Innovatives Staudamm- und Wasserkraftprojekt gewinnt den Publikumspreis bei der ersten Future Infrastructure Star Challenge von Bentley Education

Bestätigung der technischen Machbarkeit und Skalierbarkeit des nachhaltigen Staudamms mithilfe von PLAXIS für die geotechnische Planung und Analyse.

Bekämpfung der Wasserknappheit und der globalen Energiekrise

Im Rahmen des Bentley Education-Programms, das junge Menschen dazu inspiriert, Infrastrukturen zu modernisieren und Kompetenzen im digitalen Bereich zu entwickeln, hat Bentley Systems die erste Future Infrastructure Star Challenge ins Leben gerufen. Dabei werden Studierende aufgerufen, ein innovatives Infrastrukturprojekt zu konzipieren, bei dem ein globales Umweltproblem mithilfe der Anwendungen von Bentley angepackt wird. Für das Programm wurden 144 Einsendungen aus über 60 Ländern registriert. 10 Finalisten wurden ausgewählt, um ihre Konzeptideen zu entwerfen und der Öffentlichkeit sowie einem mit Experten besetzten Bewertungsgremium vorzustellen. Rodman Raul Cordova Rodriguez, der an der Päpstlichen Katholischen Universität von Rio de Janeiro an seiner Promotion in Geotechnik arbeitet, erhielt den mit 2.000 USD (ca. 1.767 EUR) dotierten Publikumspreis für seinen innovativen Projektentwurf zum Bau eines Staudamms als Antwort auf die Wasserknappheit und die globale Energiekrise.

„Mehr als 3 Millionen Menschen haben keinen Zugang zu Wasser, und mehr als 2 Milliarden leben mit extremem Wassermangel“, erklärte Cordova Rodriguez. Bei der aktuellen Nutzungsrate könnten bis zum Jahr 2025 66 % der Weltbevölkerung unter Wasserknappheit leiden. Die anhaltende Energiekrise und der Klimawandel verschlimmern diese Bedingungen noch weiter. Da sowohl der Energie- als auch der Wasserverbrauch weiterhin um das Vier- bzw. Neunfache des Bevölkerungswachstums steigen, werden sich die Auswirkungen auf die Gemeinden und auf unsere Umwelt nur noch verschlimmern, und es wird immer kostspieliger werden, diese Auswirkungen zu bekämpfen. Inspiriert von diesen alarmierenden Fakten, wollte Rodriguez eine Infrastruktur implementieren, die für eine saubere Energieerzeugung und eine bessere Wasserversorgung sorgt.

Konzeptualisierung einer skalierbaren und nachhaltigen Lösung
 
Cordova Rodriguez, der Geotechnik studiert, schlug eine Lösung vor, bei der Erdreich und Dämme überwacht werden, um Hydroelektrizität – eine erneuerbare Energiequelle – zu erzeugen und gleichzeitig zur Speicherung von Trinkwasser beizutragen. „Ich hatte eine innovative Idee für einen nachhaltigen Erddamm, bei dem Asphalt aus recyceltem Kunststoff für den Kern des Damms verwendet wird“, berichtete Cordova Rodriguez. Als duktiles und viskoelastisches Kunststoffmaterial bietet Recycling-Asphalt eine Abdichtung, die Versickerung des Wassers durch den Kern des Damms verhindert und kann Verschiebungen und seismische Lasten ausgleicht, die zur Bildung von Rissen führen könnten. Der Asphaltkern sorgt für nahezu ideale Rahmenbedingungen, da er über die gesamte Lebensdauer des Damms flexibel, strapazierfähig und wasserdicht bleibt.

Durch die Wiederverwendung und das Recycling von Materialien erzeugt der Damm auf nachhaltige, kosteneffiziente, sichere und zuverlässige Weise saubere Energie aus Wasserkraft, wobei die natürlichen Ressourcen geschützt und wirtschaftliche Skalierbarkeit erreicht werden. Durch die Integration von skalierbarer Technologie in Form von Sensoren und dem Internet der Dinge (IoT) kann der Staudamm von Rodriguez in benachteiligten Gebieten eingesetzt werden, wo er benötigt wird, um Wasserknappheit zu bekämpfen und zu vermeiden. Gleichzeitig kann er dort zur Stromerzeugung beitragen und so einen positiven Beitrag zur Gesundheit der Gemeinden leisten.

Planung und Ausführung einer innovativen Staudamm-Infrastruktur

„Ich habe PLAXIS-Software für die geotechnische Modellierung und Analyse verwendet und auch, um die unterschiedlichen Arten von Informationen über mein Projekt zu verarbeiten“, so Cordova Rodriguez. Mit PLAXIS Designer erstellte Rodriguez ein 3D-Modell der Erdstruktur mit einer Kronenlänge von 200 Metern und einer Höhe von 58 Metern. Dieses Modell exportierte er nach PLAXIS 3D, wo er ein Grundwassermodell erstellte, um die Versickerung des Damms zu analysieren. Zudem erstellte er ein Modell zur Hangstabilität, um die strukturelle Integrität des Damms und der Hänge des Staubeckens zu analysieren und zu sicherzustellen. Einige Querschnitte des Damms wurden dann mit PLAXIS 2D analysiert, um die Sicherheit der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Hänge des Damms zu bestimmen.

Mithilfe der PLAXIS-Anwendungen von Bentley überprüfte Cordova Rodriguez die technische Machbarkeit, Skalierbarkeit und Langlebigkeit der innovativen Damm-Infrastruktur. Die Ergebnisse der technologischen Analyse zeigten, dass Recycling-Asphalt wie gewünscht funktioniert und wenig bis gar keine Wartung erfordert. „Ich bin sehr zufrieden mit meinem Projekt, denn es hat sich gezeigt, dass es mithilfe von Technologie – in diesem Fall der PLAXIS-Software von Bentley – technisch machbar ist“, so Cordova Rodriguez. Sein Damm-Infrastrukturprojekt kann Wasserkraft erzeugen und die globale Energiekrise und den Wassermangel auf nachhaltige, umweltfreundliche und gleichzeitig auch wirtschaftlich effiziente Art und Weise angehen.

Vorantreiben der Digitalisierung zur Verbesserung von Energieerzeugung und Wasserversorgung

Die PLAXIS-Anwendung von Bentley erleichtert die Integration von geotechnischen Felddaten und dem Internet der Dinge (IoT), wobei interne und externe Sensoren wie Sickerwassermonitore, Eckreflektoren und eine Wetterstation auf dem Damm zur Messung und Überwachung verschiedener Parameter eingesetzt werden. Diese Parameter reichen von Wasserdruck und -verdrängung bis hin zu Feuchtigkeit, Bodenfeuchte und Windgeschwindigkeit. Außerdem gehören zum Staudamm auch Luftsensoren zur Feststellung schädlicher Gase sowie eine Drohnenstation, die mit der Wetterstation und den Staudammsensoren verbunden ist. Wenn der Wasserstand im Staubecken niedrig ist, können Drohnen eingesetzt werden, um künstliche Niederschläge aus den Wolken zu erzeugen.

Alle von den Sensoren gesammelten Daten werden in Echtzeit über eine 5G-Verbindung an das Rechenzentrum gesendet, um sie mit Nutzern, Eigentümern, öffentlichen Einrichtungen und lokalen Behörden in einer webbasierten Umgebung zu teilen. Die digitale Plattform bietet einen sicheren Zugang rund um die Uhr und zudem auch Warnmeldungen für eventuelle Probleme sowie eine automatische Berichterstellung. „Im Hinblick auf die Technologie ist die Skalierbarkeit dieses Projekts enorm“, so Cordova Rodriguez. Es kann in jedem Gebiet mit Wassermangel umgesetzt werden. Durch den Einsatz fortschrittlicher Geräte für digitale Planung, Ausführung und Überwachung hat Cordova Rodriguez eine konzeptionelle Lösung zur Verbesserung der Wasserversorgung und der Energieerzeugung vorgelegt – beides Herausforderungen, die, wenn sie nicht sofort in Angriff genommen werden, für zukünftige Generationen ein noch schwerwiegenderes und kostspieligeres Problem darstellen werden, das es zu lösen gilt.

Weitere Informationen: www.bentley.com