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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR ASCERTAINING AND OUTPUTTING A VALUE FOR SUPPLY CERTAINTY IN A WATER SUPPLY NETWORK
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166109
Kind Code:
A1
Abstract:
The method according to the invention provides for consumption profiles of the consumers and fill level profiles of the containers in a water supply network under consideration to be taken as a basis for ascertaining the periods of time (formula I) before a container empties after failure of the supply of water for one or more containers or after a sudden increase in consumption. The shortest ascertained periods of time in each case (formula II) are a measure of the supply certainty at the time of the respective event (failure of the supply of water, increased consumption).

Inventors:
HANSS, Holger (An der Stengelkaserne 7, Germersheim, 76726, DE)
LADE, Markus (Grazer Str. 16, Erlangen, 91052, DE)
ROSEN, Roland (Wörthseestr. 15, Seefeld, 82229, DE)
SOHR, Annelie (Von-der-Vring-Straße 23, München, 81929, DE)
WEHRSTEDT, Jan Christoph (Elisabeth-zu-Guttenberg-Straße 30, München, 81829, DE)
Application Number:
EP2018/060981
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
April 27, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
G06Q10/04; E03B1/02; G06Q50/06
Foreign References:
DE102009052840A12010-05-20
US20160103452A12016-04-14
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung und Ausgabe eines Wertes für die

Versorgungsicherheit in einem Wasserversorgungsnetz (VN) mit

Behältern (ßj) und Verbrauchern (Cj) , mit folgenden Schritten:

- Erfassen einer Struktur des Wasserversorgungsnetzes (VN) mit den Behältern (Bi) , Verbrauchern (Cj) und sie verbinden den Leitungen (L) aus einem Planungs- oder Engineering oder Leitsystem (LS) des Wasserversorgungsnetzes (VN) ,

- Ermitteln, aus der Struktur und für jeden Behälter (ßj) und jeden Verbraucher (Cj) , einen Versorgungsanteil (fi ) des Behälters (ßj) an der gesamten Versorgung des Verbrauchers

(Cj) ,

- Ermitteln, anhand von Planungs- oder Betriebsdaten (D) aus dem Planungs- oder Engineering- oder Leitsystem (LS) , eines Füllstandsprofils (l\ ) für jeden Behälter (ßj) als Füllvolu men pro Zeiteinheit (t) über einen über einen periodisch wiederkehrenden Zeitraum aus gleichen Zeiteinheiten (t) ,

- Ermitteln, anhand der Planungs- oder Betriebsdaten (D) , ei nes Verbrauchsprofils (cj ) für jeden Verbraucher (Cj) als Wasserverbrauch pro Zeiteinheit (t) über den Zeitraum,

- Ermitteln, aus den Versorgungsanteilen (fi ) und den Ver brauchsprofilen (cj ) , für jeden Behälter ( B i ) ein Entnahme profil (bi) ,

- Ermitteln, für jeden Behälter (ßj) und jede Zeiteinheit

(t) ,

- eine auf die Zeiteinheit (t) folgende Dauer (sf ) , an de ren Ende die Differenz zwischen dem für die Zeiteinheit (t) ermittelten Füllvolumen des Behälters (ßj) und der während der Dauer gemäß dem Entnahmeprofil (b[) erfolgten Entnahme unter ein vorgegebenes Mindestfüllvolumen (volf ) des Behälters (ßj) absinkt, oder

- eine auf die Zeiteinheit (t) folgende Dauer (rj ) , an de ren Ende die Differenz zwischen dem am Ende der Dauer (rj+k ) gemäß dem Füllstandsprofil (l\ ) vorhandenen Füllvo lumen des Behälters (ßj) und einer während der Dauer (rj ) erfolgenden Zusatzentnahme entsprechend einem vorgegebe- nen Prozentsatz (~^) des Entnahmeprofils (b ) unter das Mindestfüllvolumen (volf) absinkt, und

- Ermitteln und Ausgabe, für jeden Behälter (Bi) und alle

Zeiteinheiten ( t) , die kürzeste Dauer (sf , r ) als Wert für die Versorgungsicherheit , Vv) des Behälters {B{) und/oder Ermitteln, für alle Behälter {B\ und alle Zeit einheiten ( t) , die kürzeste Dauer (sf , rf ) als Wert für die Versorgungsicherheit (VNS, VEV) des Wasserversorgungsnetzes (VN) .

2. Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach Anspruch 1, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.

3. Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Spei cher eines digitalen Computers geladen werden kann und Soft warecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß An spruch 1 ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Compu ter läuft.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Ermittlung und Ausgabe eines Wertes für die Versorgungsicherheit in einem Wasserversorgungsnetz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Aus gabe eines Wertes für die Versorgungsicherheit in einem Was serversorgungsnetz mit Behältern und Verbrauchern.

Unter dem Begriff Wasserversorgungsnetz sind hier insbesonde re auch ein Teil eines größeren Wasserversorgungsnetzes oder eine Zone in einem Wasserversorgungsnetz zu verstehen.

Unter dem Begriff Verbraucher sind hier nicht notwendigerwei se Endverbraucher sondern alle Stellen (Abgabestellen) zu verstehen, an denen aus dem betrachteten Netz (Netzteil oder Zone) Wasser abgegeben wird.

Bei der Versorgung ihrer Kunden mit Trinkwasser müssen Was sernetzbetreiber auch die Sicherheit dieser Versorgung garan tieren, damit auch in Extremsituationen, z. B. bei Ausfall des Wassernachschubs oder einer plötzliche Zunahme der Abnah memengen, die Versorgung über einen gewissen Zeitraum sicher gestellt ist.

In der Vergangenheit wurde die Versorgungssicherheit dadurch erreicht, dass in Wassersammelbehältern, die an verschiedenen Stellen im Wassernetz lokalisiert sind, immer eine feste aus reichend große Mindestwassermenge zurückgehalten wird. Dies bedeutet, dass die Behälter z. B. nur zwischen 50% und 100% ihres Fassungsvermögens bedient wurden; die anderen 50% des Volumens wurden als Reserve zurückgehalten, um in Extremsitu ationen Wasser bereitzustellen. Dies priorisiert das Bereit stellen einer möglichst guten Reserve gegenüber energiebe trachtenden Maßnahmen, die das Füllvolumen als zusätzlichen Energiespeicher berücksichtigen, beispielsweise das Verschie ben energieintensiver Pumpvorgänge in Zeiten mit günstigeren Energiepreisen . Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bewer tung der Reserve zur Laufzeit und somit einen flexibleren Be trieb des Wasserversorgungsnetzes zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch das in dem Patent anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Gegenstand der Erfindung sind ferner ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach Anspruch 1, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Spei cher eines digitalen Computers geladen werden kann und Soft warecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß An spruch 1 ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Compu ter läuft.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, anhand von Ver brauchsprofilen der Verbraucher und Füllstandsprofilen der Behälter in dem betrachteten Wasserversorgungsnetz die Zeit dauern zu ermitteln, bis nach Ausfall des Wassernachschubs für einen oder mehrere Behälter oder nach sprunghafter Erhö hung des Verbrauchs ein Behälter leerläuft. Die ermittelten Zeitdauern stellen ein Maß für die Versorgungssicherheit zum Zeitpunkt des jeweiligen Ereignisses (Ausfall des Wassernach schubs, erhöhter Verbrauch) dar. Je nachdem, wie schnell auf die Ereignisse reagiert werden kann (Zeit zur Wiederherstel lung bzw. Erhöhung des Wassernachschubs), müssen die geplan ten Füllstandsprofile der Behälter erhöht oder können zuguns ten energiebetrachtenden Maßnahmen verringert werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen jeweils in stark vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 ein Beispiel für das betrachtete Wasserversorgungs netz, Fig. 2 ein Beispiel für eine Rechneranordnung zur Ermittlung der Versorgungsicherheit des betrachteten Wasserver sorgungsnetzes,

Fig. 3 ein Beispiel für ein im Rahmen der Erfindung ermit teltes Entnahmeprofil eines Behälters und

Fig. 4 ein Beispiel für das Füllstandsprofil des Behälters.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung. Die Darstellungen sind rein schematisch und repräsentieren keine Größenverhältnisse.

Fig. 1 zeigt beispielhaft einer betrachteten Zone in einem Wasserversorgungsnetzes VN, in dem N Behälter Bi , i = l, ... , N und M Verbraucher C j ,j = 1, ... , M . über Leitungen (L) miteinander verbunden sind. Der Wassernachschub erfolgt durch eine Pump station P.

Fig. 2 zeigt ein Planungs- oder Engineering- oder Leitsystem LS für das Wasserversorgungsnetz VN und eine Recheneinrich tung R mit Eingabe- und Anzeigemitteln. Das System LS stellt in Form von Planungs- oder Betriebsdaten D die Struktur des Wasserversorgungsnetzes VN, Füllstandsprofile l\ der Behälter Bi und Verbrauchsprofile cj der Verbraucher C j zur Verfügung. Bei den Füllstandsprofilen l[ und Verbrauchsprofilen cj han delt es sich um Prognosen (in der Regel gestützt auf histori schen Daten) für den Wasserverbrauch cj (als Volumen pro Zeit, z. B. in 1/s) der Verbraucher C j sowie für den Füll stand l\ (Füllvolumen, z. B. in m 3 ) der Behälter Bi über

t = l, ... , T äquidistante Zeiteinheiten (Zeitsegmente) einer vor gegebenen Länge Dt, welche einen periodisch wiederkehrenden Zeitraum wie z. B. einen in Stunden unterteilten Tag, eine in Tage unterteilte Woche oder einen in Tage unterteilten Monat abdecken .

Soweit nicht vorgegeben oder bekannt, ermittelt die Rechen einrichtung R oder eine Webanwendung aus der Struktur des Wasserversorgungsnetzes VN für jeden Behälter Bi und jeden Verbraucher C j einen Versorgungsanteil fi j , 1 > fi j > 0, des Be hälters Bi an der gesamten Versorgung des Verbrauchers C j ,

Aus diesen Daten werden für jeden der Behälter Bi Entnahme profile b[ berechnet:

Fig. 3 zeigt beispielhaft ein solches Entnahmeprofil b[ .

Für zwei Situationen wird eine Bewertung der Versorgungssi cherheit der betrachteten Zone mit den N Behältern Bi und M Verbrauchern C j durchgeführt.

Szenario 1, Ausfall des Wassernachschubs:

Für den Fall, dass der Wassernachschub für die Behälter Bi ausfällt, wird berechnet, für welchen Zeitraum die Verfügbar keit des Versorgungsnetzes gewährleistet ist. Ursache für den Ausfall kann z. B. ein Stromausfall in einer oder mehreren Pumpstationen P, der Ausfall ein oder mehrerer Pumpen oder ein Rohrbruch auf einer Zuleitung sein.

Für jeden Behälter Bi wird die Versorgungsicherheit V^ s (NS steht hier für "No Supply") in Form der Dauer berechnet, bis der Behälter Bi bei fehlendem Wassernachschub leer ist, d. h., ein technisch mögliches bzw. kritisches minimales Füllvolumen volf unterschritten wird, unterhalb dessen der Behälter Bi als leer zu betrachten ist.

Wie in Fig. 4 verdeutlicht wird, wird also für jede Zeitein heit t = l, ... , T anhand des aktuellen Behälterfüllstandes l\ und des Entnahmeprofils b[ (Fig. 3) die Dauer sf berechnet, bis das untere Füllvolumen volf des Behälters Bi unterschritten wird

sf =

Statt eines ganzzahligen Wertes kann durch Interpolation zwi schen dem letzten für lf — berechneten Wert, der grö ßer als das minimale Füllvolumen volf ist, und dem darauf folgenden ersten Wert, der kleiner als das minimale Füllvolu men volf ist, ein nicht ganzzahliger Wert für die Dauer sf er mittelt werden.

Falls der Wertevorrat der Verbrauchsprofile b[ oder Füllstän de if des aktuellen Zeitraumes (z. B. aktueller Tag) nicht ausreicht, wird zyklisch mit den Werten des folgenden Zeit raums bzw. der folgenden Zeiträume weitergemacht.

Als Versorgungssicherheit des Behälters Bi wird die kürzeste der berechneten Dauern sf genommen, für die das Mindestfüll volumen volf des Behälters Bi nicht unterschritten wird:

V L NS = min t sf .

Die Versorgungssicherheit der betrachteten Zone mit den N

Behältern Bi ist durch die niedrigste Versorgungssicherheit eines Behälters in dieser Zone gegeben:

V NS = mini ^i NS ·

Szenario 2, Erhöhter Verbrauch:

Es wird von denselben Voraussetzungen wie im Falle des Szena rios 1 ausgegangen, wobei aber jetzt statt eines Ausfalls des Wassernachschubs der Verbrauch aller Verbraucher C j um einen vorgegebenen Prozentsatz p% erhöht angesetzt wird. Der Ver- sorgungssicherheitsindex gibt auch hier wieder die Dauer an, bis der Behälter Bi leer läuft.

Für jeden Behälter Bi wird die Versorgungsicherheit V ( EV steht hier für "erhöhter Verbrauch") in Form der Dauer be rechnet, bis der Behälter Bi leer ist bzw. das Mindestfüllvo- lumen volf unterschritten wird.

Es wird also für jeden Zeitpunkt t die Dauer berechnet, bis das untere Füllvolumen volf unterschritten ist:

Auch hier wird zyklisch mit den Werten des folgenden Zeit raums bzw. der folgenden Zeiträume weitergemacht, wenn der Wertevorrat der Verbrauchsprofile b[ oder Füllstände l\ des aktuellen Zeitraumes (z. B. aktueller Tag) nicht ausreicht.

Die Versorgungssicherheit eines Behälters ß j ist durch die kleinste Dauer, für die der Behälter die kritische Zahl nicht unterschreitet, gegeben: V EV = min t r[ .

Die Versorgungssicherheit einer Zone ist durch die niedrigste Sicherheit eines Behälters der Zone gegeben: V EV = miniV EV .

Die Erfindung liefert einen neuen Ansatz zur Bewertung der Versorgungssicherheit der Trinkwasserversorgung im laufenden Betrieb und ermöglicht somit einen besseren Betrieb, das Ri siko der Versorgungssicherheit neu bewertet werden kann.

Die Erfindung kann z. B. in der Betriebsplanung eingesetzt werden um geplante Betriebsfahrpläne (z. B. aus einem Assis tenzsystem wie SIWA OPTIM der Siemens AG) zu bewerten und ggf. in der Einzelsituation eine Neuplanung mit größeren oder kleineren Sicherheitsreserven anzustoßen.

Die Erfindung kann z. B. genutzt werden, um über einen länge ren Beobachtungszeitraum einen sinnvollen Wert für die stan dardmäßig verwendete Sicherheitsreserve zu ermitteln.