundesdeutschen Strommix. Zusätzlich zur Reduktion von Treibhausgasemissionen konnte die SWT auch signifikante Kosteneinsparungen erzielen. Durch die optimierte Nutzung des Eigenstroms, die Vermeidung der Netzeinspeisung und die Reduktion des späteren Rückbezugs konnten jährlich etwa 100.000 Euro eingespart werden. Dies resultiert aus der Differenz zwischen den Einspeise- und Bezugskosten, die rund 20 Cent pro Kilowattstunde beträgt.

Zukunftsaussichten und Erweiterungsmöglichkeiten

Die klimaneutrale Trinkwasserversorgung der SWT ist ein Modellprojekt, das nicht nur für Trier, sondern für Kommunen deutschlandweit und international von Interesse ist. Die SWT planen, ihre Ansätze weiter zu verfeinern und zusätzliche erneuerbare Energien in ihre Systeme zu integrieren. So könnten beispielsweise Windkraftanlagen oder zusätzliche Photovoltaikanlagen die Energieautarkie weiter steigern.

Xylem Vue powered by goAigua: Die Zukunft der digitalen Wasserversorgung

Xylem Vue, powered by goAigua, stellt eine fortschrittliche Plattform dar, die speziell auf die Bedürfnisse der Wasserwirtschaft zugeschnitten ist. Sie ermöglicht eine umfassende digitale Modernisierung, die nicht nur einfach zu integrieren ist, sondern auch erhebliche operationelle Vorteile bietet. Dank modernster Sensorik, strapazierfähigen Datenintegrationsmöglichkeiten und fortschrittlicher Analysetools dient Xylem Vue als zentraler Hub zur nahtlosen Integration, kontinuierlichen Überwachung, effizienten Optimierung und präzisen Verwaltung von Wasserinfrastrukturen sowie den dabei entstehenden Betriebsdaten. Zu den Funktionen gehören auch spezielle Module wie die optimierte Netzsteuerung für eine klimaneutrale Trinkwasserversorgung, die problemlos in diese Plattform integriert werden können. Die Ergebnisse können individuell auf Displays angezeigt oder direkt an das Leitsystem übermittelt werden, das gleichzeitig eine vollautomatische Umsetzung ermöglicht.

Abbildung 2 - Xylem Vue powered by goAigua, eine vollständige und intuitive Webapplikation

Das Modellprojekt der Stadtwerke Trier zeigt, dass innovative Technologien in der Wasseraufbereitung die logische Konsequenz aus den heutigen Herausforderungen sind und der Resilienz des Trinkwassernetzes ungemein beitragen. Insbesondere in einem so ressourcenintensiven Sektor wie der Wasseraufbereitung ist Umdenken unausweichlich - Künstliche Intelligenz verhilft Anlagen wie denen der Stadtwerke Trier zu Klimaneutralität. Zudem sparen intelligente Systeme durch Effizienzsteigerung sowie optimierte Vorhersagen Kosten und sind damit für die Zukunftsfähigkeit von Trinkwassernetzen wegweisend.

Diese Pressemitteilung ist als Fokusbeitrag „Klimaneutrale Trinkwasserversorgung in Trier“ am 23. Oktober 2024 in der gwf-Wasser|Abwasser Ausgabe 10/2024 erschienen. Mehr Informationen erhalten Sie HIER.