Funktionierende Entwässerungssysteme sind für den Schutz von Siedlungen, Verkehrswegen und landwirtschaftlichen Flächen in Küstenregionen unverzichtbar. Gleichzeitig erhöhen der Klimawandel, steigende Energiepreise und der wachsende Wasserbedarf der Industrie den Druck auf das bestehende Wassermanagement. Im Verbundprojekt „ForeCoast“ entwickelt die Technische Universität Braunschweig deshalb ein intelligentes Wasser- und Energiemanagementsystem, das Hochwasserschutz, Energieeffizienz und Versorgungssicherheit miteinander verbindet. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt fördert das Vorhaben mit rund 1,5 Millionen Euro.
Kern des Projekts ist ein neues Steuerungsmodell für Siele und Schöpfwerke, die das Deichhinterland entwässern. Es verknüpft hydrometeorologische Vorhersagen, Wasserbedarfsprognosen sowie Informationen über die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien, Strompreise und Netzbedingungen. So soll der Entwässerungsbetrieb künftig vorausschauend und datenbasiert gesteuert werden – unter Berücksichtigung ökologischer und wirtschaftlicher Anforderungen.
„Wir wollen aus komplexen Daten konkrete, umsetzbare Entscheidungen für den Betrieb von Schöpfwerken ableiten – in Echtzeit und über verschiedene Planungshorizonte hinweg“, sagt Projektleiter Professor Kai Schröter vom Leichtweiß-Institut für Wasserbau der TU Braunschweig.
Küstenniederungen stehen vor neuen Herausforderungen
Rund 12.000 Quadratkilometer Land an der deutschen Nordseeküste liegen weniger als 2,5 Meter über Normalhöhennull. Diese Flächen besitzen große Bedeutung für Wirtschaft, Industrie und Landwirtschaft und sind auf eine zuverlässige Entwässerung angewiesen. Allein in Niedersachsen und Schleswig-Holstein übernehmen mehr als 860 Siele und Schöpfwerke diese Aufgabe und verbrauchen dafür jährlich rund 80 Gigawattstunden Strom.
Bislang basiert der Betrieb der Anlagen überwiegend auf lokaler Erfahrung sowie der Einschätzung von Wetter- und Gezeitenprognosen. Mit steigenden Meeresspiegeln, häufigeren Starkregenereignissen sowie veränderten Tide- und Sturmflutverhältnissen wächst jedoch der Bedarf an Pumpenergie. Gleichzeitig gewinnt Wasser aus Oberflächengewässern zunehmend an Bedeutung, etwa für die Wasserstoff- und Batterieproduktion.
Hier setzt „ForeCoast“ an: Erstmals werden Wasser- und Energiesektor in einem integrierten Steuerungssystem systematisch miteinander verbunden. Wissenschaftliche Modellierung, energiewirtschaftliche Analysen und praktische Betriebserfahrung fließen dabei zusammen.
Gemeinsam entwickeln die Technische Universität Braunschweig, die Leuphana Universität Lüneburg, die Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth, NAECO Blue sowie der Deich- und Hauptsielverband Dithmarschen ein System, das wasser- und energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen simuliert, Unsicherheiten bewertet, Entwässerungsanlagen optimiert steuert, Speicherpotenziale und künftige Wasserbedarfe berücksichtigt und unter realen Bedingungen erprobt.
Datenbasierte Entscheidungen für den Betrieb
Grundlage des Systems sind unter anderem Verfahren des maschinellen Lernens, prozessbasierte Simulationen sowie Optimierungsmethoden unter Unsicherheit. Dadurch soll der Entwässerungsbetrieb künftig flexibler und vorausschauender gesteuert werden.
Das System unterstützt unter anderem:
- die dynamische Anpassung von Pumplaufzeiten an Strompreise und die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien,
- die Senkung der Energiekosten,
- einen netzdienlichen Betrieb zur Stabilisierung des Stromnetzes,
- die Einhaltung der Zielwasserstände und den Hochwasserschutz sowie
- die bedarfsgerechte Wasserbereitstellung für Landwirtschaft und Industrie.
Ergänzend bewertet ein integriertes Risikomanagement unterschiedliche Handlungsoptionen und schafft belastbare Entscheidungsgrundlagen für Betreiber und Behörden.
Erprobung an zwei Pilotstandorten
Die Praxistauglichkeit des Systems wird an zwei Standorten demonstriert: in Brunsbüttel-Süd in Schleswig-Holstein, einem wichtigen Industrie- und Wasserstoffstandort, sowie am Siel und Schöpfwerk Knock in Niedersachsen, das eines der größten Entwässerungsgebiete des Bundeslandes versorgt.
Mit seinem Ansatz trägt „ForeCoast“ dazu bei, die Wechselwirkungen zwischen Wasser- und Energiesystemen besser zu verstehen und Lösungen für eine klimaangepasste und nachhaltige Infrastrukturentwicklung zu entwickeln. Damit unterstützt das Projekt zugleich die Ziele der Hightech Agenda Deutschland und der Nationalen Wasserstrategie.
