Schöpfwerke automatisiert entwässern und CO2 reduzieren

Die Bevölkerung schützen, Energie einsparen und CO₂-Emissionen reduzieren: So lauten die Ziele eines Forschungsprojekts der Bremerhavener EnergieSynergie GmbH. Gestartet ist es Anfang des Jahres – erste Ergebnisse liegen vor.

Gefördert von der Bremer Umweltbehörde und der BIS Bremerhaven nimmt das Unternehmen EnergieSynergie norddeutsche Schöpfwerke in den Blick, um ihre Steuerung intelligent zu digitalisieren. Ein Vorhaben, dem nach den jüngsten Starkregenereignissen und daraus resultierendem Hochwasser in Teilen Deutschlands eine besondere Bedeutung zukommt. Denn: Bei kurzfristig extremen Niederschlagsmengen steht das Wassermanagement in tiefliegenden und gewässernahen Gebieten vor besonderen Herausforderungen. Hier braucht es Schöpfwerke, um dort lebende Menschen sowie ihre Umgebung vor Überschwemmungen zu schützen. „Die Entwässerungspumpen, die dafür zum Einsatz kommen, werden vielfach noch manuell bedient und unabhängig von Stromtarifen, der Verfügbarkeit von Erneuerbarer Energie sowie ihrem Wirkungsgrad ein- und ausgeschaltet. Das ist hinsichtlich des Klima- und Katastrophenschutzes nicht ideal“, sagt Prof. Dr. Ing. Carsten Fichter, Professor für Windenergie, Energiewirtschaft und Speicherung an der Hochschule Bremerhaven und Gründer der EnergieSynergie GmbH. So werde die Anlagentechnik ineffizient und im Falle des Ausfalls einer Pumpe nicht zwingend verlässlich bedient.

Intelligente Messtechnik einsetzen

Bereits 2015 haben Beschäftigte des Unternehmens die Datenfernübertragung von Schöpfwerken des Entwässerungsverbands Jade untersucht. Dabei wurde nachgewiesen, dass diese beliebig auch in Hochtarifstromzeiten laufen, was zu enormem Strombezug führt. Zudem zeigte eine Auswertung, dass die Pumpen mit einem „grauen“ Strommix unter anderem aus Kohle- und Kernkraftwerken versorgt werden. „Das geht mit erheblichen CO₂-Emissionen einher“, erklärt Carsten Fichter. Die Erkenntnisse legten den Grundstein für das aktuelle Forschungsprojekt seines Teams mit dem Titel „Demand Side Management Sielentwässerung“ – kurz DSMS. Im Rahmen des Vorhabens sollen Schöpfwerke mit Messtechnik ausgestattet werden, die es ermöglicht, die Entwässerungspumpen angebots- und bedarfsgerecht zum Beispiel durch die Koppelung von Regenprognosen zu steuern. Zudem wollen die Expert*innen Messergebnisse visualisieren, damit zügiger und zuverlässiger auf Störungen und Ausfälle reagiert werden kann.

Der Mensch im Mittelpunkt

Derzeit entwickeln sie eine Logik für einen optimierten Schöpfwerksbetrieb. Diese gibt vor, zu welchem Zeitpunkt die Entwässerungspumpen eingeschaltet werden sollten sowie wann das eher unwirtschaftlich oder ökologisch ungünstig wäre. Dazu nutzt man Parameter wie zum Beispiel Pegelstände, Wettervorhersagen, Strompreisdaten und Einspeisemengen von Windenergieanlagen. Diese werden so weit aufbereitet, dass sie einen Regelalgorithmus durchlaufen können, über den die Entscheidung zum Ein- oder Ausschalten der Technik getroffen wird. „So lässt sich eine Vielzahl von Optimierungsmöglichkeiten anwenden – etwa das Laufen zu Niedrigtarifzeiten oder die Koppelung elektrischer Energie aus Windenergie- oder Photovoltaikanlagen –, die mitunter je nach Schöpfwerk und Standort stark variieren“, erklärt Marvin Müller, der das Projekt leitet. Die oberste Priorität habe aber in jedem Fall der Schutz der Bevölkerung vor Überflutung. Daher wird ab einem festgelegten Maximalwert der Niederschlagsmenge ein weiterer Logikzweig aufgerufen, welcher unabhängig von Parametern wie Strompreis und CO₂-Emissionen für ein Abpumpen des Wassers bis zu einem sicheren Pegel sorgt.

Projekt von länderübergreifender Bedeutung

„Unserer Forschung soll 2022 eine Durchführbarkeitsstudie folgen. In dieser wollen wir mehrere Referenzschöpfwerke mit der entsprechenden Anlagenelektronik samt Logik und einem Kommunikationssystem ausstatten, um dann im realen Einsatz die ermittelten positiven Effekte zu verifizieren“, erläutert Marvin Müller. Berechnungen hätten schon jetzt gezeigt: Überschüssiger Strom aus Windenergieanlagen kann im Landkreis Wesermarsch genutzt werden, um die Schöpfwerke vor Ort komplett mit elektrischer Energie zu versorgen. „Dadurch lassen sich die von ihnen ausgehenden CO₂-Emissionen um mehr als 97 Prozent senken“, resümiert Carsten Fichter. Für Guido Ketschau, der bei der BIS das Projekt begleitet, ist das Projekt DSMS von großer, grenzüberschreitender Bedeutung: „Es trägt dazu bei, die Klimaschutzziele der Europäischen Union zu erreichen und Länder im Kampf gegen Überflutung zu unterstützen. Eine Gefahr, die nach Prognosen von Wissenschaftlern vielerorts zunehmen wird.“ Weitere Informationen zum Projekt sowie zum aktuellen Stand unter https://www.energiesynergie.de/referenzen