Mittwoch, 1. Februar 2023
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Nachhaltigkeit durch digitale Infrastrukturen

Titelbild: © ZENNER International
Autor: Dr. Jan-Philipp Exner


Eine nachhaltige Entwicklung zu ermöglichen gilt als die große Herausforderung unserer Zeit. Auch wenn Themen wie der Klimawandel alle Länder und Regionen betrifft, müssen die Lösungen lokal erarbeitet werden. Kommunen, Stadtwerke und Technologieanbieter müssen gemeinsam etwas bewegen brauchen dafür digitale Infrastrukturen.

Nachhaltigkeit und Klimaschutz sind heute die entscheidenden Herausforderungen für Städte und Kommunen. Ihre Rolle wird klar, wenn man bedenkt, dass weltweit auf drei Prozent der Fläche 70 Prozent der globalen CO2-Emissionen entstehen. Kommunen, Stadtwerke und Energieversorger spielen dabei eine wichtige Rolle. Sie haben die Kompetenzen und die Infrastruktur, um aus Städten Smart Cities zu machen, die all diesen Entwicklungen gerecht werden und gleichzeitig die Lebensqualität steigern. Die neu gewonnene Bedeutung der Smart City auch im Kontext Nachhaltigkeit unterstreicht auch etwa der Koalitionsvertrag der Bundesregierung von 2021. Stadtwerke und Kommunen können in Bereichen wie der Energieversorgung, der Mobilität, der öffentlichen Beleuchtung oder der Entsorgung viel bewegen. Sie sind gefordert, die Lösungen zu erarbeiten, die für die jeweilige Gemeinde oder Stadt am besten passen.

Nachhaltigkeit ist ein Gemeinschaftswerk. An welchen Themen dies festgemacht werden soll, haben die Vereinten Nationen im Rahmen der Agenda 2030 festgelegt. Die 17 Ziele für eine nachhaltige Entwicklung geben die Richtung vor und gelten auch auf kommunaler Ebene als Orientierungsrahmen, auf welche zukünftige Projekte einzahlen müssen.

Abbildung 1: Die 17 Ziele der Nachhaltigkeit der Vereinten Nationen (Quelle: Vereinte Nationen, UNRIC – Regionales Informationszentrum der Vereinten Nationen, https://unric.org/de/17ziele/)

Kommunen zu nachhaltigen Smart City machen – das gelingt mit hochgradig vernetzten IT-Systemen und dem Internet of Things (IoT). „Wir müssen dafür sorgen, dass die Kommunen nicht nur Akteure der Stadtentwicklung, sondern auch Akteure der Digitalisierung werden und bleiben“, heißt es in der Smart City Charta, die von Bund, Ländern und Kommunen erarbeitet wurde. Als Basis hat sich die IoT-Technologie LoRaWAN®  vielfach bewährt. Mehrere hundert Kommunen und Stadtwerke haben inzwischen eigene LoRaWAN®-Netzwerke aufgebaut und setzen Schritt für Schritt Smart City- Konzepte um. Dabei werden nicht nur Geräte, Daten und Sensoren, sondern auch verschiedene Sektoren wie Energie, Gebäude und Mobilität miteinander vernetzt. Wichtig dabei ist die integrale Betrachtung aller Komponenten – von der Messtechnik und Sensorik über die Kommunikationsinfrastruktur und Datendienste bis zur durchgängigen IoT-Komplettlösung über die gesamte Prozesskette

Abbildung 2: Die Ebenen der digitalen Infrastruktur (Quelle: ZENNER International GmbH & Co. KG)

Die modulare Konzeption ermöglicht vielfältige Anwendungsfälle, welche umfangreiche Bereiche der kommunalen Daseinsvorsorge abdecken aber auch im konkreten Kontext zu mehr Lebensqualität der Bürger führen können. Dies betrifft ebenso Bereiche wie Energiedatenmanagement, Energieeffizienz oder Mobilität. Stadtwerke und Energieversorger als Betreiber digitaler Infrastrukturen können damit typische kommunale Aufgaben viel effizienter erledigen und neue Geschäftsmodelle ausprägen. In Verbindung damit helfen urbane Datenplattformen generell dabei, Daten zu erfassen und systematisieren, strukturiert abzurufen, sie in einen entsprechenden Kontext zu bringen und in verschiedensten verknüpften Anwendungen zu nutzen.

Smarte Quartiere

Der ideale Ausgangspunkt auf Umsetzungsebene für eine smarte und nachhaltige Stadt ist das Quartier, um die essentiellen Herausforderungen unserer Zeit umzusetzen: Digitalisierung, Energiewende und E-Mobilität. Denn im Quartier treffen unterschiedliche Sektoren wie Energie, Gebäude und Mobilität aufeinander, sodass Kommunen Synergien ausloten und ganzheitliche Lösungen erarbeiten können. Wichtige Akteure sind die kommunalen Stadtwerke und deren Dienstleister als regionale Akteure auch im Kontext der Daseinsvorsorge. Sie bedienen etwa Lösungen beginnend von Submetering von Wohn- und Gewerbeeinheiten, Zugangsberechtigung zu Gebäuden, bis hin zur Überwachung der Luftqualität oder dem Monitoring von Parkflächen, etwa über LoRaWAN®.

Mit ihren Digitalisierungsprojekten verfolgen die Stadtwerke gleich mehrere Ziele: Sie wollen ihre Kernkompetenz Metering stärken, das Feld Smart Meter ausbauen und das Zusammenspiel von Technologie, Prozessen und Rollen in der neuen Messwelt erproben. Zudem soll das Submetering erweitert und zu einem tragfähigen Geschäftsmodell ausgebaut werden. Perspektivisch wollen die Stadtwerke auch neue Mehrwertlösungen wie Smart Energy, Smart Lighting, Smart Parking oder Smart Grid testen. Schließlich dienen die smarten Quartiere als Referenz für lokale Stakeholder, potenzielle Neukunden und auch für die eigenen Mitarbeiter.

Hochwasserschutz in der Smart City

Wie Kommunen mit LoRaWAN® lokale Lösungen für globale Probleme finden können, zeigt das Beispiel Hochwasser. Ausgelöst durch den Klimawandel, gibt es immer mehr extreme Wetterverhältnisse. Selbst kleinste Bäche können an Starkregentagen in kürzester Zeit zu reißenden Flüssen anschwellen, die Orte – zum Beispiel Ahrweiler in Rheinland-Pfalz – in kürzester Zeit massiv zerstören können.

Mit LoRaWAN®- Sensoren können Kommunen die Pegelstände von stehenden Gewässern oder Fließgewässern sowie Grundwasser in Echtzeit messen sowie auch etwa systematische die Auslastungsgrade von Kanalisation und Retentionsinfrastrukturen überprüfen. So erhalten sie automatische Status- und Warnmeldungen, bevor größere Schäden entstehen. Ob ein Regenrückhaltebecken kurz vor dem Überlaufen steht oder Hochwasser in Geschäfts- und Wohnhäuser eindringt – all das lässt sich online überblicken. Zudem kann die Öffentlichkeit – in Verbindung mit weiteren Applikationen – über diverse Kommunikationskanäle wie eine Bürger- App über die aktuelle Situation informiert werden.

Abbildung 3: Pegelmessung in der Smart City (Quelle: ZENNER International GmbH & Co. KG)

Parkflächen überwachen

Auch die Überwachung von Parkflächen ist eine Standard-Anwendung mit LoRaWAN. Ein solches Smart-Parking-Projekt haben bereits mehrere Kommunen mit ZENNER umgesetzt. Dabei kommen intelligente Bodensensoren zum Einsatz, die melden, ob ein Parkplatz, ein Sonderparkplatz für schwerbehinderte Menschen oder ein Ladeplatz für Elektrofahrzeuge frei oder belegt ist. Die daraus entstandenen Anwendungen vereinfachen die Parkplatzsuche und reduzieren den innerstädtischen Individualverkehr, der bis zu 30 Prozent auf die Parkplatzsuche zurückzuführen ist, deutlich und helfen dabei, Emissionen zu reduzieren.

Abbildung 4: Parkplatzmonitoring in der Smart City (Quelle: ZENNER International GmbH & Co. KG)

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