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26. 09. 2023
Verfasst von: Jens Heger, Marvin Hempel

Entwässerung – klimafreundlich und energieeffizient

Pumpenhaus an einem Gewässer hinterm Deich mit Vor- und Hinterland, Siedlungen, Gewerbegebiet und Bootsanleger © Unterhaltungsverband Kehdingen
Schöpfwerke wie in Kehdingen an der Elbe (Bildmitte am Deich) entwässern das Hinterland an Küsten und großen Flüssen. Die Pumpprozesse sollen zukünftig energie- und kostenoptimaler gesteuert werden.

Schöpfwerke erfüllen eine wichtige Entwässerungsfunktion. In tiefliegenden Gebieten schützen sie Siedlungen und Landnutzung vor Hochwasser. Dies geschieht unter hohem Energieaufwand. Im Projekt „Schöpfwerk 4.0“ an der Leuphana Universität Lüneburg hat ein Forschungsteam gemeinsam mit Praxispartnern Modelle entwickelt, um den Betrieb der Anlagen zukünftig energieeffizienter zu gestalten.

Schöpfwerke bedarfsgerecht, vorausschauend und kostenarm steuern

Starke Niederschläge oder hohe Pegelstände können in niedriggelegenen Küstenregionen oder entlang großer Flüsse Agrarflächen verwässern und Keller feucht werden lassen. Schöpfwerke regulieren die Wassermengen im Hinterland, indem sie überschüssiges Regen- und Drängwasser in natürliche Gewässer heben. „Allein in Niedersachsen werden dabei jährlich rund 40 Millionen Kilowattstunden Energie benötigt – so viel Strom verbrauchen rund 13.000 Haushalte in demselben Zeitraum“, sagt Prof. Dr.-Ing. Jens Heger von der Leuphana Universität Lüneburg. Sein Forschungsteam „Schöpfwerk 4.0“ arbeitet gemeinsam mit zwei Kooperationspartnern, dem Unterhaltungsverband Kehdingen und der Vetterkind GmbH, an einer Lösung: Pumpprozesse sollen zukünftig nicht nur bedarfsgerecht, sondern zusätzlich auch energie- und kostenoptimal zu steuern sein. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert das Projekt.

20 Prozent Energieeinsparung möglich

Dazu analysierte das Team zunächst den bisherigen Pumpenbetrieb, der meist noch manuell geplant und gesteuert wird. „Sowohl Niederschlagsmenge und Pegelunterschiede als auch die Wahl der momentanen Drehzahl der Pumpmotoren haben einen großen Einfluss auf den Gesamtenergieeinsatz“, erläutert Mitarbeiter Marvin Hempel. Auf Basis dieser Daten entwickeln die Forschenden Modelle für eine vorausschauende und energieeffiziente Steuerung. Dabei fließen auch Wirkungsgrad, Energiebedarf, aktuelle Stromtarife und Einspeisemengen sowie Wetterdaten in eine vernetzte und intelligente Regelung ein. „Nach unseren Prognosen“, berichtet Marvin Hempel, „lassen sich mit diesen mathematisch optimierten Plänen für die niedersächsischen Schöpfwerke je nach Gewässersituation und Unterhaltungsverband Energieeinsparungen von bis zu 20 Prozent erreichen.“

Betrieb vorausschauend und flexibel anpassen

Darüber hinaus kann die entwickelte Steuerung den Energieverbrauch flexibilisieren, um mit netzdienlichem Verhalten zusätzlich den Anteil an erneuerbaren Energien zu erhöhen. Lässt sich der Strombedarf durch vorausschauenden Betrieb zeitlich flexibel anpassen, wird vermehrt dann regenerativ erzeugter Strom verwendet, wenn er zur Verfügung steht. Damit sinkt der Bedarf für fossile Energieträger im Energiemix. Das Forschungsteam geht davon aus, dass sich so ein großer Anteil der benötigten Energie aus erneuerbaren Quellen gewinnen ließe – eine deutliche Verkleinerung des CO2-Fußabdrucks von Schöpfwerken.

 

Hier finden Sie weitere Informationen:

Prognose und Optimierung der Energieverbräuche und dynamische Anpassung der Pumppläne

Zitation: Heger, J., & Hempel, M. C. (2023). Entwässerung – klimafreundlich und energieeffizient. Wissen hoch N. https://doi.org/10.60479/NRTJ-7C94
Prof. Dr.-Ing. Jens Heger
Adresse
Leuphana Universität Lüneburg
Institut für Produktionstechnik und -systeme
Prof. Dr.-Ing. Jens Heger
Adresse
Leuphana Universität Lüneburg
Institut für Produktionstechnik und -systeme
Marvin Hempel, M. Sc.
Adresse
Leuphana Universität Lüneburg
Institut für Produktionstechnik und -systeme
Marvin Hempel, M. Sc.
Adresse
Leuphana Universität Lüneburg
Institut für Produktionstechnik und -systeme
Leuphana Universität Lüneburg, Wissenstransfer
Adresse
Universitätsallee 1
21335 Lüneburg
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