Qatium
Steigende Stadtbevölkerung, hoher Ressourcenverbrauch, alternde Infrastruktur, Klimawandel, komplexe Wasserverteilungssysteme – das sind nur einige Themen, die die Stadtverwaltung dazu zwingen, ihre Nachhaltigkeits- und Effizienzbemühungen zu überdenken. Beiden liegt die Frage des Managements von sauberem Wasser zugrunde und wie Wasserversorger in die Lage versetzt werden können, angesichts der kombinierten Probleme fundierte Entscheidungen zu treffen. Die Antwort lautet: Wasserversorger müssen das Management von Wasserverteilungssystemen verbessern, indem sie fortschrittliche Tools einsetzen, die Echtzeit-Sensordatenerfassung, fortschrittliche Analysen und modellbasierte Funktionen kombinieren, um “Was-wäre-wenn”-Szenarien zu simulieren. Und durch die Erfüllung all dieser Funktionen passen Digital Twins for Water Utilities genau hier ins Spiel.
Was ist ein Digital Twin?
Im Jahr 2003 führte Dr. Michael Grieves Digital Twins als digitale Repräsentationen physischer Produkte ein, um den Lebenszyklus eines Produkts, insbesondere seinen Design- und Herstellungsprozess, und die anschließende Wartung während seiner Lebensdauer zu optimieren. Laut Grieves muss jedes Digital-Twin-Modell drei Kernteile enthalten:
- Physische Vermögenswerte.
- Ein virtuelles Modell der physischen Assets.
- Die Verbindungen von Daten und Informationen, die den virtuellen und realen Raum miteinander verbinden.
Seitdem haben viele andere Forscher die Definition, die Grundlagen und die Schlüsseltechnologien, die mit dem Aufbau eines digitalen Zwillings verbunden sind, erweitert, darunter:
- Modellierung: Die physischen und virtuellen Modelle müssen die Hauptmerkmale des Systems beschreiben.
- Verbindung: Die physischen und virtuellen Systeme sollten ständig miteinander verbunden sein. Dieses Konzept umfasst Datenübertragung, Konvertierung, Speicherung, Schutz usw.
- Erweiterte Datenanalyse: Um Informationen aus einem Datensatz zu erhalten, müssen diese vorverarbeitet (bereinigt und gefiltert) und sowohl durch Datenanalyse als auch durch Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) ausgewertet werden.
- Interaktion und Service: Um die Systemprozesse entsprechend externer Veränderungen zu optimieren oder anzupassen, sollte der Digital Twin nach der Validierung durch Simulationen optimale Betriebseinstellungen vorschlagen können.
Digital Twin – ein virtuelles Modell des physischen Assets
Digitale Zwillinge für Wasserversorger: Wie können sie die Herausforderungen der Branche lösen?
Im Kontext des Stadtmanagements, insbesondere in Bezug auf das Trinkwasserversorgungssystem, haben hydraulische Modelle im Laufe der Zeit an Bedeutung gewonnen und werden häufig von Wasserversorgern verwendet, um genauere Entscheidungen zu treffen. Digitale Zwillinge helfen Wasserversorgern, nicht nur die vergangene und aktuelle Leistung ihrer Wassersysteme besser zu verstehen, sondern auch die zukünftige Leistung vorherzusagen und zu optimieren. Sie können auch mögliche Veränderungen und deren Auswirkungen in der virtuellen Welt simulieren, bevor sie in der physischen Welt auftreten. Dieses Maß an Virtualisierung begrenzt das Risiko für den realen Betrieb, hilft Versorgungsunternehmen, schnelle, datengestützte Entscheidungen zu treffen, und hilft ihnen, optimal auf Krisen und andere Was-wäre-wenn-Szenarien zu reagieren. Angesichts des Ausmaßes der Herausforderung – nämlich exponentielles Bevölkerungswachstum, Ressourcenknappheit und alternde Infrastruktur – sind traditionelle Wasserverteilungssysteme immer komplexer und schwieriger zu verwalten. Daher werden digitale Zwillinge immer häufiger in Wasserverteilungssystemen eingesetzt, um Probleme wie die folgenden zu verbessern:
- Vermögensverwaltung
- Lecklokalisierung
- Optimierung des Anlagenbetriebs
- Energieeffizienz
- Wasserqualität
- Planung von Instandhaltungsarbeiten
- Frühzeitige Reaktion auf Notfälle
Kurz gesagt, es wird prognostiziert, dass das Digital Twin-Modell bald ein wesentliches Unterstützungssystem für fast alle Arten der Entscheidungsfindung in der Branche sein wird. Wir haben die Reise von Digital Twins for Water Utilities mit Branchenexperten in unserem Video-Podcast Qtalks diskutiert. Im Mittelpunkt der Episode standen ihre Entwicklung und Möglichkeiten, wie dies beschleunigt werden könnte.
Wie sehen Digital Twins in Aktion aus?
Die Einrichtung eines digitalen Zwillings kann ein langwieriger Prozess mit hohen Kosten sein. Im Folgenden finden Sie nur einige Beispiele dafür, wie Digitale Zwillinge bereits im Betrieb und Management realer Wasserverteilungssysteme eingesetzt werden.
Die EPANET-RTX-Erweiterung
Die United States Environmental Protection Agency (EPA) und die University of Cincinnati haben die EPANET-RTX-Erweiterung entwickelt, ein hydraulisches Echtzeit-Modellierungs-Framework, das auf der EPANET-Engine basiert. Die Anwendung, die ein hydraulisches Modell mit Echtzeit-Felddaten verbindet, wurde entwickelt, um das hydraulische und Wasserqualitätsverhalten von Wasserverteilungssystemen zu verstehen und das Potenzial hydraulischer Modelle bei der Darstellung realer Systeme zu untersuchen. Seine Fähigkeiten wurden erfolgreich in der Praxis für eine Fallstudie des Northern Kentucky Water District getestet.
WaterBox: Ein kleines Testbed
Die WaterBox, ein kleiner Prüfstand, ermöglichte die Simulation erweiterter Überwachungs- und mehrerer Ausfall- und Anomalieszenarien, wie z. B. Rohrbrüche oder Kommunikationsprobleme, in einer ausfallsicheren Umgebung. Dieser Ansatz ermöglichte den Echtzeitbetrieb von Regelalgorithmen (gespeist aus Sensordaten) und zielte auf Energieoptimierung, automatische Steuerung und ereignisgesteuerte Kommunikation ab.
Qatium: Ein kostengünstiger digitaler Zwilling
Qatium bietet eine kostengünstige Lösung für den digitalen Zwilling von Wasserversorgungsunternehmen, die die Nutzung vorhandener Technologielösungen und Datenquellen maximiert. Die Lösung umfasst die Verwendung von stadteigenen Datenloggern, die einen Live-Datenstrom über ein vorhandenes webbasiertes Dashboard und einen Link zum SCADA-Historian bereitstellen. Ein hydraulisches Modell kann allein auf der Grundlage offener GIS-Daten generiert werden, und Verbindungen zwischen dem Hydrantenüberwachungssystem und dem Modell wurden über einen API-Layer ermöglicht. Qatium ermöglicht es Benutzern auch, ihre Netzwerke mit Hilfe eines KI-gestützten Assistenten zu importieren, der sie durch den Prozess führt und Einblicke und Vorschläge für mögliche Verbesserungen liefert, während das Modell automatisch erstellt wird.
Wenn Sie daran interessiert sind, einen digitalen Zwilling in die Praxis umzusetzen, probieren Sie Qatium aus. Es ist kostenlos, ein Konto zu erstellen und mit der Lösung der oben beschriebenen Herausforderungen zu beginnen.
Digitale Zwillinge ermöglichen datengetriebene Entscheidungsfindung
Digitale Zwillinge stellen eine neue Methode zur Verbesserung des Managements von Wasserverteilungssystemen dar, indem sie es Wasserversorgern ermöglichen, Szenarien zu simulieren und vorherzusagen, die Leistung und den Zustand von Anlagen zu analysieren und Szenarien virtuell zu testen, um sie in der realen Welt effektiv anzugehen. In Zukunft werden digitale Zwillinge für die Entscheidungsfindung von entscheidender Bedeutung sein und ein integraler Bestandteil der Wasserwirtschaft sein, indem sie den Betrieb von Wassersystemen verbessern, die Betriebskosten senken, die Umweltbelastung verringern und die Wassersicherheit gewährleisten.
