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Der Schutz von Siedlungen, Verkehrswegen und landwirtschaftlichen Flächen in Küstenregionen hängt maßgeblich von funktionierenden Entwässerungssystemen, wie Sielen und Schöpfwerken, ab. Doch der Klimawandel, steigende Energiepreise und industrielle Wasserbedarfe stellen das bestehende Wassermanagement vor wachsende Herausforderungen. Im Verbundprojekt „ForeCoast“ unter Leitung der Technischen Universität Braunschweig wird ein intelligentes Wasser- und Energiemanagementsystem entwickelt, das Hochwasserschutz, Energieeffizienz und Versorgungssicherheit miteinander verknüpft. Gefördert wird das Projekt mit rund 1,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt.
Im Zentrum des Projekts steht die Entwicklung eines innovativen Steuerungsmodells für Schöpfwerke und Siele, die als Küstenauslassbauwerke die Entwässerung des Deichhinterlandes gewährleisten. Dieses integriert hydrometeorologische Vorhersagen, bei denen Wetterdaten mit dem Wasserkreislauf verbunden werden, mit Prognosen zum Wasserbedarf sowie Informationen zur Verfügbarkeit erneuerbarer Energien, zu Strompreisen und zu Netzbedingungen. Ziel ist eine vorausschauende, datenbasierte Steuerung des Entwässerungsbetriebs, die sowohl ökologische als auch ökonomische Anforderungen berücksichtigt. „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.
Siele und Schöpfwerke sorgen für die Entwässerung der Küstenniederungen
Rund 12.000 Quadratkilometer Land liegen an der deutschen Nordseeküste unterhalb von 2,5 Metern über Normalhöhennull. Diese Niederungen sind von enormer Bedeutung für Wirtschaft, Industrie und Landwirtschaft. Gleichzeitig sind sie in hohem Maße auf eine funktionierende Entwässerungsinfrastruktur angewiesen. Allein in Niedersachsen und Schleswig-Holstein sorgen mehr als 860 Siele und Schöpfwerke für die Entwässerung dieser Gebiete – bei einem jährlichen Energieverbrauch von rund 80 Gigawattstunden.
Heute beruht der Entwässerungsbetrieb weitgehend auf lokaler Expertise und der situativen Auslegung von Wetter- und Gezeitenvorhersagen. Der Klimawandel verschärft die Anforderungen an die Steuerung erheblich: Meeresspiegelanstieg, veränderte Tide- und Sturmflutdynamik sowie höhere Binnenabflüsse infolge von Starkregen lassen den Pumpbedarf und damit den Energieeinsatz steigen. Zugleich gewinnt die Wasserversorgung aus Oberflächengewässern an Bedeutung, etwa für die Wasserstoff- und Batterieproduktion.
„ForeCoast“ setzt hier an und entwickelt ein integriertes System, das Wasser- und Energiesektor erstmals systematisch koppelt. Im Verbund kommen wissenschaftliche Modellierung, energiewirtschaftliche Expertise und praktische Betriebserfahrung zusammen. Gemeinsam entwickeln die TU Braunschweig, die Leuphana Universität Lüneburg, die Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth, NAECO Blue und der Deich- und Hauptsielverband Dithmarschen die Grundlagen für ein System, das wasser- und energiewirtschaftliche Randbedingungen simuliert, Unsicherheiten und Risiken bewertet, Entwässerungsanlagen optimiert steuert, Speicherpotenziale und künftige Wasserbedarfe berücksichtigt und den Betrieb unter realen Bedingungen erprobt.
Vorausschauende und flexible Steuerung der Infrastruktur
Das System basiert unter anderem auf maschinellem Lernen, prozessbasierten Simulationen sowie Verfahren zur Optimierung unter Unsicherheit. Es ermöglicht eine vorausschauende und flexible Steuerung des Entwässerungsbetriebs und leistet damit einen Beitrag zu einem nachhaltigen Wassermengenmanagement. Konkret unterstützt es:
• die dynamische Anpassung von Pumplaufzeiten an Strompreise und Verfügbarkeit erneuerbarer Energien,
• die Reduktion von Energiekosten,
• die Stabilisierung des Stromnetzes durch netzdienlichen Betrieb,
• die Sicherstellung von Zielwasserständen und Hochwasserschutz und
• die bedarfsgerechte regionale Wasserbereitstellung für Landwirtschaft und Industrie.
Ein integriertes Risikomanagement bewertet verschiedene Handlungsoptionen transparent und liefert belastbare Entscheidungsgrundlagen für Betreiber und Behörden.
Die Praxistauglichkeit des Systems wird an zwei Pilotstandorten demonstriert: in Brunsbüttel-Süd in Schleswig-Holstein, einem bedeutenden Industrie- und Wasserstoffstandort und am Siel und Schöpfwerk Knock mit einem der größten Entwässerungsgebiete in Niedersachsen.
Mit seinem innovativen Ansatz leistet „ForeCoast“ einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Wasser-Energie-Nexus, das heißt den wechselseitigen Abhängigkeiten von Energie und Wasser, im Kontext von Klimaanpassung und nachhaltiger Infrastrukturentwicklung im Sinne der Hightech Agenda Deutschland sowie zur Umsetzung der Nationalen Wasserstrategie.
Projektdaten
Das Verbundprojekt wird von der Technischen Universität Braunschweig, Leichtweiß-Institut für Wasserbau (Abteilung Hydrologie und Flussgebietsmanagement), koordiniert. Weitere Projektpartner sind die Leuphana Universität Lüneburg, die Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth, das Unternehmen NAECO Blue sowie der Deich- und Hauptsielverband Dithmarschen. Es wird im Rahmen der Förderinitiative Wasser-Energie-Nexus (WENex) vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt über drei Jahre mit rund 1,5 Millionen Euro gefördert.
Prof. Dr.-Ing. Kai Schröter
Technische Universität Braunschweig
Leichtweiß-Institut für Wasserbau
Abt. Hydrologie und Flussgebietsmanagement
Tel.: +49 531 391-3950
E-Mail: kai.schroeter@tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/lwi/hydriv
Die Praxistauglichkeit des intelligenten Wasser- und Energiemanagementsystems wird an zwei Pilotstan ...
Quelle: DHSV Dithmarschen
Das Schöpfwerk Brunsbüttel in Schleswig-Holstein.
Quelle: DHSV Dithmarschen
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Energie, Meer / Klima, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsprojekte, Kooperationen
Deutsch
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