Smart Energy

Smart Energy: Energiewelt im Umbruch

Die Energiebranche erlebt einen tiefgreifenden Veränderungsprozess. Denn Digitalisierung, Dezentralisierung, Demokratisierung und Dekarbonisierung beeinflussen alle Teile ihrer Wertschöpfungskette, mit weitreichenden Auswirkungen auf Technologien, Arbeitsabläufe und Geschäftsmodelle.

Smart Energy, Smart Grid, Smart Power, Smart Home, Smart Cities – das „clevere“ Adjektiv hat nicht nur weite Bereiche unseres täglichen Lebens infiltriert, es spielt auch in der Energiebranche eine entscheidende Rolle. Doch vom Schlagwort bis hin zur Realisierung ist der Weg steinig und weit. Denn Data Analytics, künstliche Intelligenz (KI) und Co. haben ihren Hype-Status zwar verloren, von Selbstläufern kann jedoch nicht die Rede sein.

Dabei ist der Einsatz von KI im Energiesektor nicht neu. Schon 2011 starteten das deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die AGT Germany und die Seeburger AG zusammen mit den Stadtwerken Saarlouis das Projekt „Peer Energy Cloud“. Die intelligente Verarbeitung des Stromverbrauchs einzelner Steckdosen in Privathaushalten sollte den Lastfluss optimieren und in dem so genannten „Micro Grid“ einen virtuellen Markplatz für den Stromhandel installieren. Eine Flut von Nachahmern hat dieses Projekt jedoch bislang nicht ausgelöst.

Das zeigt auch eine Studie des Verbandes Kommunaler Unternehmen (VKU) und des BET Büros für Energiewirtschaft vom November 2019. Von den 58 befragten Versorgungsunternehmen haben nur dreizehn Prozent bereits begonnen „Smart-Grid-Projekte“ umzusetzen, bei sieben Prozent steckt man noch im Planungsstadium.

Smarte Infrastruktur Fehlanzeige

Überhaupt sind weltweit 99 Prozent der Infrastrukturen nicht „smart“, wie Cedrik Neike, CEO von Siemens Smart Infrastructure, kürzlich in einem Interview mit dem Online-Angebot SmarterWorld äußerte. Das sei aber die Voraussetzung, um den Themen Ressourceneffizienz, Dekarbonisierung oder Umweltverträglichkeit in Zukunft Herr zu werden.

Schließlich sollen bereits 2050 siebzig Prozent der 9,7 Milliarden Erdenbewohner in Städten leben, so die UNO. Über ein Drittel des Energieverbrauchs entfällt dann auf die Gebäude. Zudem speist sich der ständig steigende Gesamtenergieverbrauch bis 2035 zur Hälfte aus erneuerbaren Energien unzähliger kleiner Erzeuger.

Schon jetzt aber müssen Nachfrage und Angebot im Stromnetz ständig ausgeglichen werden. In Zukunft wird diese komplexe Aufgabe wegen der zunehmenden Einspeisung regenerativer Energien nur noch mit intelligenten Energienetzen zu bewältigen sein. Dieses „Internet der Energie“ arbeitet mit modernsten Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sowie Messeinrichtungen von der Erzeugung bis hin zum Verbrauch. Auf Kundenseite erledigen das die intelligenten Stromzähler (Smart Meter) und im nächsten Schritt ebenso elektrische Verbraucher, die etwa erst bei einem Überangebot an Strom selbständig ihren „Job“ beginnen.

Wachstumsmarkt Energie

Bis dahin gibt es noch eine Menge zu tun. Das ist die schlechte Nachricht. Die gute ist: „Smart Energy“ entpuppt sich als sehr lukrativer Markt. Cedrik Neike, CEO von Siemens Smart Infrastructure, prognostizierte in dem Interview mit „SmarterWorld“ für den globalen Kernmarkt im Bereich Smart Infrastructure einen Umfang von ca. 150 Milliarden Euro per annum. Das jährliche Wachstum sieht er im niedrigen einstelligen Prozentbereich. Dabei sollen „verteilte Energiesysteme und Energiespeicher“ um je zehn Prozent steigen, die Infrastruktur für die Elektromobilität um dreißig Prozent in den nächsten fünf Jahren.

Nach einer Studie des Verbandes kommunaler Unternehmen (VKU) vom Oktober 2019 müssen allein in Deutschland die Verteilnetzbetreiber bis 2030 etwa sieben Milliarden Euro in den Aufbau von Smart Grids investieren, um mit dem Energienetz für die „Wende“ gerüstet zu sein.

Vorzeigeprojekt Aspern Smart City

Wohin die Reise in Zukunft geht, kann man vor den Toren Wiens schon jetzt erleben. Das Vorzeigeprojekt Aspern Smart City (ASCR) – Träger des World Smart City Awards 2016 - realisiert mit realen Endkunden technische Lösungen für die neue Energiewelt. Sie alle basieren auf modernsten Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) mit geeigneten Big-Data-Modellen.

So steht in Aspern zum Beipiel mit dem „Green House“ das weltweit erste Passivhaus-Plus Studentenwohnheim. Es produziert seinen eigenen Strom, prognostiziert wann die Bewohner duschen, speichert überschüssige Energie für kältere Tage und handelt am Regelenergiemarkt. Und das vollkommen selbständig. Das spart nicht nur Energie und damit Geld, die Strombörse verspricht sogar Gewinne.

In der kommenden Projektphase „ASCR 2023“ stehen insgesamt 17 neue „Use Cases“ im Zentrum der Forschungstätigkeiten. Darunter eine Reihe von Anwendungen zum Thema Elektromobilität. Etwa das Laden von Autobatterien durch den Einsatz dezentraler erneuerbarer Energien. Auch können künftig Fahrzeuge abhängig vom aktuellen Energiepreis und Nutzerverhalten automatisch „betankt“ (Smart Charging) werden. Und in einem weiteren Schritt speisen Autobatterien dann bei Bedarf Strom ins Netz ein – „Vehicle to Grid“.

Predictive Maintenance spart Geld

Ein weiterer spannender ASCR-Forschungsgegenstand ist der Einsatz digitaler Gebäudezwillinge. Diese virtuellen Abbilder liefern permanent aktuelle Zustände realer Gebäudeeinheiten, Anlagen oder Areale. Etwa als Grundlage für eine vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance). Einer Umfrage von Sopra Steria Consulting zufolge sahen im Jahr 2017 sechzig Prozent der Energieversorger genau darin den zentralen Nutzen künstlicher Intelligenz.

Energiewende mit Blockchain

Je mehr Haushalte Ökostrom selbst produzieren, desto mehr verschwimmen die Grenzen zwischen Erzeugern und Verbrauchern. Letztere nehmen dann als so genannte „Prosumer“ aktiv am Energiemarkt teil und erzeugen kleinste Energieflüsse, die zu geringen Transaktionskosten verwaltet werden müssen. Gleichzeitig bilden sich neue, kundenzentrierte Vertriebsmodelle heraus. Dadurch gewinnt das Thema Blockchain - einer Studie von Detecon zufolge – in der Energiewirtschaft deutlich an Gewicht. Denn die vor allem im Kontext der Kryptowährung Bitcoin bekannte Technologie verspricht direkte Interaktionen zwischen Akteuren ohne Drittinstanzen bei gleichzeitig absoluter Datensouveränität. So können zum Beispiel Prosumer ihren erzeugten Solarstrom unkompliziert und sicher untereinander handeln.

Ebenso lassen sich via Blockchain Transaktionen zwischen Ladesäule und Stromabnehmer automatisieren. So genannte „Smart Contracts“ gestalten bereits die Prozesse des Anbieters zwischen Laden und Bezahlen deutlich effizienter und günstiger. Die Mehrzahl der Detecon- Studienteilnehmer erwartet die Marktreife der Technologie allerdings erst in den nächsten fünf Jahren.

Keine digitale Strategie ohne Sicherheitsstrategie

Last but not least unterliegt die Energieversorgung als kritische Infrastruktur schon immer hohen Sicherheitsanforderungen. Das schließt neben der Abwehr von Angriffen auf die IT-Infrastruktur (Security) und der Betriebssicherheit (Safety) auch den Datenschutz (Privacy) mit ein. Die zunehmende Vernetzung und Digitalisierung der Energiebranche führt nun zu einem deutlichen Anstieg der Gefährdungslage und damit der Anforderungen an die Sicherheit. Schließlich stellt schon jeder „smarte“ Stromzähler in den Haushalten ein potenzielles Einfallstor dar.