Resiliente Trinkwassernetze durch Künstliche Intelligenz und mathematische Simulation

Die Trinkwasserversorgung steht vor großen Herausforderungen: Klimawandel, zunehmende Trockenperioden und sinkende Grundwasserreserven erhöhen regional das Risiko von Wasserknappheit. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Versorgungssicherheit, Krisenmanagement und eine flexible, resiliente Infrastruktur. Wir am Fraunhofer ITWM entwickeln mathematische Modelle, Simulationen und KI-basierte Methoden, um die Trinkwasserwirtschaft zukunftsfähig zu gestalten. Unser Ziel ist es, Entscheidungen in Planung und Betrieb fundierter, schneller und nachhaltiger zu gestalten.

Wir verbinden mathematische Modellierung, Simulation und Künstliche Intelligenz, um komplexe wasserwirtschaftliche Systeme besser zu verstehen, zu planen und zu steuern. Wir entwickeln datenbasierte Modelle, mit denen sich Wasserbedarfe präziser vorhersagen lassen. So unterstützen wir Versorger dabei, Ressourcen effizient zu planen und frühzeitig auf Engpässe zu reagieren.

Simulation und Optimierung von Infrastruktur

Mit mathematischen Simulationen analysieren und optimieren wir Wasserinfrastrukturen – sowohl in der Planung neuer Netze als auch im laufenden Betrieb.

Dabei betrachten wir unter anderem:

• das Auslegen der Infrastruktur (Finden optimaler Pumpengrößen, Analyse der Netzinfrastruktur)
• das Optimieren von Betriebsstrategien (Pumpensteuerung, Behälterfüllregime)
• das Bewerten von Versorgungsszenarien (ressourcenschonender Wasserbezug, optimale Mischverhältnisse)
• die Resilienz gegenüber Störungen und Extremereignissen (optimierte robuste Betriebsweisen, optimale Strategien für Notfallszenarien)

Komplexe Netze vereinfachen wir durch datenbasierte Modelle und Anlagenkennlinien. Dadurch werden Simulationen effizienter und ermöglichen schnelle Analysen großer Infrastruktursysteme. Wir verbinden am Fraunhofer ITWM Angewandte Mathematik, Simulation und KI mit konkreten Fragestellungen aus der Praxis. So entstehen Werkzeuge, die Versorger dabei unterstützen, ihre Systeme effizienter, resilienter und nachhaltiger zu gestalten.

Intelligentes Energiemanagement und Sektorkopplung

Wasser- und Energienetze sind zunehmend miteinander verbunden. Wir untersuchen, wie sich Trinkwasserinfrastrukturen als flexible Elemente in Energiesysteme integrieren lassen.

Dabei arbeiten wir an der Optimierung des Energieverbrauchs im Betrieb, der Nutzung von Flexibilitätspotenzialen in Wasserinfrastrukturen sowie der Kopplung von Energie- und Wasserwirtschaft.