Best Practice: Implementierung eines IoT-basierten Systems zur Erfassung und Ortung von Rohrnetzleckagen in Stade

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Weltweit gehen durch Netzverluste täglich rund 126 Milliarden Kubikmeter Frischwasser¹ verloren, was sowohl ökologisch als auch ökonomisch ein Problem darstellt. In Europa liegt der durchschnittliche Wasserverlust bei etwa 50 Litern pro Tag und Kopf². Dies entspricht, je nach Größe, ca. 10 Prozent der in die Verteilnetze eingespeisten Frischwassermenge³. Gerade vor dem Hintergrund von Nachhaltigkeit und Klimawandel gibt es hier einen akuten Handlungsbedarf. Um die Wasserverluste im Netz zu reduzieren, haben die Stadtwerke Stade gemeinsam mit ZENNER und der HST Systemtechnik ein Pilotprojekt realisiert, in dem mit Hilfe von innovativen IoT (Internet of Things)-Technologien entsprechende Verluste detektiert und qualifiziert werden können.

Wie wurde das Projekt in Stade durchgeführt?

In Stade wird zur Vermeidung von Wasserverlusten im Netz die Methodik der so genannten Leckzonenortung eingesetzt. Dafür wird eine Kombination aus digitaler Messtechnik und dem, durch die Stadtwerke Stade betriebenen, LoRaWAN^®-Netzwerk zum Einsatz. Multifunktionssensoren erfassen die Durchflussrate, den Druck sowie Geräusche und Temperatur und detektieren damit die relevanten Messinformationen der Faktoren, die von Wasserleckagen in Rohrleitungen verursacht werden. Auf diese Weise wird eine schnelle Erkennung und eine präzise Ortung und der Leckagen ermöglicht. LoRaWAN^®-Netzwerke bieten eine weitreichende Abdeckung bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch und hoher Skalierbarkeit, was sie ideal für großflächige Wasserversorgungssysteme macht.

Die eingesetzten Sensoren erfassen präzise die Messwerte von unterirdischen oder schwer zugänglichen Rohrleitungen. Mit LoRaWAN^® werden die Sensoren drahtlos verbunden und die gesammelten Daten in definierten Abständen und – im Bedarfsfall in Echtzeit – an eine zentrale Plattform übertragen.

Technisch wurde die Installation wie folgt umgesetzt: In Stade wurde die Wasserleitung nach der Zugänglichmachung mit Anbohrschellen versehen und mit einem Kronenbohrer ohne Unterbrechung der Wasserversorgung montiert. Über eine aufgesetzte Messschleuse wurde der Sensor „SmartMETER“ von HST Systemtechnik eingeschoben. Die Spannungsversorgung wird über ein Solarpanel und mit einer verbundenen Back-Up-Batterie sichergestellt. Die finale Einbindung in das LoRaWAN^®-Netz sowie die Bereitstellung der Daten ließen sich unkompliziert in der IoT-Plattform element IoT von ZENNER realisieren.

Welche Ergebnisse lieferte das Projekt?

Das durchgeführte Pilotprojekt wird in einem vorab definierten Areal der Hansestadt Stade durchgeführt, in dem eine neuralgische Stelle des Wasserverteilnetzes untersucht werden soll. Als Vorteile stellen sich hier bereits die permanente Verfügbarkeit der Daten sowie die kontinuierliche Zugänglichkeit der Messstelle durch die Messschleuse heraus. Besonders effizient ist die Möglichkeit, die Messinstallation bei laufendem Betrieb der Wasserleitung vorzunehmen. Das nächste Ziel ist es nun, die Feststellungszeit einer Leckage zu minimieren und damit den Wasserverlust zu reduzieren.

„Gerade der schnelle und geringinvasive Einbau sowie die permanente Zugänglichkeit der Sensoren wird von vielen Wassernetzbetreibern sicher sehr positiv bewertet. Wirtschaftlich gesehen amortisieren sich die initialen Anfangsinvestitionen vor allem durch die langfristige Reduzierung von Wasserverlusten und die geringeren Personalkosten beim Auffinden von Leckagen. Gleichzeitig wird die Betriebssicherheit deutlich gesteigert, da präventive Maßnahmen bereits bei drohender Leckage ergriffen werden können“, erklärt Dr. Jan-Philipp Exner, Senior Project Manager Smart City bei ZENNER. Durch die proaktive Berücksichtigung der Betriebskosten bei Wasserinfrastrukturen wollen die Stadtwerke Stade die Effizienz und Zuverlässigkeit der Wasserversorgung nachhaltig verbessern und einen bedeutenden Beitrag zur Ressourcenschonung und zum Umweltschutz leisten.

HST Systemtechnik zieht positives Fazit

Auch bei HST Systemtechnik ist man mit dem bisherigen Projektverlauf durchweg zufrieden:

„Das Vernetzen von Menschen und Systemen zeigen wir in Stade im gemeinsamen Projekt mit ZENNER vorbildlich auf. In das bestehende LoRaWAN^®-Hausanschlusszähler-Netzwerk haben wir den Großwasserzähler (SmartMeter) integriert und über die Plattform Element IoT in die Leckageerkennungssoftware IntelliNet eingebunden. Die Zusammenarbeit mit ZENNER ist lösungsorientiert und unkompliziert. Besonders zu erwähnen ist das Engagement von wirklich jedem ZENNER Mitarbeiter, die mit Kompetenz und Teamfreude wie ein gutes Uhrwerk miteinander funktionieren. Wir freuen uns auf weitere Projekte und gemeinsame Marktpräsenz“,

erklärt Markus Bayer, Leiter Marksegment Wasserversorgung bei der HST Systemtechnik GmbH.

Dazu wird es bald Gelegenheit geben, denn eine Ausweitung auf weitere Untersuchungsstellen – auch in Kombination mit ergänzender Messsensorik – ist in Stade bereits geplant.

1. R. Liemberger; A. Wyatt (2019): Quantifying the global non-revenue water problem. iwaponline.com/ws/article-abstract/19/3/831/41417/Quantifying-the-global-non-revenue-water-problem ↩︎
2. Quantifying the global non-revenue water problem, s.a. Water Supply. 2018;19(3):831-837. doi.org/10.2166/ws.2018.129 ↩︎
3. lfu.bayern.de/wasser/merkblattsammlung/teil1_grundwasserwirtschaft/doc/nr_182.pdf ↩︎