Testraum für Smart-City-Anwendungen in Südbaden: Das Thüga-Kompetenzcenter Innovation und badenovaNETZE, Netztochter des regionalen Energieversorgers badenova, starteten gemeinsam mit fünf Kommunen ein Smart-City-Reallabor. Projektziel ist der Aufbau und die Umsetzung mehrerer möglichst verknüpfter Smart-City-Anwendungsfälle als „Smart Region Südbaden“ sowie deren Demonstration und Kommunikation in der Thüga-Gruppe. Erfahren Sie in diesem Artikel, den wir laufend aktualisieren, mehr über den Projektfortschritt.
Weniger Zeitaufwand, weniger Kosten, dafür mehr Sicherheit und mehr Nachhaltigkeit – Thüga und badenovaNETZE ziehen eine positive Bilanz ihre Smart-City-Anwendungen, die sie im Rahmen eines Reallabors gemeinsam untersucht haben. Die Lösungen steigern die Lebensqualität vor Ort und sind einfach umsetzbar, so die Rückmeldungen der Kommunen.
Fünf Gemeinden (Breisach am Rhein, Freiburg Gundelfingen, Kirchzarten, Lahr) beteiligten sich zwei Jahre lang am Reallabor „Smart Region Südbaden“ unter der Leitung von Thüga und badenovaNETZE.
Im Praxistest ging es um vier Kernfragen: Wie lassen sich innovative Smart-City-Anwendungen technisch umsetzen? Wie ist es um ihre Wirtschaftlichkeit bestellt? Wie profitieren konkret die Bürger:innen? Und wie nachhaltig sind die Lösungen? Zum Einsatz kamen verschiedene Sensoren, die mit unterschiedlicher Funktechnik ausgestattet waren, die wiederum über das Internet vernetzt sind.
„Der Markt für IoT-Anwendungen wird sich in den kommenden Jahren rasant vergrößern“, sagt Thüga-Projektleiter Florian Lieb (IN). „In diesem Markt von Beginn an als kompetenter Partner präsent zu sein, verschafft Energieversorgern ein weiteres Standbein, zusätzliche Einnahmen und
steigende Krisenresilienz.“ Es gibt zahlreiche Alleinstellungsmerkmale, die für ein Energieversorgungsunternehmen (EVU) als Umsetzer von IoT-Anwendungen sprechen:
„In den Reallaboren haben wir gemeinsam mit Partnerunternehmen Angebote entwickelt, mit denen Energieversorger ihre Kommunen im Digitalisierungsprozess unterstützen können. Sämtliche Erkenntnisse können Partner aus der Thüga-Gruppe abrufen und für ihre Zwecke nutzen“, erklärt Dr. Matthias Cord, stellvertretender Vorstandsvorsitzender der Thüga Aktiengesellschaft. „Der Bedarf ist groß, weil die Kommunen sehr schnell aktiv werden müssen, um die Klimaschutzziele zu erreichen. Smart-City-Konzepte machen Städte effizienter, klimaschonender und steigern damit die Lebensqualität der Bürgerinnen und Bürger vor Ort.“
Technisch gesehen gibt es für alle Anwendungen grünes Licht. Einen hohen wirtschaftlichen Mehrwert für Energieversorger bietet die Fernauslesung von Wasser- und Wärmemengenzählern über IoT-Sensoren. Vermiedene Hausbesuche sparen Personalkosten ein, zudem können dadurch Bedarfsprozesse der Erzeugung optimiert werden, etwa über die Absenkung der Vorlauftemperatur oder Lastspitzenreduktion. Kund:innen profitieren von der komfortablen Ablesung ohne Terminvereinbarung und der geringen Fehleranfälligkeit. Zudem lassen sich durch die kurz getaktete Datenübermittlung Wassernetze besser monitoren und Leckagen rasch erkennen.
Auch um Pegelstände von Grundwasser, fließenden Gewässern und Regenrückhaltebecken zu beobachten, haben sich IoT-Sensoren in Verbindung mit LoRaWAN-Technologie bewährt. In der Gemeinde Kirchzarten kontrollierten bisher nach Regenfällen der Bauhof und die freiwillige Feuerwehr die Pegelstände der Gewässer. Nun übermitteln digitale Pegelmessanlagen die Werte automatisch und regelmäßig an einen Empfänger. Kommunen können so schneller reagieren und sind letztlich resilienter gegenüber den Folgen des Klimawandels mit häufigeren und heftigeren Überschwemmungen.
Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit lohnen sich Ultraschall-Sensoren zur Füllstandsmessung in Altglascontainern. Anhand der dreimal täglich übermittelten Daten lassen sich die Touren der Sammelfahrzeuge optimieren – bis zu 25 Prozent der Fahrten können eingespart, Kosten und CO2-Ausstoß damit reduziert werden. Umgekehrt lassen sich überfüllte Abfallbehälter im Stadtbild vermeiden. Aus wirtschaftlicher Sicht sind solche kommunale Anwendungsfälle für Energieversorger allerdings nur dann sinnvoll, wenn die Kommune oder ein kommunaler Betrieb die Implementierung der Technik mitfinanziert.
Nicht nur blumig und bunt, sondern auch smart und digital: bnNETZE nutzt die Erkenntnisse aus dem Thüga-Reallabor und verbaut auf dem Gelände der Landesgartenschau 13 Anwendungsfälle aus dem Bereich Smart City.
Mithilfe eines über die gesamte Landesgartenschau gelegten Netzes von Sensoren kann bnNETZE verschiedene Daten tracken, die einen Mehrwert für die Besucher:innen sowie für die Betreiber der Landesgartenschau bieten. Ein interaktives Display im badenova-Pavillon veranschaulicht den Gästen die Anwendungsfälle.
Die Parkplatzauslastung der E-Ladesäulen ist ein Anwendungsfall davon. Der Vorteil: E-Mobilist:innen können sich vorab über die aktuelle Belegung der E-Ladesäulen auf der Landesgartenschau informieren. Auch gemessen werden die Mülleimer-Füllstände, die Bodenfeuchte an sechs Standorten sowie der Publikumsverkehr in der Altrheinhalle. Dank der Bodenfeuchtemessung können die Mitarbeitenden den Pflanzen auf der Landesgartenschau immer die optimale Menge an Wasser zuführen. Durch die Besucherzählung in der Altrheinhalle können die Corona-Bestimmungen stets eingehalten werden.
Neben den Pegelständen werden weitere Umweltfaktoren der Landesgartenschau getrackt, darunter auch die Luftqualität: Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Temperatur und der Anteil von Kohlenstoffdioxid in der Luft werden gemessen. Mit mehreren Sensoren an verschiedenen Stellen gelingt es, die Unterschiede der Standorte aufzuzeigen – also wie sich die Luftqualität einer Grünfläche (Messstandort: Kirschbaum) und einer versiegelten Fläche (Messstandort: Aussichtsplattform) unterscheiden. Außerdem wird der Wasserverbrauch des Bewässerungsbrunnens überwacht und die Lautstärke im Veranstaltungsbereich gemessen.
Ein wichtiger Bestandteil der Smart City-Thematik ist die Bürgerpartizipation. Im badenova-Pavillon auf dem Landesgartenschaugelände werden die Anwendungsfälle auf einem interaktiven Display veranschaulicht und den Bürger:innen greifbar gemacht. Sie können sich dort virtuell in einem Dashboard durch das Gelände navigieren und die Echtzeitdaten der Sensorik einsehen. Mit diesem Projekt geht die badenova mit der Netztochter bnNETZE einen wichtigen Schritt in Richtung Integration von Smart City-Anwendungsfällen im Alltag einer Kommune und beweist, dass kommunale Infrastrukturen längst mehr als Strom-, Wasser und Erdgasnetze sind.
Die Abkürzung IoT steht für „Internet of Things“, also die Vernetzung von Gegenständen über das Internet. Die Gegenstände (Smart Devices) bekommen dabei eine eindeutige Identität zugewiesen und werden mit elektronischer Intelligenz ausgestattet. Sie sind somit in der Lage über das Internet zu kommunizieren und Aufgaben voll automatisiert auszuführen.
Die LoRaWAN-Technik sorgt in Lahr für eine grüne Allee mittels digitaler Bodenfeuchtemessung. Das exakte Bestimmen der Bodenfeuchte in verschiedenen Bodentiefen ermöglicht eine effiziente Bewässerung – auch im Hochsommer.
Die Bäume in der Einsteinallee auf dem Industrie- und Gewerbezentrum Raum Lahr GmbH (IGZ) bekommen nun seltener Besuch. Das heißt aber nicht, dass sich niemand mehr um sie kümmert und sie regelmäßig gießt – im Gegenteil. Denn vor kurzem haben Paul Spies und seine Kollegen von der bnNETZE die ersten LoRaWan-Sensoren in der Einsteinallee installiert, die für eine exakte Überwachung der Bodenfeuchte sorgen. Die Messeinheiten haben Messpunkte in 30 cm, 60 cm und 90 cm Bodentiefe, um Werte aus verschiedenen Bodenschichten zu erfassen.
Nicht nur die aktuellen Werte lassen sich so erfassen, auch Aussagen über den längeren zeitlichen Verlauf einer Phase ohne Regen ermöglichen Fachleuten Rückschlüsse. „Um die Bäume des stetig wachsenden Geländes optimal mit Wasser zu versorgen, bedarf es einiger Zeit und viel Erfahrung. Durch Messungen, die in einem Dashboard übersichtlich dargestellt werden, kann ich nun eine gezielte und umweltfreundliche Bewässerung durchführen. Auch durch die unterschiedlichen Installationstiefen lassen sich Rückschlüsse auf die Bodenschichten ziehen und das Wurzelwachstum des Baums gezielt fördern“, so Marco Kupfer, der für die Grünanlagen des Geländes verantwortlich ist. Daniel Halter (Geschäftsführer IGZ) bestätigt, dass dies zukünftig sowohl eine Arbeitserleichterung als auch eine Zeiteinsparung für seine Mitarbeitenden bedeutet.
LoRaWAN ist die Abkürzung für „Long Range Wide Area Network“. Die Technik ist energieeffizient, kostengünstig und kann Daten über große Entfernungen übertragen. Die Art der Informationsübertragung zählt zu den LP-WAN-Technologien, also „Low Power WAN“. Das heißt: Trotz der großen Reichweiten verbrauchen die Sensoren und Basisstationen sehr wenig Energie. Sensoren erfassen die Daten und senden sie verschlüsselt an einen Empfänger. Alle erhobenen Informationen werden in einem übersichtlichen, digitalen Dashboard sichtbar gemacht. Das Dashboard bietet einen strukturierten Rundumblick und ermöglicht eine detaillierte Auswertung aller erfassten Daten.
Acht Sonden liefern alle zehn Minuten Daten über die Pegelstände von Kirchzartens „Bächle“. Das sorgt für Kenntnis über die Wasserstände rund um die Uhr – und die bekannten schwarz-weißen Messlatten rücken damit in den Hintergrund.
An Starkregentagen schwellen selbst kleinste Bäche schnell zu reißenden Flüssen an und können – wie jüngst in Deutschland – schwere Schäden verursachen. Bisher wurden Pegelstände häufig manuell vor Ort an Messlatten abgelesen. Dies geschieht in Kirchzarten, einer der fünf Kommunen des Reallabors Smart Region Südbaden, nun digital: Sensoren mit der LoRaWAN-Funktechnologie (Long Range Wide Area Network) erfassen kontinuierlich Daten und senden sie an einen Empfänger, in Kirchzarten ist das die Freiwillige Feuerwehr.
Ein digitales Dashboard zeigt dem Empfänger alle erhobenen Informationen übersichtlich an. Es bietet einen strukturierten Rundumblick und ermöglicht eine detaillierte Auswertung aller erfassten Daten. Zusätzlich kann eine Alarmierungsfunktion, beispielsweise über eine E-Mail, eingerichtet werden. Steigt der Pegel über festgesetzte Grenzwerte, wird dies schnell erkannt und mit geeigneten Maßnahmen reagiert. Nicht nur die aktuellen Pegelstände der Bächle in Kirchzarten lassen sich damit erfassen. Wasserfachleute können anhand der Informationen über einen längeren zeitlichen Verlauf der Gewässerpegel und deren Temperaturen relevante Rückschlüsse ziehen.
Die eingesetzte LoRaWAN-Technik bietet einige Vorteile: Sie ist energieeffizient, kostengünstig und kann Daten über große Entfernungen übertragen. LoRaWAN zählt zu den LP-WAN-Technologien, also “Low Power WAN“. Das heißt: Trotz der großen Reichweiten, über welche Informationen übertragen werden, verbrauchen die Sensoren und Basisstationen sehr wenig Energie.
Der neue Film über das Smart Region Südbaden-Reallabor führt Sie in die fünf teilnehmenden Kommunen und zeigt einige der möglichen Anwendungsfälle.
Der Film zeigt einige der umgesetzten IoT-Anwendungsfälle im Reallabor und beschreibt deren Mehrwert. IoT vernetzt Gegenstände und Systeme miteinander, so dass Aufgaben automatisiert ablaufen können – ohne Eingriff von außen. Für die teilnehmenden Kommunen und deren Bürger:innen entstehen dadurch Mehrwerte. Sehen Sie im Film, welchen Vorteil eine automatische Besucherzählung im Freibad bietet oder die Pegelstandsüberwachung mittels Sensor sowie die automatische Füllstandsmessung im Glascontainer.
Mit intelligenten Anwendungen startet die Region Südbaden in ein smartes Jahr 2021. Alle fünf Gemeinden, die am Reallabor teilnehmen, haben erste Smart-City-Lösungen identifiziert, mit denen sie Mehrwerte für Bürger*innen und die Region schaffen. Nun laufen die Planungen für die Umsetzung – hier drei smarte Beispiele zum Einstieg.
Füllstandsanzeige Glascontainer:Ist der Glascontainer voll? In Freiburg sollen Sensoren in den Containern künftig den Füllstand überprüfen und melden, wenn der Container geleert werden muss. So kann die Abfallwirtschaft und Stadtreinigung Freiburg (ASF) die Routen der Leerfahrzeuge optimieren und dadurch unnötige Fahrten vermeiden. Das spart Kraftstoff, entlastet das Personal und schont die Umwelt.
Pegelstandsmessung: In Kirchzarten müssen bisher Mitarbeiter der Freiwilligen Feuerwehr den Pegelstand des Flusses Dreisam eigenständig überprüfen. Künftig soll der Pegelstand automatisch erfassbar sein – dafür lässt die Gemeinde in Zusammenarbeit mit der Energie- und Wasserversorgung Kirchzarten GmbH Pegelsonden an der Dreisam installieren. Diese übermitteln den aktuellen Stand auf ein Visualisierungsportal bei der Freiwilligen Feuerwehr. So hat diese bei starken Regenfällen die Lage jederzeit im Blick und kann bei drohendem Hochwasser noch schneller aktiv werden.
Belegung Wohnmobil-Stellplatz: Ob auf dem Wohnmobilstellplatz Lahr noch Plätze frei sind, können Campingfreunde künftig auf der Homepage der Stadt nachsehen. Hierfür erfasst ein Bodensensor auf jedem Stellplatz die Belegung und übermittelt die Daten per LoRaWAN. Auf der Homepage der Stadt Lahr werden sie dann visualisiert. Dieser Service für Urlauber vermeidet unnötige Anfahrten, sollte kein Platz mehr frei sein.
Smartes Quintett
Freiburg im Breisgau, Breisach am Rhein, Kirchzarten, Lahr und Gundelfingen – dieses Quintett will Südbaden zu einer „Smart Region“ machen. Sie beteiligen sich am Reallabor, das die Thüga mit der badenova-Tochter bnNetze umsetzt. Als Mix aus Großstadt und kleineren Gemeinden bilden sie das ganze Spektrum des Thüga-Netzwerks ab. Dr. Matthias Cord, stellvertretender Vorstandsvorsitzender der Thüga: „Bei neuen Geschäftsmodellen ist der Zugang zu Erfahrungswerten oft schwierig. Über die beiden Reallabore können sich insbesondere kleine und mittlere Energieversorger Technologien in der Praxis ansehen, bevor sie selbst auf dem Pfad der Digitalisierung voranschreiten.”
Das Projektteam
Auf Abstand, aber immerhin mal “in Echt”: nach zahllosen digitalen Meetings konnte sich die Projektgruppe im August 2020 zum ersten Mal persönlich in Freiburg treffen.
Testraum für Smart-City-Anwendungen in Südbaden: Das Thüga-Kompetenzcenter Innovation und bnNETZE, Netztochter des regionalen Energieversorgers badenova, starten gemeinsam mit fünf Kommunen ein Smart-City-Reallabor. Projektziel ist der Aufbau und die Umsetzung mehrerer möglichst verknüpfter Smart-City-Anwendungsfälle als „Smart Region Südbaden“ sowie deren Demonstration und Kommunikation in der Thüga-Gruppe.
„badenova baut seit geraumer Zeit eigene digitale Infrastrukturen für das Internet der Dinge in der Region auf und aus“, sagt Paul Spies, Reallabor-Projektleiter auf Seiten bnNETZE. „Wir teilen mit der Thüga das Interesse, den Mehrwert von smarten Anwendungen in den Kommunen erleb- und begreifbar zu machen.“ Dabei bilden die teilnehmenden Kommunen aus dem badenova-Versorgungsgebiet das Spektrum des Thüga-Netzwerks ab. Darin sind nicht Großstädte mit ihren spezifischen Anforderungen die Regel, sondern eine Vielfalt von kleineren und mittleren Kommunen.
Neben Freiburg wollen Breisach, Gundelfingen, Kirchzarten und Lahr intelligente Anwendungen in der Praxis erproben. Die fünf Kommunen planen diese in den Bereichen Mobilität, Gebäude, Umweltschutz und technische Betriebe. „Wir wollen in unserem Reallabor überprüfen, welchen Mehrwert die Smart City den Kommunen und ihren Bürgen bieten können, welche Anwendungsfälle sich technisch umsetzen lassen und ob wir mehrere Datenströme verknüpfen können“, erklärt Spies.
Derzeit gibt es in der Thüga-Gruppe zwei Reallabore, die ausgewählten Stadtwerken und ihren Kommunen ermöglicht, verschiedene Smart-City-Anwendungen vor Ort in die Praxis umzusetzen und zu testen: Neben der Smart Region Südbaden ist das die “Klimastraße” in Koblenz. „Ein solcher Probelauf vor Ort eröffnet wesentliche Erkenntnisse für den Wandel zur Smart City – oder eben zur Smart Region“, so Florian Lieb, neben Paul Spies Reallabor-Projektleiter vom Thüga-Kompetenzcenter Innovation. „Von diesen Erfahrungen können alle weiteren Thüga-Partnerunternehmen für eigene Smart-City-Projekte profitieren.“
Um ein individuelles Ranking der für jede Kommune passenden Anwendungen zu bekommen, führte die bnNETZE im Juni und Juli Workshops vor Ort durch. “Das Besondere an unserem Reallabor ist, dass wir die Anwendungsfälle gemeinsam mit den Kommunen erarbeiten”, sagt bnNETZE-Projektleiter Paul Spies. “In den Workshops haben wir mit den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Kommunen, der Gemeindewerke und dem IoT-Dienstleister E-MAKS mögliche Anwendungsfälle gesammelt und priorisiert”. Dabei haben sich alle Beteiligten vor allem die “Bürgerbrille” aufgesetzt, denn die Smart City, oder in diesem Fall die Smart Region, soll schließlich Mehrwert für die Bürger bringen. Ein weiterer Vorteil: “Wir lernen unsere Kommunen noch besser kennen”, sagt Paul Spies. “Und bieten ihnen eine Plattform, sich untereinander auszutauschen und zu vernetzen.”
Erster Smart-City-Anwendungsfall des badenova-Reallabors: Fernauslesung eines Flüssiggastanks per Sensor
Einige intelligente Anwendungen sehen mehrere Gemeinden als sinnvoll an, wie zum Beispiel Pegel-/Füllstandsmeldung, Fernauslesung, Luft- und Lärmmessung sowie Parkraummanagement. “Manche Vorschläge waren auch für uns neu und dabei sehr interessant, diese müssen wir vor Angebotslegung erst auf technische und wirtschaftliche Machbarkeit prüfen”, sagt Spies. Die Umsetzung der Anwendungen in den einzelnen Gemeinden erfolgt sukzessive. bnNETZE ist gerade dabei, die jeweiligen Angebote an die Kommunen fertigzustellen. Ein erster Fall ist schon umgesetzt: Ein LPG-Tank in Lahr verfügt nun über einen Sensor zur Fernauslesung.
“Idealerweise kann man die gewonnenen Daten aus verschiedenen Anwendungsfällen miteinander verschneiden und daraus einen Erkenntnis-Mehrwert gewinnen”, so Spies. Ein Beispiel, das momentan noch Zukunftsmusik ist: Sensoren messen im Winter nachts Temperatur und Bodenfeuchtigkeit, so dass der Winterdienst automatisch informiert wird, wenn die Sensoren entsprechende Wetterbedingungen vermelden. Kein Angestellter des Winterdienstes müsste in aller Herrgottsfrühe persönlich das Wetter prüfen.
In Planung: Parkraummanagement für Wohnmobil-Stellplätze
Derzeit kommen laufend weitere Ideen und Anregungen zu den bereits identifizierten Anwendungsfällen hinzu – auch vonseiten der Kommunen. “Manche der Anwendungen lassen sich relativ schnell umsetzen”, so Spies. “Zum Beispiel das Parkraummanagement von Wohnmobil-Stellplätzen”. Bedarfshaltestellen für einen intelligenteren Bürgerbus einzurichten, gestaltet sich hingegen technisch herausfordernder.
Im neuen Jahr soll der gesamte Testbetrieb starten, er ist für mindestens 18 Monate angesetzt. Anwendungen, die bis dahin noch nicht fertig sind, werden nachgezogen. “Vor allem kleine und mittlere Kommunen in Südbaden unterstützt das Reallabor bei der Digitalisierung und damit im Standortwettbewerb um leistungsfähige Unternehmen”, sagt Florian Lieb. “Und saubere Luft, weniger Lärm und mehr Komfort, zum Beispiel durch einen Bürgerbus, machen diese Regionen auch für Familien noch attraktiver.”
Ein zweites Thüga-Reallabor wird derzeit ebenso aufgebaut: Mit der Klimastraße im Zentrum von Koblenz testen die Energieversorung Mittelrhein und das Thüga-Kompetenzcenter Innovation gemeinsam mehrere intelligente Anwendungsfälle und verbinden diese miteinander: Parkraumüberwachung, Ladeinfrastruktur, Emissions- und weitere Sensorik.
Florian Lieb
Innovationsmanagement
"Vor allem kleine und mittlere Kommunen in Südbaden unterstützt das Reallabor bei der Digitalisierung und damit im Standortwettbewerb um leistungsfähige Unternehmen. Saubere Luft, weniger Lärm und mehr Komfort machen diese Regionen auch für Familien noch attraktiver."
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