Private Investitionen in ein Leckageüberwachungsprogramm zur Bewältigung der Wasserknappheit in Lissabon, Portugal

Lissabon wird voraussichtlich mit einem Rückgang der jährlichen Niederschläge und einer Zunahme der Häufigkeit und Dauer von Dürreperioden konfrontiert sein, wobei die Projektionen für die Mindest-und Höchsttemperaturen auf einen Anstieg um etwa 3 °C für das Ende des Jahrhunderts hindeuten, wie dies von regionalisierten Klimaszenarien erwartet wird, die vom ADAPTACLIMA-EPAL-Projektentwickelt wurden, das von EPAL (Empresa Portuguesa das Águas Livres) finanziert und von der CCIAM-Forschungsgruppe (Climate Change Impacts, Adaptation and Mitigation Research Group) der Universität Lissabon durchgeführt wird. Aufgrund seines subtropisch-mediterranen Klimas erlebt die Stadt im Allgemeinen kurze, milde Winter und heiße Sommer. Portugal hat in der Vergangenheit schwere Dürren erlebt. Dürren stellen ein Risiko für die menschliche Gesundheit dar, da sie in Kombination mit hohen Temperaturen zu Dehydrierung führen können.  Daher ist es für die Stadt von entscheidender Bedeutung, auf die Effizienz ihres Wasserversorgungssystems zu achten.

Die Verringerung der Leckagen aus dem Wasserverteilungsnetz und der Menge an „nicht ertragreichem Wasser“ kann erheblich dazu beitragen, dass Lissabon künftige Dürren bewältigen kann, indem die Effizienz der Wassernutzung in der Stadt erhöht wird. Das entgangene Wasser stellt die Differenz zwischen dem gesamten Eingangswasservolumen und dem genehmigten abgerechneten Verbrauch dar, d. h. dem im Wasserversorgungssystem verloren gegangenen/durchgesickerten Wasser. In den 1990er Jahren lag der jährliche Non-Revenue-Wasserstand in Lissabon im Durchschnitt zwischen 25% und 30%, etwa 40.000.000 Kubikmeter. Ein zusätzlicher Stressfaktor für das Wasserverteilungssystem ist die steigende Nachfrage nach Trinkwasser aufgrund des städtischen Bevölkerungswachstums. Das Netz versorgt rund 350.000 Haushalts- und Gewerbekunden in der Innenstadt und rund 2.500.000 Menschen (Daten von 2016) im Großraum Lissabon (die Region um Lissabon, zuder Gemeinden am nördlichen Ufer der breiten Mündung des Tejo gehören) mit Wasser.

Eine der größten Herausforderungen bei der Reaktion auf ein erhöhtes Dürrerisiko besteht daher darin, den Anteil des nicht erwirtschafteten Wassers am Wasserversorgungsnetz der Stadt so gering wie möglich zu halten. 

Die Stadt Lissabon machte sich daran, einen Weg zu finden, um das Volumen des Wassers zu reduzieren, das durch Leckagen verloren geht, auch bekannt als Non-Revenue-Wasser. Die Hauptursache für dieses Problem sind Störungen in den Rohrleitungen aufgrund der Alterung der Infrastruktur. EPAL verfügt über spezialisierte Techniker im eigenen Haus, die alle notwendigen Reparaturen durchführen. Die Schwierigkeit liegt jedoch darin, die Fehler zu identifizieren und zu lokalisieren, da das Netzwerk weit verbreitet und größtenteils unterirdisch ist. Ob ein Techniker die Leckage auf einer Fläche von 1 Quadratmetern oder 1.000 Quadratmetern suchen muss, kann einen enormen Unterschied machen. EPAL entschied sich daher, das Überwachungsprogramm WONE zu entwickeln, mit dem Wasserleckagen schneller erkannt und genauer lokalisiert werden konnten. Sein ursprüngliches Ziel war es, eine Reduzierung des Nichtertragswassers von 25% auf einen Wert unter 15% zu erreichen, um eine langfristige nachhaltige Wasserversorgung zu gewährleisten, indem die Effizienz und Wirksamkeit von Tag zu Tag verbessert werden. Die erzielten Ergebnisse waren sogar noch besser und erreichten 2015 eine Verringerung des Wasserverbrauchs auf rund 8,5 %.

Die Ziele dieses Projekts entsprechen dem Nationalen Programm für die effiziente Nutzung von Wasser (PNUEA), das mit der nationalen Resolution 113/2005 genehmigt wurde und vom National Laboratory Civil Engineering koordiniert wird. Dieses Programm zielt darauf ab, einen Beitrag zu einem neuen Ansatz für die Bewältigung von Wasserproblemen in Portugal im Rahmen einer nachhaltigen Entwicklung zu leisten.

Die Initiative stärkt die Verwirklichung von zwei wichtigen Zielen für nachhaltige Entwicklung: das Nachhaltigkeitsziel 11 „Nachhaltige Städte und Gemeinden“ zur Verbesserung der Nachhaltigkeit der Stadt und ihrer Gemeinden und das Nachhaltigkeitsziel 13 „Klimaschutz“ durch Verringerung des Energieverbrauchs (geringfügige Treibhausgasemissionen).

Um die Wasserleckagen zu beheben, entwickelte EPAL das Wasserleckage-Erkennungsprogramm WONE. Das Programm basiert auf einem Überwachungssystem, das in der Lage ist, Wasserleckagen im Verteilungsnetz zu identifizieren und zu lokalisieren. Das Überwachungssystem ermöglicht den Vergleich der erwarteten Wasserverbrauchsdaten mit dem Wasserverbrauch in Echtzeit. Dieser Vergleich wird durch eine speziell für das Programm entwickelte Software durchgeführt. Wenn eine Diskrepanz zwischen den beiden Datensätzen festgestellt wird, wird das Überwachungsteam darauf hingewiesen, dass ein potenzielles Leck im System vorliegt. Der Ort der Leckage wird identifiziert, indem der Wasserzähler zurückverfolgt wird, der die Daten zur Verfügung gestellt hat, die eine Abweichung zeigten. Nachdem der Ort des Lecks identifiziert wurde, werden spezialisierte Techniker, die als Leckerkennungsmechaniker bekannt sind, ausgesandt, um eine feldbasierte Leckerkennung durchzuführen und das Problem zu beheben. Das Programm hat zu einer Verringerung des Wasserverbrauchs von 23,5 % im Jahr 2005 auf rund 8,5 % im Jahr 2015 geführt (EPAL-Website), mit kumulativen Einsparungen von rund 135 Mio. m3 seit 2005.

Das WONE-Überwachungssystem basiert auf einer Aufteilung von Lissabon in Wasserzonen, die unter Berücksichtigung der Einwohnerzahl definiert werden und auch als „District Metered Areas“ (DMA) bezeichnet werden. Jede Zone besteht aus 3.000 bis 5.000 Kunden und fungiert als strategischer Messbereich. In jeder Zone wird der Wasserdruck kontinuierlich durch ein passives System mit aktiven Alarmen überwacht. Die WONE-Software führt eine kontinuierliche Leistungsbewertung der DMAs durch, indem sie Daten mehrerer Datenbanken kombiniert und Leistungsindikatoren berechnet, um Nichtertragswasser zu kontrollieren.

Das Projekt wurde als internes R&D-Projekt entwickelt. Es begann zunächst als Pilotprojekt in einer ausgewählten Anzahl von „einfachen“ Zonen. Basierend auf den Ergebnissen dieses Pilotprojekts wurde das Programm weiter verfeinert und auf eine größere Anzahl von Zonen ausgeweitet. Im ersten Entwicklungsjahr wurden 20 Zonen in das Programm aufgenommen. In den Folgejahren wurde das Programm um 30 bis 40 Zonen jährlich erweitert. Bis 2016 ist das System in allen 158 Zonen in Betrieb. Neben dem Wasserzähler in diesen Zonen können Kunden auf Anfrage mit zusätzlichen Wasserzählern durch das Programm versorgt werden. Diese „privaten“ Wasserzähler haben es EPAL ermöglicht, weitere Einblicke in den Wasserverbrauch seiner Kunden zu gewinnen, auf deren Grundlage das Unternehmen nun zusätzliche Beratungsleistungen erbringen kann. Diese Dienstleistungen können die Erkennung von Leckagen vor Ort oder die Beratung von Kunden umfassen, um die Effizienz der Wasserversorgung zu verbessern.

Neben der Überwachung des WONE-Programmshat die EPAL eine Reihe von Maßnahmen umgesetzt, um das System auf die Verringerung der Wasserqualität vorzubereiten, die mit intensiveren Dürreperioden und dem Abfluss von Schadstoffen, höheren Temperaturen und einer Verringerung des durchschnittlichen jährlichen Durchflusses verbunden ist, die durch Klimawandelszenarien projiziert werden. Zu den Maßnahmen gehörte beispielsweise die Sanierung der Wasseraufbereitungsanlage in Vale da Pedra, um die Behandlungsprozesse anzupassen, um auf eine breitere Palette von Wasserqualitätsschwankungen zu reagieren.

Das WONE-Programm wurde von Empresa Portuguesa das Águas Livres (EPAL), dem ältesten Wasserversorgungsunternehmen Portugals, entwickelt und wird weiterhin verwaltet. EPAL ist der Hauptbetreiber des Wasserverteilungsnetzes im Land und ist eine staatliche Gesellschaft, die sich seit 1993 vollständig im Besitz der nationalen öffentlichen Holdinggesellschaft Áquas de Portugal (AdP) befindet. EPAL ist für das Management der Wasserverteilungsaktivitäten sowie für die Wartung der Verteilungsnetze verantwortlich.

Das Team, das die WONE-Software überwacht, spielt eine Schlüsselrolle bei der erfolgreichen Anwendung. Dieses Team wurde durch die Rekrutierung von 4 Hochschulabsolventen geschaffen. Jeder Lecksuchtechniker erhielt ein spezielles Inhouse- und On-the-Field-Training (das 2 Wochen On-Job-Training mit ausländischen Unternehmen beinhaltete). Alle nachfolgenden Kenntnisse wurden bei der Arbeit entwickelt. Die Konsistenz des Teams hat in den 10 Jahren, in denen das Programm läuft, zum erfolgreichen Aufbau einer großen internen Wissensbasis für die Überwachung der Wassereffizienz beigetragen. In diesem Zusammenhang haben die gestärkten internen Prozesse und Kompetenzen von EPAL es dem Unternehmen ermöglicht, eine Reihe von Indikatoren für kritische Klimaänderungen festzulegen und diese regelmäßig im Hinblick auf die Schwachstellen des Systems zu überwachen.

Da das Verbraucherverhalten neben der WONE-Software ein Haupttreiber für die Reduzierung des Wasserverbrauchs ist, bietet EPAL Kunden, die ihre Wassereffizienz verbessern möchten, Beratungsdienste an. So wurden beispielsweise Apps und Instrumente für die Selbstkontrolle der Verbraucher geschaffen, um die Wassereffizienz in Haushaltenzu erhöhen (z. B. die Waterbeep-App).

Weitere Beratungsleistungen umfassten die Bereitstellung eines Überwachungssystems, die Identifizierung von Leckagen vor Ort oder die Beratung zur Wassereffizienz. Eine verbesserte Wassereffizienz durch Änderungen des Verbraucherverhaltens hat nur begrenzte Auswirkungen auf das Jahreseinkommen von EPAL, das stärker von den festen Servicekosten abhängt, die in jeder Wasserrechnung enthalten sind. Jeder verkaufte Kubikmeter Wasser muss die Kosten für die Vorbereitung und Verteilung decken, was bedeutet, dass seine Rentabilität begrenzt ist. Eine Reduzierung des Wasserverbrauchs durch die Kunden ist daher sowohl für den Kunden als auch für EPAL von Interesse.

Schließlich förderte EPAL das Projekt ADAPTACLIMA-EPAL, das von der Forschungsgruppe CCIAM (Climate Change Impacts, Adaptation and Mitigation Research Group) der Universität Lissabon wissenschaftlich unterstützt wurde. Diese Studie, die vollständig von EPAL finanziert wurde, lieferte dem Unternehmen eine Anpassungsstrategie, um die Anfälligkeit seiner Aktivitäten für den Klimawandel zu verringern. Im Mittelpunkt des Projekts standen Anpassungsoptionen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der EPAL-Systeme gegenüber den mit dem Klimawandel verbundenen Risiken. Eine der vorgestellten Optionen war die Förderung von Maßnahmen zur effizienten Nutzung von Wasser, die die Ziele des WONE-Programms unterstützen. Das Eigentum an den Daten und Dokumenten aus dem Forschungsprojekt wurde am Ende des Projekts an EPAL übertragen.

Die EPAL führte einschlägige Maßnahmen zur Sensibilisierung der Bürger für die Themen Wassereffizienz und Nachfragemanagement durch. So hat sie beispielsweise mehrere Kampagnen zur Förderung des korrekten und verantwortungsvollen Umgangs mit Wasser ins Leben gerufen.

Hauptakteure des WONE-Programms sind Bürger und private Unternehmen, die Kunden von EPAL sind und somit von möglichen Senkungen der Wasserrechnungen profitieren. Neben der Aufrechterhaltung des Wasserverteilungsnetzes ist das Verbraucherverhalten ein Hauptfaktor für die Verringerung des Wasserverbrauchs. Daher bietet EPAL mehrere Dienstleistungen für Kunden an, die ihre Wassereffizienz verbessern möchten (siehe Lösungen).

Obwohl die Stadt Lissabon nicht direkt an der Durchführung des WONE-Programms beteiligt war, hat die Stadt von EPAL Ratschläge zur Verbesserung der Wassereffizienz erhalten und große Investitionen getätigt, um diese Verbesserungen umzusetzen. Da die Aktivitäten des WONE-Programms im Stadtgebiet stattfinden, fungiert die Stadt auch als Vermittler für die Bauarbeiten, die vor Ort durchgeführt werden müssen. Darüber hinaus erleichtert die Gemeinde Lissabon jede notwendige Kommunikation über das WONE-Programm zwischen EPAL, den Bürgern und den Unternehmen von Lissabon.

Das WONE-Programm hat sich als erfolgreich erwiesen, um die Widerstandsfähigkeit des Wasserverteilungsnetzes zu verbessern und gleichzeitig aufgrund erheblicher Kosteneinsparungen ein profitables Geschäft zu realisieren. Das WONE-Programm sollte daher nicht nur als Investition in die Anpassung an den Klimawandel betrachtet werden. Es bietet auch eine sehr interessante Gelegenheit als Unternehmensinvestition (wirtschaftlicher Nebeneffekt), die EPAL einen starken wirtschaftlichen Anreiz gegeben hat, die langfristige Widerstandsfähigkeit seines Vertriebsnetzes sicherzustellen.

Die Unterstützung durch den Vorstand des Unternehmens hat sich als wichtiger Erfolgsfaktor erwiesen, ebenso wie die Einbindung anderer wichtiger Teile des Unternehmens, nämlich Netzwerkbetrieb, Wartung und Kundenbeziehungen. Diese Operationen zielen darauf ab, einen Mentalitätswandel innerhalb des Unternehmens zu fördern. Die Entwicklung des WONE-Programms erhielt von Anfang an viel Unterstützung im Unternehmen.

Während des großen Dürreereignisses im Jahr 2005 hatten die Verbraucher in Lissabon aufgrund der Widerstandsfähigkeit der Verfügbarkeit von Wasserquellen keine größeren Folgen. Die extreme Dürre im Jahr 2005 führte zu einem höheren Bewusstsein für die mit Dürren verbundenen Risiken. Dies wird durch die Einrichtung einer Dürrekommission innerhalb des Ministers für Umwelt und Klimapolitik unmittelbar nach der Veranstaltung 2005 veranschaulicht, die die Bedeutung der Zusammenarbeit zwischen nationalen Einrichtungen und zwischen Portugal und Spanien betonte.

Das WONE-Programm konzentriert sich nur auf die Erkennung von Leckagen. Daher müssen die Ergebnisse der Datenanalyse gut auf die Praktiken der Techniker abgestimmt sein, die maßgeschneiderte Lösungen zur Reparatur des tatsächlichen Lecks finden müssen. Diese Übersetzung von Daten ins Handeln erfordert immer noch eine menschliche Handlung, was bedeutet, dass ihr Erfolg sehr stark vom Wissen des Teams abhängt, das sie betreibt. Im Rahmen des WONE-Programms wurde ein angenehmes Arbeitsumfeld realisiert, das bisher zu einem stetigen operativen Team geführt hat.

Das Wasserverteilungsnetz muss kontinuierlich überwacht und verbessert werden. Die Verwendung des Wasserverteilungssystems bedeutet, dass seine Rohre warene und schließlich ersetzt werden müssen. Die durchschnittliche Lebensdauer des Netzwerks beträgt 50 bis 60 Jahre. Der Vorteil des WONE-Systems besteht darin, dass Probleme effizienter erkannt werden können, was bedeutet, dass der Austausch des Netzwerks tatsächlich phasenweise erfolgen kann. Die Erneuerung und Reparatur von Wasserleitungen ist daher ein fortlaufender Prozess. Das WONE-Programm macht es überschaubar, indem es sich darauf konzentriert, kleinere Teile des Netzwerks kontinuierlich zu reparieren, anstatt es auf einmal zu ersetzen.

Erste Erfolgsnachweise wurden im ersten Pilotbereich gesammelt, in dem das System getestet wurde. Dank positiver Ergebnisse konnte das Überwachungsprogramm auf die gesamte Stadt Lissabon ausgeweitetwerden.

Neben dem WONE-System wurden ähnliche Produkte an andere Wasserbewirtschaftungsstellen in Portugal und im Ausland verkauft, was die einfache Anwendung dieses Produkts in ähnlichen Fällen zeigt. Beispiele hierfür sind: AQUAmatrix®, das Kundenmanagementsystem für den Wassersektor und waterbeep®, ein Service zur Steuerung des Wasserverbrauchs für Privat- und Firmenkunden, der ihnen hilft, effizienter zu werden.

Es kann für Städte schwierig sein, die Initiative bei der Umsetzung eines Wassereffizienzprogramms zu ergreifen, da sich die Rolle der Städte darauf beschränkt, Vermittler und Kunde des Wasserunternehmens zu sein. Die Durchführung eines Wassereffizienzprogramms ist in erster Linie eine Investitionsentscheidung, die vom Wasserunternehmen selbst getroffen werden muss. Andere Städte könnten diese Art der Entwicklung durch einen beispielhaften Ansatz fördern, indem sie ihre eigene Wassereffizienz verbessern. Sie können auch die Kommunikation zwischen einem Wasserunternehmen und den Bürgern unterstützen, indem sie die Bürger für das Projekt sensibilisieren und praktische Kontaktmöglichkeiten bieten.

Die anfängliche Entwicklung des Programms wurde durch interne finanzielle Mittel von EPAL finanziert. Die Kapitalrendite für Leckagereparaturen war für das Unternehmen sehr profitabel und könnte daher als F&E-Investition betrachtet werden. Die Gesamtinvestition für die Softwareentwicklung betrug rund 1.000.000 €, ebenso wie ein ähnlicher Betrag, der in Netzwerküberwachungssysteme innerhalb der Stadt investiert wurde. Die Betriebskosten des Programms belaufen sich auf rund 500.000 Euro pro Jahr.

Durch das Programm ist die Menge an Nichtertragswasser von 23,5 % im Jahr 2005 auf rund 8,5 % im Jahr 2015 zurückgegangen. Dies hat in den letzten 10 Jahren zu kumulierten Einsparungen in Höhe von rund 68 Mio. EUR geführt. Das Wassereffizienzprogramm ist daher hinsichtlich seines Kosten-Nutzen-Verhältnisses sehr vorteilhaft. EPAL beschloss daraufhin, die erzielten Einsparungen wieder in die weitere Verringerung der Umweltauswirkungen des Unternehmens zu investieren.

Die Leckagen können sowohl die „öffentlichen“ Rohrleitungen als auch die „privaten“ Rohrleitungen im Eigentum der Kunden betreffen. Im ersten Fall bedeutet dies, dass der Wasserverlust EPAL zurechenbar ist. Das Unternehmen spart daher direkt Kosten, indem es die Leckage repariert. Bei privaten Rohrleitungen kommen die durch die Leckbehebung eingesparten Kosten nur dem Kunden zugute, ohne dass EPAL Gewinnsteigerungen erzielt. Die Reduzierung der Wasserrechnung für die Kunden aufgrund des geringen Verbrauchs ist jedoch begrenzt, da die feste Servicegebühr unverändert bleibt.

In den Kosten des WONE-Programms sind die Kosten für die Erneuerung des Wasserverteilungsnetzes, die als „regelmäßige Instandhaltungskosten“ gelten, nicht enthalten. Zur Finanzierung dieser Kosten erhalten AdP und EPAL seit 1993 finanzielle Unterstützung durch zinsgünstige Darlehen der Europäischen Investitionsbank (EIB). Ihre Unterstützung diente der Finanzierung von Erweiterungen und Modernisierungen der Wasserversorgung, Abfallbewirtschaftungsmaßnahmen, sanitären Netzen und Effizienzsteigerungen. Die EIB hat Darlehen in Höhe von fast 2 500 000 000 EUR in portugiesischen Wassernetzen unterstützt. Die EIB hat seit Beginn der Finanzierung ihrer Projekte eine lange und vertrauensvolle Beziehung zu EPAL aufgebaut. Diese Beziehung wird durch die Bereitstellung jährlicher Fortschrittsberichte über neue Konzepte und Methoden durch EPAL an die EIB sowie durch Aktualisierungen der damit verbundenen internationalen und nationalen Programme aufrechterhalten.

Durch die Verringerung der Emissionen, die mit einem geringeren Energieverbrauch und der Erhaltung der Wasserressourcen verbunden sind, werden ökologische Nebeneffekte erzielt. In der Tat zeigt das Projekt wichtige Synergien mit dem Klimaschutz. Sowohl der Betrieb der Wasserpumpen als auch die Reinigung des Wassers benötigen Strom und nutzen damit eine Ressource, die in ihren Produktionsphasen Treibhausgase ausstößt. Die Wasserpumpen sorgen für einen kontinuierlichen Fluss von sauberem Wasser durch das System. Wenn aufgrund der Verringerung von Leckagen ein geringeres Volumen an sauberem Wasser benötigt wird, muss weniger Wasser umgewälzt werden, wodurch die Gesamtenergiemenge, die für den Betrieb des Wasserverteilungssystems benötigt wird, reduziert wird.

Das WONE-Projekt entspricht dem Nationalen Programm für die effiziente Nutzung von Wasser (PNUEA, 2012),das vom National Laboratory Civil Engineering koordiniert wird. Dieses Programm zielt darauf ab, einen Beitrag zu einem neuen Ansatz für die Bewältigung von Wasserproblemen in Portugal im Rahmen einer nachhaltigen Entwicklung zu leisten. Im Rahmen dieses Programms wurde festgestellt, dass die Wasserverschwendung im Zusammenhang mit Wasserverteilungssystemen im Jahr 2009 immer noch sehr hoch war. Zu diesem Zeitpunkt hatte EPAL bereits umfangreiche Erfahrungen mit der Reduzierung von Non-Revenue-Wasser gesammelt und war daher mit seinem WONE-Programm führend bei Wassereffizienzbemühungen. In seiner letzten Version (2012) hat PNUEA das Reduktionsziel für das Jahr 2020 für nicht ertragreiches Wasser von 20 % auf 25 % erhöht. Dieser Rückgang wurde bereits in Lissabon mit einem durchweg unter 10 % liegenden Non-Revenue-Wasserstand realisiert.

Durch die Angleichung des nationalen Wassergesetzes (DekretNr. 58/2005 aktualisiert mit DL Nr. 130/2012) an die Wasserrahmenrichtlinie erhielt die EPAL das Recht, eine Wasserressourcensteuer zu erheben. Diese Steuer soll die Kosten decken, diemit der Planung, dem Schutz und der Bewirtschaftung der Wasserressourcen verbunden sind.

Das WONE-Programm begann 2005 und läuft immer noch.

Die Notwendigkeit, Lecks innerhalb des Wassernetzes zu erkennen, ist kontinuierlich, solange das Netzwerk in Betrieb ist. Das Programm hat daher kein Ende, sondern Zyklen, die die Lebensdauer der Rohre darstellen und eine Anpassung an die Dynamik des Netzes ermöglichen.

Generic email: geral.epal@adp.pt

Nuno Medeiros

Director of Asset Management, EPAL

nuno.goulartt.medeiros@adp.pt

Maria João Capela 

Head of Planning and Investment Department, EPAL

maria.joao.capela@adp.pt

Rui Mira

Climate Change Specialist, EPAL

rui.mira@adp.pt

Network Sectorisation & Monitoring für Non-Revenue Water Control