project

Digitale tweelingen II

Expert(s):
Ina Vertommen MSc, Quan Pan MSc, Bram Hillebrand MSc, dr. Mark Morley

  • Startdatum
    01 mrt 2021
  • Einddatum
    31 dec 2021
  • Opdrachtgever
    Bedrijfstakonderzoek
  • samenwerkingspartner(s)
    Evides, Brabant Water, De Watergroep, WMD

In dit project wordt een zogenoemde ‘digitale tweeling’ van een drinkwaternetwerk van een Nederlandse stad gemaakt waarmee de invloeden van coronamaatregelen – lockdown en meer thuiswerken – en droogte op de watervraag zijn te bepalen. Voor waterbedrijven zijn deze modellen nuttig om te kunnen anticiperen op veranderingen in watervraagpatronen en hoe leidingnetwerken in deze situaties presteren.

Effecten coronamaatregelen en droogte op watervraag

Een digitale tweeling is een digitale replica van een levende of niet-levende fysieke entiteit. In de context van technische systemen gaat het vaak om een digitale representatie van het fysieke systeem, die een zo goed mogelijke weerspiegeling geeft van het gedrag en de uitkomsten van zijn reële tweeling. Met data uit diverse bronnen kan deze spiegeling voldoende getrouw worden gemaakt. Ook is een koppeling van verschillende modellen gangbaar.

In de afgelopen maanden hebben we een bijzondere situatie meegemaakt: een groot deel van de mensen bleef vanwege de coronamaatregelen thuis, en meerdere bedrijven en instanties zijn tijdens de lockdowns lange tijd gesloten. Ook het vakantiegedrag is veranderd. Zo bleven meer mensen in eigen land en was er minder toerisme vanuit het buitenland. Daarnaast hebben we in het voorjaar van 2020 voor het derde opeenvolgende jaar last gehad van droogte. Dit is slechts een eerste teken van de effecten van klimaatverandering. Naar verwachting kunnen periodes van droogte in de komende decennia nog langer en intenser worden.

Beide aspecten – coronamaatregelen en droogte – zorgen voor een uitdaging voor drinkwaterbedrijven: mensen zijn niet waar ze gebruikelijk zijn en het gedrag in waterverbruik verandert. Dit geldt zowel voor het totale verbruik, als voor het patroon gedurende de dag en de geografische spreiding.

Door middel van een digitale tweeling willen we zicht krijgen op hoe deze veranderingen zich voltrekken. Bijvoorbeeld door aan de hand van mobiele telefoongegevens (en eventuele andere aanvullende data) van de afgelopen maanden zicht te krijgen op de aanwezigheid van mensen thuis en/of op bepaalde verbruikspunten. Met deze informatie is het mogelijk de watervraag beter te modelleren.

De watervraag hangt ook af van veranderingen in het waterverbruikend gedrag als gevolg van de coronamaatregelen. Wanneer mensen meer thuis zijn, gaan ze bijvoorbeeld op andere momenten douchen of de wasmachine gebruiken. En bij de droogte gaan ze waarschijnlijk vaker de tuin sproeien. In dit geval zijn ook weersdata van belang voor de digitale tweeling.

Het kan best zijn dat veranderingen in aanwezigheid en gedrag ook na de versoepeling van de coronamaatregelen aanhouden. Het thuiswerken zal waarschijnlijk meer gangbaar zijn dan voorheen. Daardoor zullen watervraagpatronen op werkdagen ook op lange termijn anders blijven. Digitale tweelingen zijn daarom nuttig voor drinkwaterbedrijven om hierop te kunnen anticiperen.

Digitale tweeling voor Eindhoven

In het voorgaande project Digital twin demonstrator (BTO 2020.029) zijn de eerste stappen gezet in de ontwikkeling van een digitale tweeling van het drinkwaterleidingnetwerk van Eindhoven. Mobiele telefoongegevens zijn gebruikt om inzicht te krijgen in de aanwezigheid van mensen in een gebied (op uur- en dagbasis). Op basis daarvan is de watervraag (per uur en per dag, voor verschillende soorten dagen: reguliere-, vakantie- en warme dag) gemodelleerd en daarmee de prestatie (volumestromen en druk) van het leidingnet bepaald.

In dit project willen we dit uitbreiden door het:

  • verzamelen van mobiele telefoongegevens en eventueel aanvullende data om de aanwezigheid van mensen in verschillende (deel)gebieden te bepalen gedurende de lockdown, zomerperiode en najaar van 2020;
  • verzamelen van metingen van waterverbruik in dezelfde periode;
  • modelleren van het industrieel en niet-huishoudelijk verbruik en het effect van droogte op de watervraag;
  • modelleren van de watervraag en prestatie van het leidingnet voor de reguliere situatie, de lockdown (voorjaar), zomer en het najaar van 2020.

Prestatie leidingnetwerk onder bijzondere omstandigheden

Doel van het project is dat drinkwaterbedrijven op basis van een digitale tweeling van een drinkwaterleidingnet zicht krijgen op de effecten van droogte en situaties buiten het historisch bereik, zoals de coronamaatregelen, op de watervraag – absolute stijging of daling, geografisch verdeling en spreiding van in de tijd – en de prestatie van het leidingnetwerk. Hiermee kunnen mogelijke knelpunten worden geïdentificeerd, zoals zones met te lage druk.

Daarnaast is een digitale tweeling bruikbaar om mogelijke verbeteringen in de operatie en/of het ontwerp van leidingnetwerken te toetsen en kan het voor allerlei scenariostudies worden ingezet.

De verwachte opbrengsten van dit project zijn:

  • Vaststelling meerwaarde van verschillende databronnen (bijvoorbeeld vakantiespreiding van het CBS, verkeersdata van Rijkswaterstaat of gebruik van het OV) om de aanwezigheid van mensen in een gebied (en daardoor de watervraag) te bepalen.
  • Inzicht in het modelleren van de watervraag voor situaties buiten het historisch bereik.
  • Uitbreiding van de digitale tweeling (ontwikkeld in het project Digital twin demonstrator, BTO 2020.029) om het niet-huishoudelijk verbruik en het effect van droogte te modelleren.
  • Effect van coronamaatregelen, lange termijn gedragsveranderingen en droogte op de watervraag en drukverdeling voor Eindhoven (voortbouwend het project Digital twin demonstrator, BTO 2020.029).