Verbeterd inzicht en controle met Digital Twins bij waterbedrijven

De kennisuitwisselingsbijeenkomsten Hydroinformatica worden georganiseerd vanuit het gezamenlijke bedrijfstakonderzoek (BTO) van de waterbedrijven. Een belangrijk doel hiervan is het uitwisselen van praktijkervaring aan de hand van een relevant thema.

Datakwaliteit inzichtelijk maken

De bijeenkomst startte met een presentatie door Lennart Brokx (KWR) over digitale tweelingen van ASR-systemen. ASR (Aquifer Storage and Recovery) zijn systemen voor ondergrondse waterberging van zoetwater door middel van infiltratieputten. Dit wordt bijvoorbeeld toegepast in de glastuinbouw. Niet al het geïnfiltreerde water kan worden teruggewonnen, waardoor het  vaak niet bekend is hoeveel water er nog precies beschikbaar is. Hier komt de digital twin te hulp. De digitale tweeling bestaat uit een grondwatermodel (Modflow6) dat meeloopt met de fysieke tweeling (het werkelijke systeem) en de data van beide zijn te raadplegen via een online dashboard. Het grondwatermodel wordt ook gebruikt om een aantal modelscenario’s te draaien, om een inschatting te kunnen maken van de nog aanwezige zoetwatervoorraad in de ondergrond. Lennart noemde enkele leerpunten uit dit project:

• Technisch gezien is het koppelen van data en modellen voor het creëren van een digitale tweeling mogelijk. De velddata moet echter wel op orde zijn, voor je een goed model en het dashboard kunt maken.
• De complexiteit van de ondergrond laat zich lastig vangen in een (afgeslankt) grondwatermodel.
• Een dashboard waarop velddata op overzichtelijke wijze wordt weergegeven is altijd een toegevoegde waarde om meer inzicht in het systeem te krijgen.

De aanwezigen van de drinkwaterbedrijven zagen de meerwaarde van het bouwen van de digital twin om inzichtelijk te maken welke data van onvoldoende kwaliteit is. Dit kan investeringsbereidheid creëren voor het bedrijf om te investeren in de data.

Een brede verzameling van toepassingen

In vier korte usecases werden andere toepassingen van digitale tweelingen toegelicht. Daarbij gebruiken Evides en Brabant Water software uit de markt, terwijl PWN en Vitens zelf digitale tweelingen bouwen. Joeri Legierse (Evides) begon met een presentatie over de digitale tweeling WaterSight. WaterSight biedt de mogelijkheid om een hoop versnipperde data binnen Evides centraal bij elkaar te brengen. Dit geeft ook een automatische rapportage (Power-BI). Door middel van een statistisch model wordt een 7-daagse voorspelling gedaan. Tegelijkertijd krijgt het model real time data binnen. Zodra dit niet overeenkomt met metingen, bijvoorbeeld door een incident zoals een spontane lekkage, wordt er automatisch een bericht gestuurd aan het drinkwaterbedrijf. De hoofddoelstelling van de digitale tweeling is voor Evides bereikt: incidenten worden correct geregistreerd gedurende de pilot en er zijn minder vals-positieve alarmen ten opzichte van reeds bestaande alarmeringen in PI. Het systeem wordt nu uitgerold naar het voorzieningsgebied.

Suze van der Meulen (PWN) presenteerde vervolgens het gebruik van de Digital Twin Roadmap die door KWR, in samenwerking met andere drinkwaterbedrijven, is ontwikkeld. PWN wil realtime inzicht hebben in de leveringszekerheid, duurzaamheid en kosten vanaf de bron van de rivier de Rijn tot en met levering aan de klant. PWN wil dan op basis van een integrale informatievoorziening besluiten nemen. Het idee is dus om richting 2050 een digitale tweeling voor het hele systeem (van rivier de Rijn tot de klant) te hebben. Dit doen ze door voor verschillende domeinen digitale tweelingen te maken. Door deze digitale tweelingen aan de hand van de routekaart op vergelijkbare wijze op te bouwen kunnen ze uiteindelijk gecombineerd worden tot een groot systeem. Er is een “centraal digiteam” samengesteld die de routekaart gaat borgen binnen PWN. Bij elke stap is er sprake van: organisatie, modelontwikkeling, datamanagement en architectuur en beveiliging. Door gebruik van de routekaart, op zowel centraal als decentraal niveau, wordt een complex systeem in behapbare stappen geanalyseerd.

Wouter Huisman (Brabant Water) gaf vervolgens een presentatie over SOFIA en de digitale tweeling van het distributienet van Brabant Water. De uitdagingen van Brabant Water zijn:

• watersysteem uit balans (o.a. droogte);
• pensionering van ervaren personeel;
• energietransitie
• limiet op bronnen;
• digitalisering van de maatschappij;
• stijgende kosten.

Rond deze uitdagingen is drie jaar geleden het “bedrijfsprogramma op pad” gestart. Hierbinnen is een van de sporen het slimmer aanpakken van de bedrijfsvoering. SOFIA is het datagedreven sturen van de watervoorziening op basis van data uit sensoren en slimme watermeters in het distributiesysteem. Het doel van het SOFIA-programma is om in 2025 een realtime hydraulisch model te hebben van het distributienetwerk: een digitale tweeling. Met deze digitale tweeling wil Brabant Water:

1. realtime monitoren van het leidingnet;
2. afwijkingen detecteren;
3. simulaties uitvoeren van mogelijke scenario’s, zoals storingen;
4. afnamepatronen weergeven.

Vorig jaar is het project gestart en dit jaar wordt het verder opgeschaald en geïmplementeerd, met steeds meer gebieden en sensoren die worden toegevoegd.

Joukje Keuning (Vitens) sloot de sessie af met een presentatie over digitale tweelingen binnen Vitens. Vitens heeft een project gestart voor verbetering van procesbeheersing en verhogen van de klanttevredenheid, genaamd INFRA2025. Binnen INFRA2025 zitten drie digitale tweelingen:

1. OPIR: digitale tweeling die het waterverbruik en de waterproductie kan voorspellen;
2. SLIMM: digitale tweeling van o.a. waterkwaliteit, productie en energieverbruik van productielocaties;
3. Digitale tweeling distributie.

Vitens maakt de digitale tweelingen voor de bedrijfsvoering en analyse & regiecentrum. Hiermee is het systeem sneller te leren, zonder al te veel gebiedskennis. Scenario’s kunnen ook alvast voorafgaand aan een calamiteit doorgerekend worden.

Kunnen drinkwaterbedrijven nog zonder digitale tweelingen?

De sessie werd afgesloten met een discussie. Hierin kwam naar voren dat de deelnemers een toekomst zonder digitale tweelingen niet waarschijnlijk vinden. Het zal uiteraard nog steeds mogelijk blijven om een waterbedrijf in de lucht te houden zonder digitale tweeling, maar dit zal naar verwachting veel meer menskracht vergen dan met.

Digital twins leveren dan ook veel voordelen. In de operatie dragen zij bij aan de snelle detectie van afwijkingen en optimalisatie van het systeem. Door scenario’s van te voren door te rekenen met de digitale tweeling is er direct kennis voorhanden wanneer het scenario echt plaatsvindt. Er is minder detailkennis nodig, zoals gebiedskennis. Dit is een voordeel aangezien veel ervaren werknemers, die over veel gebiedskennis beschikken, op het punt staan met pensioen te gaan. Bovendien blijven werknemers tegenwoordig minder lang bij dezelfde werkgever en bouwen zij daarom dus ook niet meer dezelfde mate van kennis op. Daarnaast worden digitale tweelingen in de regel zo gebouwd dat zij toegankelijker zijn dan traditionele modellen, waardoor de afhankelijkheid van modelleurs afneemt.

De perceptie is dat digitale tweelingen ook tijdswinst en kostenreductie opleveren door het vergroten van de efficiëntie. De waterbedrijven zijn continu in ontwikkeling en de digitale tweeling kan de besluitvorming hieromheen versnellen. Je krijgt één platform dat door alle afdelingen samen gebruikt kan worden – dus een gedeelde waarheid. Dit geeft ook meer transparantie (geen losstaande Excel bestanden meer).

Toch zijn er ook een aantal uitdagingen bij het opzetten en het gebruik van digitale tweelingen. Een voldoende hoge datakwaliteit, is essentieel. Maar de digitale tweeling laat ook zien waar de afwijkingen zitten, dus deze maakt de datakwaliteit veel aantoonbaarder en kan bijdragen aan diens verbetering. Een andere uitdaging is dat mensen van verschillende disciplines in de digitale tweeling samenkomen, maar deze mensen hebben vaak eigen vaktermen en een eigen werkwijze wat het soms lastig maakt om een team te vormen. Een gedeeld vocabulaire is van groot belang!

Ten slotte wordt de verwachting uitgesproken dat als je eenmaal een digitale tweeling in gebruik neemt, het wel heel lastig wordt om ooit nog terug te gaan naar een situatie zonder. Desalniettemin blijft het van belang om in het geval van uitval van de digitale tweeling (of de onderliggende digitale infrastructuur) water te kunnen blijven bereiden en leveren. Waterbedrijven moeten hierop voorbereid en toe in staat blijven.