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Projektinhalt

Durchführung eines Leistungsmonitorings im Auftrag der Gemeinde Diemelsee im Rahmen des Vorhabens „Abwasserflexibilisierung Diemelsee 4.0“, gefördert durch das Umweltinnovationsprogramm (UIP) des Bundesumweltministeriums.

Hintergrund

Im Urlaubsort Heringhausen am Diemelsee (Nordhessen) leben ca. 400 Einwohner. In den Sommermonaten kommen bis zu 4.000 Übernachtungsgäste und am Wochenende weitere 1.000 Tagesgäste. Angesichts dieser besonderen Herausforderungen entschied sich die Gemeinde Diemelsee zum Bau einer neuen SBR-Kläranlage sowie zur Anbindung aller Sonderbauwerke an ein gemeinsames Daten- und Steuerungsnetz, das KI-basiert nach dem CBR-Verfahren für eine maximale Reinigungsleistung der Kläranlage bzw. Energie-/Betriebseffizienz des Gesamtsystems sorgen soll. Die Kläranlage wurde im Jahr 2022 nach Abschluss der zweiten Bauphase vollumfänglich in Betrieb genommen.

Die neu errichtete SBR-Kläranlage Heringhausen stellt aufgrund der besonderen Zulaufanforderungen durch den Tourismus das Herzstück des Vorhabens dar und dient als zentraler Ort zur Datensammlung und Datenanalyse. Hier laufen alle wasserwirtschaftlichen Einrichtungen der Gemeinde datentechnisch zusammen, sodass auf der SBR-Kläranlage die Steuerungszentrale für eine zukunftsfähige, vernetzte Abwasserentsorgung der Gemeinde Diemelsee eingerichtet ist. Erstmalig wurde in Heringhausen bei der Betriebsführung einer Kläranlage die erwarteten Tourismusdaten in Kombination mit Niederschlagsprognosen in die Steuerungskonzeption integriert. So können die gesetzlich zu erfüllenden Anforderungen unterschritten, der Diemelsee als Vorfluter optimal geschützt und die Umwelt geschont werden. Gleichzeitig wird eine hohe Betriebseffizienz auch bei in der Vergangenheit kritischen Betriebszuständen wie zum Beispiel Unterlast außerhalb der Tourismussaison erreicht. Das Kernstück der neuartigen Steuerung ist eine fallbasierte Steuerung auf Basis des sog. Case Based Reasoning (CBR). Der CBR-Ansatz fußt auf einem prädiktiven – das heißt einem vorausschauenden – Ansatz zur optimierten und energieeffizienten Betriebsführung und ist eine datenbankbasierte Form künstlicher Intelligenz, die verwendet wird, um Ähnlichkeiten zwischen einem neuen und einem historischen Fall zu erkennen.

Aufgrund des hohen Innovationspotenzials und der erwarteten hohen Energieeffizienz wurde die Realisierung der technischen Ausrüstung der Kläranlage unter dem Titel „Abwasserflexibilisierung Diemelsee 4.0“ mit einem Zuschuss aus dem Umweltinnovationsprogramm des Bundesumweltministeriums unterstützt. Neben der Entwicklung der Steuerungseinheit nach dem CBR-Prinzip durch das planenden Ingenieurbüro Südwest-Consult GmbH & Co. KG, Meschede, wurde durch das Steinbeis-Transferzentrum Projektmanagement an der Hochschule Magdeburg-Stendal ein Computermodell von Kanalnetz und Kläranlage in Heringhausen erstellt und zahlreiche Simulationsläufe durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulationen wurden als Datensatz in das CBR-Modell integriert. Die Erkenntnisse aus der Computermodellierung und der Optimierung der Zyklussteuerung wurden auf das CBR-Modell übertragen, um den Betreiber bei der Auswahl einer geeigneten Zyklusparametrierung zu unterstützen. Die Ergebnisse tragen dazu bei, den Betrieb der Abwasseranlagen der Gemeinde Diemelsee flexibel an die jeweiligen Anforderungen, insbesondere der starken Zulaufschwankungen durch den Tourismus, anzupassen und somit die sensible Umwelt des Diemelsees weitergehend zu schützen.

Zielsetzung

Als Abschluss der Bundesförderung ist der Anlagenbetrieb der Innovationsmaßnahme „Abwasserflexibilisierung Diemelsee 4.0“ über einen Zeitraum von rd. 1 Jahr zu begleiten und alle erfassten Daten seit der Inbetriebnahme zu analysieren, um die mit der Maßnahme beabsichtigten Verbesserungen zu überprüfen. Mit diesem Monitoring wurde die Forschungsgruppe Wasserinfrastruktur und Digitalisierung am inwa Institut für nachhaltige Wassersysteme von der Gemeinde Diemelsee beauftragt.

Das Monitoring umfasst folgende Leistungen:

• Zusammenstellung und Bewertung der seit der Inbetriebnahme erfassten Betriebsdaten, einschließlich Zulauf-, Biologie- und Ablaufparameter, Energie- und Fällmittelverbräuche.
• Durchführung eines Soll-Ist-Vergleichs der Energieverbräuche für die real erfassten Lastfälle auf Basis des DWA A 216.
• Zuordnung der Betriebsdaten zu den 20 Lastfällen der Lastfallanalyse, Bewertung der Lastfälle und Priorisierung in Bezug auf Anlagenperformance und Energieverbrauch.
• Durchführung von Simulationsdurchläufen mit vorhandenem SIMBA-Modell zur Ermittlung des Verhaltens der Außenstationen bei Auftreten der 20 Lastfälle.
• Auswertung der Ergebnisse der Messkampagne und Simulationsanalyse der Außenstationen zur Überprüfung der Ergebnisse mit den Zielwerten des Antrags.
• Erstellung eines Abschlussberichts, der die Ergebnisse der Analyse und Messkampagne sowie die Empfehlungen für Verbesserungen der Anlagenperformance und Energieeffizienz zusammenfasst.

Auftraggeber

Gemeinde Diemelsee

Kontakt

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