Interview

Philipp Richard:

Wege in ein dezentrales

Energiesystem

Zur Person

Der Wirtschaftsingenieur Philipp Richard ist Leiter des Arbeitsgebiets Digitale Technologien und Netzwerke bei der Deutschen Energie-Agentur GmbH (dena). In dieser Funktion verantwortet er unter anderem das „Future Energy Lab“ der dena, das Pilotierungslabor für digitale Technologien in der Energiewirtschaft. Er war verantwortlich für das Projekt „EnerKI – Einsatz künstlicher Intelligenz zur Optimierung des Energiesystems“, in dessen Rahmen unter anderem die dena-Studie „Künstliche Intelligenz – vom Hype zur energiewirtschaftlichen Realität“ entstand.

Die dena ist ein bundeseigenes Unternehmen, das sich als Kompetenzzentrum für Energieeffizienz, erneuerbare Energien und intelligente Energiesysteme mit Pilotprojekten, Studien, Plattformen und Initiativen auf die Energiewende und Klimapolitik konzentriert. Seit ihrer Gründung im Jahr 2000 hat die dena über 1.500 Projekte gestartet.

Essential

In der Energiewirtschaft befindet sich der Einsatz von Algorithmen in vielen Wertschöpfungsstufen im Aufbau beziehungsweise ist bereits etabliert. Im Energiehandel etwa werden bereits seit Langem mit Algorithmen Preisentwicklungen unter Berücksichtigung von Wetterdaten oder bisherigen Verbrauchsdaten prognostiziert, die auch zunehmend intelligenter werden. Philipp Richard weist darauf hin, dass so bereits neue innovative Produkte an den Strombörsen entwickelt werden konnten, die einen inzwischen deutlich kurzfristigeren Handel ermöglichen. Dies bereite den Markt auf die stark fluktuierende Stromerzeugung der erneuerbaren Energien durch eine weiterhin stark anwachsende Anzahl an Erzeugern vor.

Nur mit Digitalisierung sei die Komplexität eines dezentral gesteuerten Energieflusses handhabbar zu halten. Der Einsatz von KI könne helfen, bestehende Prozesse effizienter zu gestalten, und gleichzeitig Potenzial für neue Geschäftsmodelle bieten. Als Einsatzbeispiel von KI-Methoden nennt Richard die vorausschauende Wartung, mit der Energieanlagen nicht mehr nach erfahrungsbasierten Routinen, sondern mithilfe von Sensorik anlassbezogen gewartet werden können.

 

Richard weist darauf hin, dass auch künftig die Versorgungssicherheit des zunehmend integrierten Energiesystems gewährt werden müsse, was ein anderes Risikomanagement, das digitale Informationssysteme mit einbezieht, nötig mache. Digitale Technologien wie Blockchain und Künstliche Intelligenz könnten dabei unterstützen, mit den neu auftretenden Aspekten einer dezentralen Energiewirtschaft sicher umgehen zu können.

Die Pilotprojekte des von Richard geleiteten Future Energy Labs adressieren die Herausforderung, die durch den Umbruch der Energiesysteme weltweit entsteht. Das Lab soll dort aktiv werden, wo seitens der sehr heterogenen Marktteilnehmer nicht eigenständig und übergeordnet nach gemeinschaftlichen Lösungen gesucht wird. Als Beispiel hierfür nennt Richard die Entwicklung eines Machine Identity Ledgers, mit dem jede Anlage im Energiemarkt eine Identität erhalten und so die Entwicklung neuer, digitaler Geschäftsmodelle unterstützen soll. Die Entwicklung der digitalen Identität sollte dabei den Ansprüchen verschiedener Marktakteure aus der Branche entsprechen.

Als weiteres Beispiel nennt Philipp Richard das CO2-Datendemonstrator-Pilotprojekt, an dem acht deutsche Kommunen mitwirken. Hier werden auf einer bestehenden Datenplattform Daten zusammengeführt, mit denen sich der CO2-Fußabdruck von Kommunen detailliert darstellen lässt. Die Kommunen sollen hiermit politische Entscheidungen mit Blick auf die Pariser Klimaziele besser begründen und die gesellschaftliche Akzeptanz für die Thematik erhöhen können. Auch geht es darum herauszufinden, wie die gesammelten Daten der Kommunen zusätzlichen Mehrwert stiften können. Der Einsatz von KI-gestützten Auswertungsund Analysemethoden kann dabei künftig eine wichtige Rolle spielen.

Die Pilotprojekte des Future Energy Labs werden von der Vision eines dezentral geführten Energiesystems geleitet, das laut Richard eine dezentral ausgerichtete Steuerung benötige. Das Lab will Akteure damit ermutigen, Veränderungsschritte in diese Richtung schneller zu gehen.

Empfohlener redaktioneller Inhalt

An dieser Stelle finden Sie einen externen Inhalt von YouTube, der den Artikel ergänzt. Sie können ihn sich mit einem Klick anzeigen lassen und wieder ausblenden.

Interview

Wege in ein dezentrales Energiesystem

  • Wo sehen Sie die vielversprechendsten Entwicklungspfade für Künstliche Intelligenz für die Energiewende?
  • Philipp Richard: Statt bereits unmittelbar von Künstlicher Intelligenz zu sprechen, beziehe ich mich im Energiebereich zum jetzigen Zeitpunkt lieber auf die Entwicklung von leistungsstarken Algorithmen, die mit sehr vielen Daten umgehen können, und zwar mit einer Effizienz, die wir Menschen allein nicht mehr leisten könnten. Im Energiehandel beispielsweise versucht man seit ein, zwei Jahrzehnten mit Rechenleistung und Algorithmen die Preisentwicklung an den Strombörsen vorherzusagen, indem man Wetterdaten, die bisherige Preisentwicklung sowie aus Verbrauchsdaten abgeleitete mögliche Versorgungsengpässe berücksichtigt. Damit wurden bereits neue, kleinteiligere Stromprodukte entwickelt und ein kurzfristiger Handel ermöglicht. Das ist mit Blick auf den ganzen Umbau des Energiesystems eine wichtige Entwicklung. Aufgrund der erneuerbaren Energien ist künftig eine stark fluktuierende Stromerzeugung zu erwarten, die eine stärkere Anpassung der Nachfrage an die Erzeugung erfordert.
  • Inwieweit spielt Künstliche Intelligenz bei diesen stark fluktuierenden Energiemengen eine Rolle?
  • Philipp Richard: Wir haben jetzt schon mit weit über einer Million Erzeugern zu tun, wenn wir alle Solar-, Wind-, Aufdach-, Klein- und Großanlagen berücksichtigen. Wir müssen damit umgehen können, wenn diese Assets an verschiedenen Stellen in Deutschland unterschiedlich viel Strom erzeugen und konventionelle Kraftwerke für die Zeit, in der die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht, nicht mehr zur Verfügung stehen. Das ist nur mit Automatisierung wie beispielsweise dem Einsatz smarter Algorithmen möglich. Wir haben also gar keine Alternative, die Komplexität eines dezentral getriebenen Energieflusses künftig ohne Digitalisierung handhabbar zu halten.

So wird künftig nicht nur die physische Übertragung von Energie, sondern auch der digitale Informationsfluss für die verlässliche Steuerung des sektorübergreifenden Energiesystems von übergeordneter Bedeutung sein. Echtzeitinformationen zu aktuellen Verbräuchen in den verschiedenen Sektoren schaffen dabei wichtige Freiheitsgrade, um das System im Gleichgewicht zu halten und zu optimieren. Eine zentrale Frage ist momentan zum Beispiel auch, inwieweit sich durch eine deutlich erhöhte digitale Informationslage und Steuerung von Lastflüssen die Netzauslastung im Stromsystem weiter erhöhen und dadurch der Umfang des nötigen Netzumbaus und Netzausbaus begrenzen lässt. Die Digitalisierung kann somit auch dazu beitragen, bestehende Systeme zu optimieren.

  • In welchen Bereichen der Energiewirtschaft kann Künstliche Intelligenz noch eine wichtige Rolle im Sinne der Nachhaltigkeit spielen?
  • Philipp Richard: KI-Methoden werden bereits in fast allen Wertschöpfungsstufen der Energiewirtschaft erprobt. Wir unterteilen die digital geprägte Energiewirtschaft in zwei unterschiedliche Stufen: die Dateninfrastruktur bestehend aus Datenerzeugung und Datenübertragung, die Daten-Governance, wozu wir unter anderem Themenfelder wie Datenökonomie, Datenhandel, Datenspeicherung und Datenanalyse zählen. Auf allen Ebenen können Algorithmen und KI eingesetzt werden.

Ein bereits etabliertes Anwendungsfeld bei Energieunternehmen ist zum Beispiel der Einsatz von KI für Predictive Maintenance, das heißt die Staffelung der Wartungszyklen von Anlagen auf Basis von digitalem Monitoring. Dabei werden die Anlagen nicht wie in der Vergangenheit nach bestimmten erfahrungsbasierten Routinen gewartet. Vielmehr wird eine Windanlage genau dann unter die Lupe genommen, wenn sie über ihre Sensorik Auffälligkeiten auf eine Leitwarte spiegelt. Beispielsweise wird angezeigt, dass sie unrund läuft oder nicht die erwartete Leistung liefert. Diese Form der situationsbezogenen Wartung ist unmittelbar mit einem finanziell großen Optimierungspotenzial verbunden, was somit in vielen Unternehmen ein nachvollziehbarer Treiber für Fortschritt ist.

Algorithmen-gestütztes Risikomanagement

Von übergeordneter Bedeutung ist, dass wir künftig das gleiche Niveau an Systemsicherheit gewährleisten, wie wir es aus den letzten Jahrzehnten gewohnt sind. Dafür sollten wir auch die Diskussion führen, wie sich das Risikomanagement erweitern muss, um die Perspektive der IT adäquat einzubeziehen. Wir werden Datensätzen und darauf aufbauenden Algorithmen künftig zunehmend vertrauen müssen. Die Basis für Zutrauen und Akzeptanz ist zunächst ein breiter Wissenszuwachs. Darüber hinaus werden Prüfroutinen und ein Plausibilitätscheck für die Algorithmen sowie die Qualität der eingesetzten Daten eine bedeutende Rolle einnehmen.

  • Im Energiemarkt zeigt sich ja ähnlich wie bei der Telefonie, dass die Verantwortung in Richtung Endnutzer verschoben wird. Wenn jetzt immer mehr Anlagen beim Endnutzer steuerbar werden, die in seiner unmittelbaren Verantwortung auch geführt werden, wie jetzt mein Router hier, ist das ja etwas anderes, als wenn ich über einen einfachen Telefonanschluss verfüge …
  • Philipp Richard: Das ist ein wichtiger Punkt und eine Idee, um das Energiesystem weiterzuentwickeln. Hier sagt die etablierte Branche nicht ganz zu Unrecht: Wer ist denn in Zukunft bei diesem Modell für den sicheren Betrieb des Stromsystems verantwortlich? Aktuell sind es die Netzbetreiber, die mit dem Instrument des Bilanzkreismanagements Energieversorgungsunternehmen einen Teil der Aufgabe übertragen. Bilanzkreise waren in der Vergangenheit deutlich einfacher zu bewirtschaften, da diese in ihrer Art der Zusammensetzung weniger komplex waren. Künftig werden Bilanzkreise voraussichtlich deutlich verschiedenartiger, sodass die Bewirtschaftung erst mal aufwendiger wird. Die Digitalisierung stellt Instrumente bereit, die der Komplexität entgegenwirken können, indem mithilfe von Automatismen Optimierungspotenziale angeboten werden. An diesem Punkt befinden wir uns.
  • Kann eine intelligente Steuerung diese zunehmende Diffusion von Verantwortung auffangen?
  • Philipp Richard: Zum Teil bestimmt. Werden die Bilanzkreise komplexer, brauchen wir effektivere und effizientere Instrumente, um den Aufwand für die Bewirtschaftung im Griff zu behalten. Menschliche Optimierung stößt hier an ihre Grenze und wird durch künstlich intelligente Algorithmen ersetzt – so der Plan der Unternehmen, die an diesen Geschäftsmodellen arbeiten. Blockchain-Technologie beispielsweise kann dezentrale Strukturen transparent und unveränderbar abbilden. Das unterstützt den Aufbau von Vertrauen und schafft eine effektive Basis, auf der ein von Künstlicher Intelligenz durchdrungener Anwendungsfall zum Tragen kommen könnte, indem etwa die Echtheitsnachweise der Daten zur Optimierung der Künstlichen Intelligenz über die Blockchain verankert werden.
  • 1
  • vorwärts

Future Energy Lab

  • Was ist Ihre Rolle im Future Energy Lab: Steht hinter den Pilotprojekten zu „CO2-Datendemonstrator“, „Machine Identity Ledger“ und dem „Smart Contract Register“ eine bestimmte Vision? Sind die Projekte mit einer bestimmten Vorstellung verbunden, wie in zehn Jahren zum Beispiel der Energiemarkt aussehen wird oder wie sich im Jahr 2030 die Energieversorgung verändert haben sollte?
  • Philipp Richard: Mit dem Future Energy Lab arbeiten wir auf eine konsequent digital gestützte Energiewende hin. Dabei wird Digitalisierung als ein eigenständiger und unverzichtbarer Bereich des Energiesystems im Wandel betrachtet, der einer eigenen und von Daten getriebenen Verwertungslogik folgt und auf Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Klimaschutz einzahlt.
  • Das Future Energy Lab stellt Ihr Programm also mit Blick auf die Klimakrise auf?
  • Philipp Richard: Ja, natürlich! Es steht ja fest, welchen CO2-Ausstoß wir uns noch leisten können, um die Klimaziele noch erreichen zu können, und welche große Bedeutung es für uns als Menschen hat. In fast allen Ländern wurden in der Vergangenheit Strukturen aufgebaut, die auf wenige zentrale Kraftwerke im Gigawattbereich zurückgreifen. Und viele von ihnen stellen jetzt ebenfalls auf Millionen von Erzeugern im Kilowatt- und Megawattbereich um, die auf erneuerbaren Energien beruhen. Dafür ist in der Branche und auch in der allgemeinen Öffentlichkeit, zumindest in Deutschland, nach meinem Gefühl inzwischen eine ausreichend große Überzeugung vorhanden. So wird die Digitalisierung zu einem Muss und das Future Energy Lab soll dazu einen Teil beitragen.
  • Kommt der neue Schwung eher aus der Forschung, aus Start-ups oder muss der Staat mit dem Lab die Entwicklung von Prototypen stark anschieben, weil das Interesse in der traditionellen Energiewirtschaft zu gering ist?
  • Philipp Richard: Das Skalierungspotenzial der Märkte tritt vielfach erst dann in Erscheinung, wenn die Verlässlichkeit des Produkts praktisch schon erwiesen ist. Das hat weniger etwas mit traditioneller und junger Wirtschaft zu tun, mehr mit Prinzipien. Deshalb sollten wir – wie auch andere Labs, Inkubatoren und Investoren – insbesondere bei Schnittstellenprodukten erste Schritte unterstützen, die der Markt zwar benötigt, aber nicht eigeninitiativ entwickelt. Ich glaube aber auch, dass im Kontext des Datenaustauschs Marktanreize wichtig werden, um die Geschwindigkeit von Transformations- und notwendigen Lösungsprozessen deutlich zu erhöhen. Diese Diskussion kommt in der Energiebranche bisher zu kurz. Zudem besteht im Energiesystem die besondere Herausforderung, dass der Transformationsprozess in geregelten Bahnen laufen muss, um die Systemsicherheit zu jedem Zeitpunkt zu erhalten.
  • Sie haben es auf dem Energiemarkt mit Oligopolen zu tun. Funktionieren hier die Marktkräfte wirklich so, wie Sie sich das wünschen?
  • Philipp Richard: Es gibt Eintrittsbarrieren, das steht außer Frage. Daher ist das Lab auch der Versuch, hier zu einer Antwort beizutragen. Es gibt unumstritten auch weiße Flecken, also Marktfelder, die durch die bestehenden Akteure im Markt nicht unmittelbar angegangen werden, weil etablierte Geschäftsbereiche noch ausreichend viel Deckungsbeitrag abwerfen. Aber es gibt auch Kippmomente, die dazu führen, dass die etablierte Branche auf neue Konzepte umschwenkt. In der Regel kennt sie diese strategischen Zeitpunkte recht gut und verfügt dann über die Marktkraft, um eine erhebliche Beschleunigung herbeiführen zu können. Andererseits gibt es auch Beispiele, in denen die etablierte Branche durch neue Akteure ersetzt wird. Auch das zeichnet die Wirtschaft aus.
  • Was wäre denn zum Beispiel ein weißer Fleck?
  • Philipp Richard: Das Machine Identity Ledger, das wir erstellen, ist schon recht kompliziert. Jede Anlage im Energiemarkt soll hierdurch eine digitale Identität erhalten. Sozusagen einen Anker, den das Energiesystem von morgen braucht. Eine Anlage, die in unterschiedlichen Geschäftsmodellen platziert werden kann, muss künftig eindeutig digital identifizierbar sein. Da bin ich mir nicht ganz sicher, ob der Markt diesen Anker, der sowohl den regulatorischen als auch den verschiedenen Marktakteuren gleichermaßen zusagt, entwickeln könnte, ohne dass eine Zwischeninstanz wie das Lab hier vermittelt und zusammenführt. Nicht, dass wir die Expertise hätten, die technische Entwicklung besser zu machen – das ist nicht unser Ziel. Der entscheidende Punkt ist, das Handwerk zu verstehen, Akteure zusammenzuführen und unterschiedliche Perspektiven transparent zu machen und zu erklären.

CO2-Mapping in Kommunen

  • War die Motivation für das CO2-Datendemonstrator- Pilotprojekt ähnlich, also dass Sie erwartet haben, dass der Markt nicht alleine in der Schnelligkeit eine entsprechende Lösung entwickeln wird?
  • Philipp Richard: Wir wollten zunächst herausfinden, woran der Datenaustausch zu CO2-Emissionsdaten mit oder ohne Datenplattformen überhaupt scheitert. Wir sind zu dem Ergebnis gekommen, dass dieser entweder deshalb nicht stattfindet, weil die Daten gar nicht existieren oder nicht erhoben werden. Es wurden also die technischen Voraussetzungen nicht geschaffen, weil der Mehrwert der Datenerhebung noch nicht erkannt wurde oder es an den notwendigen Ressourcen mangelte. Oder es ist regulatorisch nicht erlaubt, Daten zu teilen. Damit sind wir bereits deutlich näher an den Lösungsoptionen, die Bereitstellung und den Austausch der Daten zu verbessern.
  • zurück
  • 2
  • vorwärts
  • Was machen Sie konkret?
  • Philipp Richard: Mit dem CO2-Datendemonstrator-Pilotprojekt bauen wir mithilfe des IT-Dienstleisters enersis eine Datenplattform auf, die verschiedene Daten zusammenführt, mit denen sich der CO2-Fußabdruck von Kommunen darstellen lässt. Dabei stehen die Daten in einem ersten Schritt nur den jeweiligen Kommunen zur Verfügung und werden nicht mit Dritten geteilt.
  • Welche kommunalen Entscheidungen sollen mit dem CO2-Datendemonstrator-Pilotprojekt vorbereitet werden? Geht es um Gebäude-Sanierungsprogramme oder um Entscheidungen, welche Energiequellen künftig bevorzugt genutzt werden?
  • Philipp Richard: Ja, dadurch werden politische Entscheidungsräume der Kommunen verbessert. Auf kommunaler Ebene sind die Interessen andere als auf Bundesebene: Die Bedürfnisse der Bürgerinnen und Bürger sind konkreter, politische Maßnahmen sollen aber dennoch auf die Klimaziele einzahlen. Es gibt zum Beispiel eine Diskussion um eine Schwimmbadsanierung, um eine neue Beleuchtung in der Fußgängerzone, um eine Umgehungsstraße oder um Sensorik für die Erfassung von CO2-Daten. Es mangelt heute in der Breite noch am Verständnis, welche Potenziale in bestimmten Maßnahmen stecken. Wenn man sich erst einmal ein gutes Abbild über Daten erarbeitet hat, kann dies einen erheblichen Beitrag zu diesem Verständnis leisten.
  • Welche Kommunen machen mit? Sind es Kommunen, die den Klimanotstand ausgerufen oder einen Klimaschutzplan erarbeitet haben?
  • Philipp Richard: Wir haben für den CO2-Datendemonstrator im vergangenen Frühjahr einen Aufruf gestartet und dabei viele Kommunen in Deutschland direkt angesprochen, um sich bei uns zu bewerben. Auf Basis der eingegangenen Bewerbungen haben wir uns anschließend für acht Städte entschieden. Wir wollten eine möglichst hohe Diversität hinsichtlich Größe, Region und städtespezifischer Eigenheiten erreichen. Aber entscheidend war das Engagement der Städte, sich in dem Vorhaben aktiv zu beteiligen und die eigene Kommune in eine klimafreundliche Richtung entwickeln zu wollen.
  • Welche Daten kommen auf die Plattform und wer betreibt die Plattform? Ist das der IT-Dienstleister oder die Stadt?
  • Philipp Richard: Enersis hat über ein Ausschreibungsverfahren den Zuschlag bekommen und betreibt die Plattform für Kommunen. Inhaltlich gab es die Vorgabe, ein CO2-Äquivalent zu errechnen, also Daten einzuspielen, die dazu beitragen, den CO2-Fußabdruck der Kommune unter anderem aus den Bereichen Strom, Verkehr und Landwirtschaft zu ermitteln. Jede Stadt hat ihren eigenen Zugang zu dem Portal, in das sie die Daten einpflegt. Die Daten werden dann nach einem Qualitätsindex erfasst und das CO2-Äquivalent in den unterschiedlichen Sektoren berechnet. Der Datenqualitätsindex spiegelt die Aussagekraft der Daten wider. Wenn man beispielsweise genau gemessene Daten eingibt, haben diese eine sehr große Aussagekraft. Das ist natürlich mit dem höchsten Aufwand verbunden, weil man dafür in Sensorik investieren muss.
  • Wo sind die Ansatzpunkte, um Datenaustausch generell zu befördern?
  • Philipp Richard: Es geht in unserem CO2-Datendemonstrator-Projekt genau darum, das herauszufinden. Gemeinsam mit den Städten, die im Projekt beteiligt sind, sammeln wir gerade praktische Erfahrung, indem wir mit ihnen in den Austausch gehen, ihnen eine Software an die Hand geben, um Daten in eine Visualisierungs- und Rechensoftware einzuspielen. Und dann beobachten und dokumentieren wir in einem ersten Schritt, wo es Schwierigkeiten gibt und was den Städten besonders leichtfällt.

Wir wollen herausfinden, wo sich Genauigkeit lohnt. So können wir den Städten auch ein Stück helfen zu erkennen, wo es sehr sinnvoll ist, in den Aufbau digitaler Infrastruktur zu investieren. Das ist vielfach dann der Fall, wenn die Datensätze mehrfach nutzbar sind. Es versteht sich von selbst, dass der Wert des Datensatzes somit höher ist. Alternativ kann künftig auch darüber nachgedacht werden, ob der Datensatz einer Stadt mit sehr ähnlichen Strukturen übernommen wird, ohne zusätzliche große Investitionen tätigen zu müssen. Der Kauf eines Datensatzes kann deutlicher günstiger sein als der Aufbau einer eigenen Struktur, um den Datensatz zu erheben. Der Fehler, das heißt die Abweichung vom Realwert, muss dann im Toleranzbereich liegen und den Datenqualitätsindex negativ beeinflussen. Das ist eine wichtige Diskussion, weil zumeist hohe Investitionen hinter diesen Digitalisierungsvorhaben stecken und die Entwicklung auch dadurch ins Stocken geraten kann, da Kommunen nicht unbegrenzt viel Geld zur Verfügung haben.

  • Welche Rolle spielt jetzt hier KI?
  • Philipp Richard: Aktuell noch keine große, denn für den Einsatz von KI braucht es in einem ersten Schritt eine ausreichende Datenbasis, mit der die Optimierungsaufgabe angegangen werden kann. Es steht fest, dass bei vorliegender dynamischer und vielleicht auch deutlich aktuellerer Datenlage der Raum zur Optimierung deutlich zunimmt und die Lösungsvielfalt zeitlich effektiv und hinsichtlich ihrer Komplexität besser durch computergestützte Verfahren aufgebaut werden kann. Die Masse der zu berücksichtigenden Daten ist enorm.
  • Wird denn vorausschauend verhindert, dass es neue digitale Riesen geben wird, die mit ihren Datenplattformen bestimmen, wie der Energiemarkt funktioniert? Wird darauf geachtet, dezentrale Strukturen zu fördern und die Data Governance daraufhin abzustimmen?
  • Philipp Richard: Der Plattformgedanke erzeugt bei mir persönlich ein sehr starkes Bild von einem zentralen Ort, an dem alle Daten liegen und jeder diese frei nutzt. Und ich glaube, das geht auch vielen anderen Personen so. Unsere Vision geht aktuell stärker in eine andere Richtung. Jeder Endnutzer, in diesem Fall die Kommune, hält die Daten dezentral und entscheidet selbstbestimmt und auf Anfrage, ob Datensätze Dritten zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann der Datensatz theoretisch auch mit einem zeitlich begrenzten Nutzungsrecht versehen werden. Das sind Zukunftsbilder, die ich mir persönlich auch für die Energiebranche sehr wünsche. Sonst gibt es aus meiner Perspektive kein ausreichendes Gleichgewicht zwischen dem Wert der Datensätze und den Kosten, die für die Erhebung aufzubringen sind.
  • zurück
  • 3
  • vorwärts

Die Vision vom dezentralen Energiesystem

  • Sie geben mit Ihrer CO2-Map den Kommunen ein neues Steuerungsinstrument an die Hand. Gleichzeitig arbeiten Sie mit der Blockchain-Technologie an einer neuen Basisinfrastruktur für Anwendungen im Energiebereich, wie beispielsweise dem Handel. Welche Vision steht hinter diesen Projekten?
  • Philipp Richard: Die Vision, die wir uns vor Augen halten müssen, ist ein stark dezentral geprägtes Energiesystem, dessen Steuerung sehr wahrscheinlich – zumindest teilweise – dezentraler erfolgen wird. Wenn es sehr viele unterschiedliche Energieerzeuger und Energieverbraucher dezentral geben wird, wird es aus unserer Perspektive für die Effektivität sehr wichtig sein, auch die digitale Steuerung dezentral zu denken. Es scheint wenig Sinn zu machen, wenn auf der einen Seite das digitale Steuerungssystem ausschließlich zentralisiert agiert, aber gleichzeitig physisch eine sehr dezentrale Struktur vorherrscht.
  • Versuchen Sie mit den Prototypen des Labs Handlungsräume zu schaffen, indem Sie Machbarkeit demonstrieren, um zu ermutigen?
  • Philipp Richard: Ja, es geht darum, Brücken zu bauen. Wir haben viele Gespräche mit der Politik – es wird gefragt: Soll das Machine Identity Ledger das neue Marktstammdatenregister werden? Nein, absolut nicht, aber es unterstützt das bestehende System. Wir haben das Ziel, dabei zu helfen, das Register auf ein neues Niveau zu heben und damit den Marktakteuren zu helfen, ohne die jetzigen Funktionen zu unterwandern. Dabei haben wir einen hohen Vermittlungsbedarf, um sehr sachlich klarzustellen, dass wir alle die gleichen Ziele verfolgen. Und es geht natürlich auch um alte und neue Rollen.
  • Wie meinen Sie das?
  • Philipp Richard: Jedes bestehende Unternehmen und auch jede Behörde hat eine Position auf dem Markt und vertritt Services und Produkte, von denen sie selbst absolut überzeugt ist. Deswegen wird man sich auch nicht so schnell davon trennen. Gleichzeitig steht im Raum, dass es in Zukunft andere Schwerpunkte und Ziele zu setzen gilt. Das ist kein einfacher Weg und es ist schon sehr schwer, allen gerecht zu werden. Klar ist: Es wird Veränderungen geben müssen und im Markt wird es Gewinner und Verlierer geben.
  • Die Frage ist, wie man potenziellen Verlierern, die wahrscheinlich die größten Widerstände erzeugen, Wege aufzeigen kann, sich schnell genug zu verändern. Nehmen Sie diese Herausforderung vor allem als Kommunikationsaufgabe wahr?
  • Philipp Richard: Wir dürfen nicht unterschätzen, dass Wissen im Bereich der Digitalisierung die Grundvoraussetzung dafür ist, Veränderungsschritte zu gehen. Das Wissen über Digitalisierung in der Breite und die damit verbundenen Chancen ist meiner Meinung nach noch nicht groß genug. Kommunikation spielt daher eine wichtige Rolle.
  • zurück
  • 4

Projekte

Future Energy Lab

Das 2020 eingerichtete „Future Energy Lab“ der dena entwickelt Lösungen für die Integration digitaler Technologien in ein klimakonformes Energiesystem. Als Thinktank für digitale Technologien und als Demonstrations- und Pilotierungslabor sollen die Chancen von digitalen Technologien für die nachhaltige Transformation des Energiesystems auf nationaler wie auch auf internationaler Ebene erprobt werden, was in verschiedensten Projekten Umsetzung findet:

Im Rahmen des Pilotprojekts „CO2-Datendemonstrator“ erfassen acht Städte digitale Informationen, um die Herkunft und Konzentration von CO2 in ihren jeweiligen Gebieten besser bestimmen zu können. Basierend auf den Daten kommt ein digitales Tool zum Einsatz, das zeigen soll, wo und wie CO2-Emissionen am effektivsten im urbanen Raum reduziert werden können.

Im Pilotprojekt „Machine Identity Ledger“ wird gemeinsam mit etablierten Akteuren der Energiewirtschaft sowie Start-ups aus der Blockchain-Szene ein digitales und dezentrales Verzeichnis für Geräte-Identitäten entwickelt, das komplementär zum intelligenten Messwesen die Integration der Millionen dezentralen Erzeugungsanlagen wie Wind- und Solaranlagen, aber auch E-Autos ins Energiesystem künftig ermöglichen soll. Ziel ist es, über eindeutige Identitäten die wachsende Zahl von Schnittstellen im Energiesystem miteinander zu verbinden und eine kosteneffiziente Koordination zu ermöglichen. Damit soll eine vertrauenswürdige und flexible digitale Kommunikation unter den vielen Marktrollen des Energiesystems ermöglicht werden. Smart-Meter-Gateways (SMGW) können hierbei als Vertrauensanker fungieren, da sie über ein Trusted Platform Module (TPM) verfügen, welches die Integrität der Hardware des SMGW überwacht. Zusätzlich können neben dem SMGW künftig Kryptochip-Module in die relevanten Stromerzeugungs-, Stromverbrauchs- und Stromspeichereinheiten von den Herstellern eingebaut werden. Derzeit gestalten sich die An-, Ab- und Ummeldeprozesse von Energieerzeugungs- und Energieverbrauchsanlagen noch sehr zeit- und arbeitsaufwendig. Ein Blockchain-basiertes dezentrales digitales Anlagen-Register kann die Basis bieten, um darauf aufbauende Wechselprozesse effektiver zu gestalten.

Das Projekt „Smart Contract Register“ soll dazu beitragen, dass digitale Identitäten von Anlagen künftig selbstausführend im Energiesystem agieren können. Es bildet die Grundlage dafür, dass digitale Vertragsbeziehungen standardisiert aufgesetzt und mit niedrigen Transaktionskosten durchgeführt werden können. Außerdem sollen Potenziale für das Standardisieren typischer Prozesse geprüft werden, wie etwa der Vertragswechsel bei der Stromlieferung, das Ladesäulenmanagement oder die Zertifikatsführung. Das Projekt fokussiert dabei in einem ersten Schritt das Ziel, ein Konzept zu erarbeiten, das den Einsatz von Smart Contracts für die Energiewirtschaft prüft und eine Pilotierung konzipiert.

Das Future Energy Lab betreibt zudem verschiedene Dialogformate für Akteure aus Digital- und Energiewirtschaft. Initiiert wurde das Lab vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). Grundlage für das Future Energy Lab ist die Blockchain-Strategie der Bundesregierung, welche die Erprobung von Blockchain- Technologien in Reallaboren vorsieht.

CO2-Mapping in Kommunen

KI-gestützte Analysemethoden können Städte und Kommunen dabei unterstützen, Klimaschutzmaßnahmen besser planen zu können. Hierfür müssen klimarelevante kommunale Daten erfasst, analysiert und dargestellt werden. Die ermittelten CO2-Emissionen können sektorenspezifisch dargestellt werden, auch lassen sich für jede Kommune CO2-Bilanzen erstellen. Überdies können geeignete Flächen für Photovoltaik- und Solarthermieanlagen mit KI-gestützten Analysemethoden identifiziert, die öffentliche Beleuchtung effizienter geregelt werden. Schließlich können künftige Entwicklungen simuliert werden, um kommunale Planungs- und Beteiligungsprozesse zu unterstützen und regionale Klimaziele zu erreichen.

Das Unternehmen enersis suisse AG berechnet regional und großflächig hierfür CO2e-Emissionen von Städten und Regionen und stellt sie in einer CO2-Mapping-Plattform für Kommunen dar. enersis-Geschäftsführer Thomas Koller erklärt: „Wenn Bürgermeister die Emissionen ihrer Stadt kennen, stellt sich schnell die Frage, wo man ansetzen kann, um klimaneutral zu werden: Beim Strom, beim Gas, bei der Wärme, den Gebäuden? Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien? Mit Verkehrsregulierung?“

In die Plattform für Kommunen fließen möglichst viele relevante Daten, etwa aus dem Energieatlas, dem Gebäudekataster, dem Solarkataster oder dem Stadtentwicklungsplan. Diese werden ergänzt um Energieverbrauchs- und -produktionsdaten, welche in der Regel der Energieversorger zuliefert. Koller: „Ohne Transparenz durch aktuelle Daten tappen wir im Dunkeln – und das bei unserer größten gesellschaftlichen Aufgabe. Wir updaten bei unseren Kunden aktuell das Bilanzjahr 2020. Allein wenn man nur die Darstellung an die Gegenwart heranrückt, entsteht ein großer Mehrwert.“

Im CO2-Datendemonstrator-Projekt des Future Energy Labs der dena arbeitet enersis daran, Verbrauchs- und Produktionsdaten von Energieversorgern in die Datenplattform einzuarbeiten, um laut Koller „an das Heute heranzukommen“. Es findet ein Mapping über ein standardisiertes Datenmodell statt. Acht Partnerstädte sind an dem Projekt beteiligt: Bottrop, Brandenburg an der Havel, Chemnitz, Dortmund, Gießen, Konstanz, Münster und Templin. Unabhängig von diesem Projekt nutzten Anfang 2021 bereits über 1.800 Kommunen die Plattform von enersis für ihre regionalen Energieplanungsaufgaben.

Die Plattform wird als Cloud-Modell in der Regel von enersis gehostet. Im Rahmen eines Projekts für das Umweltministerium von Schleswig-Holstein wurde die kommunale Plattform in Zusammenarbeit mit der HanseWerk AG erstellt und in einem Rechenzentrum unter Landeshoheit betrieben. Ziel des Projekts ist eine Schleswig-Holstein-weite CO2e-Bilanzierung, da die Menge der emittierten Treibhausgase die oberste Kennzahl für die Messung des Fortschritts zur Erreichung der Klimaziele ist. Hierfür wird für jede Kommune des Bundeslands eine CO2-Emissionsbilanz automatisiert berechnet. Auf Basis der CO2e-Entwicklung werden Klimaschutz-Maßnahmen simuliert.

Für einen ersten automatisiert erstellten Vorschlag eines Transformationspfads für eine Kommune werden beispielsweise die Zahl der Einfamilienhäuser, die Altersstruktur der Gebäude und der verbauten Heizsysteme berücksichtigt. Mit KI-gestützten Analysemethoden soll das Sanierungspotenzial des Gebäudebestands in einer Stadt identifiziert werden, wobei in das Modell Daten zu Baujahr, Sanierungszustand, den installierten Heizsystemen sowie Daten aus 3D-Modellen der Gebäudebestandsdaten einfließen sollen. Mit iterativen Schritten können Sanierungspotenziale und -kosten eines Gebäudes analysiert werden. Thomas Koller: „Das Potenzial lässt sich großflächig für Stadtteile sowie die gesamte Stadt ermitteln. Die Aussageunschärfe liegt pro Gebäude bei etwa einem Drittel. Diese wird aufgrund von Portfolio-Effekten allerdings gemittelt.“ Kommunen seien dann in der Lage, gezielter Förderprogramme aufzusetzen.

Aktuell arbeitet das Modell mit der Standardkennzahl CO2e pro Einwohner, da diese im nationalen und internationalen Berichtswesen genutzt wird. Möglicherweise wird diese Zahl künftig mit einer weiteren Klimakennzahl ergänzt. Thomas Koller: „Wir überlegen mit dem Start-up right.based on science, wie man das noch griffiger machen kann, also wie man die XDC-Gradzahl integrieren könnte.“ Ein weiteres Ziel besteht darin, nicht nur Emissionstrends abzubilden, sondern auch das Arbeiten mit einem bestimmten CO2e-Budget zu unterstützen: „Wie viel CO2e- Budget hat die Kommune noch übrig?“ Die Jahresbudgets können sowohl mit dem 1,5-°C-Ziel und dem 2-°C-Gradziel angegeben werden.

Literatur

Deutsche Energie-Agentur (2020): Vom Hype zur energiewirtschaftlichen Realität, https://www.dena.de/fileadmin/dena/Publikationen/PDFs/2020/dena_ANALYSE_Kuenstliche_Intelligenz_-_vom_Hype_zur_energiewirtschaftlichen_Realitaet.pdf

Deutsche Energie-Agentur (2020): Globale Trends der künstlichen Intelligenz und deren Implikationen für die Energiewirtschaft, https://www.dena.de/fileadmin/dena/Publikationen/PDFs/2020/dena-ANALYSE_Globale_Trends_der_kuenstlichen_Intelligenz_und_deren_Implikationen_fuer_die_Energiewirtschaft.pdf

Deutsche Energie-Agentur (2019): Künstliche Intelligenz für die integrierte Energiewende, https://www.dena.de/fileadmin/dena/Publikationen/PDFs/2020/dena-ANALYSE_Globale_Trends_der_kuenstlichen_Intelligenz_und_deren_Implikationen_fuer_die_Energiewirtschaft.pdf

Deutsche Energie-Agentur (2019): Blockchain in der integrierten Energiewende, https://www.dena.de/newsroom/publikationsdetailansicht/pub/blockchain-in-der-integrierten-energiewende/

Richard, P. (2019): Digitalisierung der Energiebranche: Warum sich tatsächlich viel ändert, Vortrag, solutions.hamburg 2019, https://innovation-implemented.com/vortrag-philipp-richard-dena-digitalisierung-der-energiebranche/

Zimmermann H. & Frank, D. (2019): Künstliche Intelligenz für die Energiewende: Chancen und Risiken, Germanwatch Hintergrundpapier, https://www.germanwatch.org/sites/germanwatch.org/files/K%C3%BCnstliche%20Intelligenz%20f%C3%BCr%20die%20Energiewende%20-%20Chancen%20und%20Risiken.pdf

Das Interview mit Philipp Richard führte die Journalistin Christiane Schulzki-Haddouti im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung beauftragten Publikationsprojektes zum Thema „KI und Nachhaltigkeit“. Die vollständige Publikation steht als PDF zum Download zur Verfügung.