In Heilbronn wird ein digitaler Zwilling erprobt, um das Wassernetz effizienter und sicherer zu machen. Das spart Ressourcen und Kosten – und eröffnet Unternehmen neue Geschäftsmodelle.
Wo sonst Autos dicht an dicht rollen, bahnte sich im Januar 2025 plötzlich eine breite Wasserflut ihren Weg. Sie verwandelte die B27 in Heilbronn in einen reißenden Strom. Ausgelöst wurde sie durch einen sechs Meter langen Riss in einer maroden Wasserleitung aus den 1980er-Jahren direkt unter der Fahrbahn. „Die meisten Leckagen im Rohrleitungssystem sind stumme Löcher“, sagt Frank Schupp, Geschäftsführer der Heilbronner Versorgungs GmbH (HNVG). „Zunächst verursachen sie keine sichtbaren Schäden, das Wasser versickert einfach im Boden. Sie werden oft erst bemerkt, wenn die Wand in einem Haus feucht wird oder plötzlich ein ganzer Straßenzug unter Wasser steht“, erläutert er. Dann ist es oft schon zu spät für eine gezielte Instandhaltung. Die Schäden sind zu groß.
Heilbronn hat – wie viele andere Städte und Kommunen in Deutschland auch – mit alternden Infrastrukturen zu kämpfen. Der Verband kommunaler Unternehmen (VKU) schätzt, dass die Sanierung der Wasserversorgungssysteme in Deutschland in den nächsten 20 Jahren bis zu 800 Milliarden Euro verschlingen wird. Eine Herkulesaufgabe, der sich Kommunen, Stadtwerke und Versorger nur schrittweise nähern können. Die Heilbronner Versorgungs GmbH hat sich dafür das Ferdinand-Steinbeis-Institut (FSTI) als lokalen Partner ins Boot geholt. Mit dem Ziel, das Wassernetz der Stadt intelligenter und transparenter zu machen.
In einem kleinen Netzabschnitt mit vier Häusern betreibt das außeruniversitäre Heilbronner Forschungsinstitut ein Reallabor mit einem sogenannten digitalen Zwilling. Ein virtuelles Modell also, das mit echten Betriebs- und Sensordaten arbeitet und so die Simulation der realen Wasserversorgung bei wechselnden Betriebszuständen erlaubt. Dabei wird jedes Objekt im Leitungsnetz, etwa der Hausanschluss, die Hauptleitung oder der Wasserspeicher, berücksichtigt. Ungewöhnliche Verbrauchsmuster, Druckabfälle oder andere Unregelmäßigkeiten, die auf Rohrschäden hindeuten können, lassen sich auf diese Weise in Echtzeit – und hoffentlich frühzeitig – erkennen.
Das Ferdinand-Steinbeis-Institut (FSTI) ist ein gemeinnütziges, außeruniversitäres Forschungsinstitut, das von seinen Standorten Heilbronn und Stuttgart aus Lösungen für eine zukunftsfähige Wertschöpfung entwickelt. Die Ergebnisse streben einen Real-World-Impact an – langfristig tragfähig für Wirtschaft und Gesellschaft.
Seit 2019 befindet sich das FSTI auf dem Heilbronner Bildungscampus der Dieter Schwarz Stiftung und nutzt dort die Vorteile der engen Zusammenarbeit mit Hochschulen, Instituten und anderen Bildungseinrichtungen. Nach der Vorlage eines positiven Evaluationsberichts nach Abschluss der ersten fünfjährigen Förderphase sowie eines innovativen Zukunftsplans hat die Dieter Schwarz Stiftung 2023 ihre finanzielle Unterstützung für die nutzenstiftende Forschung am Ferdinand-Steinbeis-Institut um weitere zehn Jahre verlängert.
Das FSTI konzentriert sich darauf, kleine und mittlere Unternehmen zu unterstützen, digitale Geschäftsmodelle zu entwickeln und Daten als Wertschöpfungsfaktor zu nutzen. Durch Forschungs- und Transferprojekte sowie zahlreiche Veranstaltungen und Netzwerke, die den Austausch zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft fördern, schafft das FSTI ideale Bedingungen für Innovationen.
Im Kleinen funktioniert die Technologie bereits. „In unserer Pilotanlage lassen sich Leckagen und Anomalien im Netz deutlich schneller und genauer erkennen als mit bisherigen Methoden“, sagt Heiner Lasi, akademischer Leiter am FSTI. Das gelte vor allem für jene stummen Löcher, die bislang kaum oder nur durch Zufall auffielen, erklärt der Professor für Industrial Intelligence. Selbst wenige Millimeter große Löcher kann der digitale Zwilling aus den Echtzeitdaten ableiten. In Heilbronn denkt man deshalb groß: „Wir werden die digitalen Wasserzähler innerhalb der kommenden sechs Jahre in ganz Heilbronn einsetzen. Parallel bauen wir den digitalen Zwilling und die dazugehörigen Services auf“, sagt Lasi und ergänzt: „In Heilbronn versickern aktuell etwa acht Prozent des eingespeisten Trinkwassers aufgrund von undichten Stellen. Wir rechnen damit, dass unsere Technik diese Verluste zunächst auf rund sechs Prozent reduzieren kann.“
Das fortlaufende, detaillierte Bild des Wasserflusses im gesamten Netz biete laut Lasi darüber hinaus neue Optionen für Planung, Prävention und nachhaltiges Netzmanagement. Nicht nur die Wasserversorger könnten von den gesammelten Datenmengen profitieren und etwa realistische Investitionsplanungen entwickeln, auch neue Geschäftsmodelle seien möglich.
Sensorhersteller könnten daraus Algorithmen zur frühzeitigen Erkennung von Materialermüdung entwickeln, Versicherungen ihren Kundinnen und Kunden neue präventive und damit günstigere Policenmodelle anbieten. Und Bauunternehmen, die für die Städte und Kommunen im Einsatz sind, wären in der Lage, durch ein Frühwarnsystem Sanierungsarbeiten gezielter zu planen und so Überschwemmungen wie an der B27 zu verhindern.
In Zeiten, in denen der Spardruck überall steigt, kann der digitale Zwilling zu einer Trumpfkarte für kommunale Versorger werden. „Angesichts begrenzter Budgets ist es wichtig, Investitionen in Wasser-, Wärme- und Stromnetze strategisch und langfristig zu planen“, erklärt FSTI-Projektkoordinatorin Karoline Frank. „Der digitale Zwilling kann dabei unterstützen, vorhandene Ressourcen effizienter und langfristig sinnvoller zu nutzen.“ Zunächst in Heilbronn. Langfristig, so die Beteiligten beim FSTI, sei auch eine deutschlandweite und internationale Ausweitung ihrer Version des digitalen Zwillings denkbar.
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