SAMSON’s digitale Lösung für Fernwärme, Wärmeversorgung & Wärmenetze auf Basis von AWS

von Jonas Theiss, Michael Schöbel (SAMSON), Volker Deppe und Daniel Lemke (AWS)

Das Unternehmen

SAMSON ist ein Erstausrüster für die Prozessautomation und als globale Organisation in rund 40 Ländern mit mehr als 4500 Mitarbeitern und mehr als 50 Tochtergesellschaften vertreten. Das Unternehmen stellt vor allem Mess- und Regeltechnik für die Prozessindustrie her und hat sich auf den Bau von Regelventilen spezialisiert. Ein Regelventil ist besonders für hydraulische Regelungsaufgaben (Druck-, Kraft-, Momentregelung, Lageregelung) geeignet. Speziell für die Fernwärme- und Gebäudeautomation fertigt SAMSON Regler, Ventile, elektrische Antriebe, Sensoren und intelligente Lösungen zur Optimierung von Heizungs- und Lüftungsanlagen.

Die besondere Herausforderung

Durch die sich ändernden Energie- und Rohstoffkosten, turbulente Immobilien- und Wohnungsmärkte, als auch die verschärften Richtlinien zur Einhaltung von Umweltauflagen, ist der Markt für Fernwärme und Gebäudeautomation derzeit besonders unbeständig. Vor diesem Hintergrund konzentrieren sich Unternehmenskunden, wie zum Beispiel lokale Energieversorger, Wohnungsbaugesellschaften und Hausverwaltungen, zunehmend auf Initiativen, um den Fernwärmebetrieb noch effizienter zu gestalten. Eine wichtige Forderung der Energieversorger und Wohnungsbaugesellschaften ist hierbei die Verbesserung der Transparenz, um den Energieverbrauch der Kunden zu optimieren, sowie dadurch potenziell die Verbrauchs- als auch die Produktionskosten zu senken.

Um diesem Problem zu begegnen, suchen Energieversorger und Wohnungsbaugesellschaften nach digitalen Lösungen, die ihnen dabei helfen, ihre bestehenden Anlagen mit Echtzeitdatenerfassung und -analyse zu verbinden.

Die Lösung

SAMSON bietet mit SAM DISTRICT ENERGY eine digitale Lösung für Energieversorger und Wohnungsbaugesellschaften an, die diese Herausforderung adressiert.

SAM DISTRICT ENERGY ist eine webbasierte Lösung für die Verwaltung, den Betrieb und die Optimierung von Heizungsanlagen. Alle wichtigen Daten von angeschlossenen Reglern, Verbrauchszählern, elektrischen Stellantrieben und Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) werden in der Anwendung gespeichert, weiterverarbeitet und analysiert. Mit Hilfe von maschinellem Lernen (ML) werden die so gewonnenen Informationen genutzt um die gesamte Verteilung der Fernwärme zu optimieren. Das spart Brennstoffkosten und erhöht den Komfort Zuhause.

Einige der implementierten Funktionen sind:

• Automatische Erstellung von Vergleichsrechnungen für verschiedene Gebäude (Benchmarks)
• Ferneinstellung der Heizcharakteristik an kalten Tagen
• Koordinierung von Serviceeinsätzen
• Überwachung heterogener Wärmeerzeugersysteme, wie z.B. Blockheizkraftwerke, Holzpelletbrenner
• Dezentrales Pufferspeichermanagement zur Sicherstellung einer effizienten Nutzung der Ressourcen
• Generierung und Auslösung von Alarmmeldungen in Abhängigkeit von individuellen Schwellenwerten
• Datenaustausch im Querverkehr ohne aufwändige Verkabelung

Warum ist das für die Kunden von SAMSON wichtig?

„Durch den Einsatz von SAM DISTRICT ENERGY auf AWS konnten unsere Kunden ihre Wärmeverluste um bis zu 15% Prozent reduzieren. Mit AWS können wir unseren Kunden Echtzeitinformationen zur Verfügung stellen, die es ihnen ermöglichen, ihr Wärmenetz als transparentes Echtzeitnetz zu optimieren. Jetzt können die Energieversorger besser planen und die Ressourcen in unsicheren Zeiten nachhaltiger nutzen“, sagt Dr. Nicola Kleppmann, Geschäftsführerin von SAMSON KT-Elektronik.

Von Einsparungen der Energieversorger und Wohnungsbaugesellschaften profitieren am Ende auch die Mieter und Eigentümer. Durch den schonenden Umgang mit Ressourcen heizt man nicht nur nachhaltiger, sondern spart auch Geld. Insbesondere können dadurch die Nebenkosten, die in den vergangenen Jahren angestiegen sind, durch innovative Lösungen wieder gesenkt werden.

Bild 1: Benutzeroberfläche von SAM DISTRICT ENERGY

Warum Amazon Web Services (AWS)? Architektur und Umsetzung

Bei der Entwicklung von SAM DISTRICT ENERGY waren mehrere Faktoren wichtig: Die Lösung musste robust, skalierbar und sicher sein. SAMSON war zudem wichtig, auch die Flexibilität und Portabilität der Lösung aufrechtzuerhalten, um zum Beispiel auch Hybride oder reine On-Premises Bereitstellungen von SAM DISTRICT ENERGY ohne größere Anpassung von Architektur und Abläufen zu ermöglichen. Des Weiteren war es wichtig, dass die darunterliegenden Service- und Infrastrukturkomponenten mit Standards wie zum Beispiel der ISO 27001 kompatibel sind, der wichtige Anforderungen an die Sicherheit von Informationssystemen stellt. Abschließend war die breite Palette verfügbarer AWS-Dienste ein wichtiger Faktor, insbesondere fanden die Dienste Zustimmung, die wenig Verwaltungsaufwand verursachen und es SAMSON ermöglichen, sich auf Innovationsthemen sowie die Optimierung der eigentlichen Anwendung zu konzentrieren.

Eine Übersicht der verwendeten AWS-Dienste findet sich im folgenden Diagramm:

Bild 2: Architekturdiagramm von SAM DISTRICT ENERGY

Die Lösung nutzt Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) um die benötigen Compute Ressourcen skalierbar und flexibel zur Verfügung zu stellen. Für die Datenhaltung wird Amazon Simple Storage Service (S3), Amazon Elastic File System (EFS) sowie Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) verwendet. Mit Hilfe von Amazon S3 kann SAMSON hierbei beliebige Datenmengen für praktisch jeden benötigten Anwendungsfall sicher speichern. Amazon RDS wird als verwalteter Service verwendet um das Einrichten, Betreiben und Skalieren der benötigten PostgreSQL-Datenbank zu vereinfachen. Für Amazon EFS wurde sich aufgrund der Möglichkeit von EFS, bei Bedarf automatisch weiteren Speicherplatz zur Verfügung zu stellen und diesen auch wieder zu reduzieren, entschieden. Des Weiteren wird Amazon ElastiCache  mit Redis Kompatibilität als vollständig verwalteter In-Memory-Caching verwendet, um die Anwendungs- und Datenbankleistung zu beschleunigen. Mit Amazon Timestream, einer schnellen, skalierbaren Serverless-Zeitreihendatenbank, erhält die SAMSON AG die Kapazität- und Leistungsreserven, die für die Verarbeitung der Sensordaten dringend benötigt wird. Gleichzeitig muss sich SAMSON nicht um die Verwaltung der zugrundeliegenden Infrastruktur kümmern.

Neben der genannten Compute- und Storage-Dienste verwendet die Lösung außerdem Amazon Location Service, welcher Standortfunktionalität wie Karten, Points of Interest, Geocodierung, Routing, Tracking und Geofencing zu SAM DISTRICT ENERGY hinzuzufügen, während Sicherheit, Datenschutz der Benutzer und Datenqualität gewährleistet sind. Weitere eingesetzte Dienste sind Amazon Simple Queue Service (SQS), Amazon Simple Notification Service (SNS), sowie auch Amazon Simple Email Service (SES), die dabei helfen wichtige Funktionalitäten von SAM DISTRICT ENERGY wie z.B. die Benachrichtigung der Kunden und die Weiterleitung der zur Auswertung benötigten Gerätedaten ermöglichen. Zur Überwachung der Anwendung sowie zur Authentifizierung der Nutzer verwendet SAMSON Services wie Amazon CloudWatch, AWS IAM und AWS IAM Identity Center. Als vollständig verwaltete Dienste reduzieren diese den Verwaltungsaufwand an das Betriebsteam auf ein Minimum.

Abschluss

Durch die Verwendung der genannten AWS-Dienste ist SAMSON in der Lage, einen effizienten und verlässlichen Betrieb der Anwendung mit minimalen Ressourceneinsatz sicherzustellen. Das SAM DISTRICT ENERGY Team kann notwendige Anpassungen effizient und automatisiert bereitstellen und auch in Zukunft auf Leistungs- und Skalierungserfordernisse flexibel und schnell reagieren. Bislang wurden bereits 65.000 Überwachungsgeräte, die auf AWS laufen, über SAM DISTRICT ENERGY in Deutschland, Österreich und der Schweiz angebunden.

Für den Projektleiter von SAM DISTRICT ENERGY, Jonas Theiss, war unter anderem die Einfachheit und Effizienz der durch AWS bereitgestellten Services der Hauptgrund für die schnelle Umsetzung des Projekts: “Mit AWS und der Beratung durch AWS Solutions Architects erhielten wir eine optimale Cloud-Infrastruktur, die viele „Best Practices“ durch entsprechende Konfiguration ohne Mehraufwand abdeckt.“