Die digitale Energiewende gestalten

Moderne Testumgebung für Funktions- und Beitragsstudien

Die Digitalisierung verändert alle Bereiche unseres Lebens, unserer Wirtschaft und unserer Gesellschaft. Nicht zuletzt im Energiesystem nehmen digitale Technologien schon seit Jahren eine zentrale Rolle ein – insbesondere im Bereich der erneuerbaren Energien. Mit der Studie "Digitalisierung des Energiesystems -14 Thesen zum Erfolg" positioniert sich das Fraunhofer Cluster CINES zur Digitalisierung des Energiesystems. Das Exzellenzcluster CINES ist ein Zusammenschluss unterschiedlicher Fraunhofer-Institute und adressiert die zentralen technologischen und ökonomischen Herausforderungen der Energiewende und bündelt so die Kompetenzen der Institute für angewandte Energieforschung der Fraunhofer Gesellschaft.

Ziel der im September 2022 veröffentlichten Studie, bei dem neben dem Fraunhofer IEE auch die Fraunhofer-Institute ISE, SIT, ISI, und IOSB mitgewirkt haben, war im ersten Schritt die Analyse der aktuellen Trends in den Bereichen Energie und Digitalisierung und die Bestimmung des aktuellen Stands der Digitalisierung im Energiesystem. Darauf aufbauend wurden in Zusammenarbeit mit internen und externen Expert*innen 14 Thesen aufgestellt, die auch konkrete Handlungsempfehlungen für Akteure im Energiesystem und die Politik enthalten.

Die Thesen der Studie sind in fünf Schwerpunkte gegliedert, die sich aus einer Analyse der relevantesten Trends der Energiesystemtransformation und der Digitalisierung ergeben: Datenökonomie, Sektorenkopplung, Anlagenkommunikation, Netzplanung und Netzbetrieb, Cybersicherheit. Die vorliegende Studie will so einen Beitrag zur Weiterentwicklung der Digitalisierung im Energiesystem leisten, um die klimaneutrale Energiewirtschaft mit digitalen Werkzeugen bestmöglich zu etablieren.

14 Thesen zur Digitalisierung des Energiesystems

Datenökonomie

Mit rasant steigenden Datenmengen gewinnt das ökonomische Potenzial von Daten immer mehr an Relevanz – die sogenannte Datenökonomie. Fortschreitende technische Möglichkeiten zur Messung, Speicherung und Analyse von Daten befeuern Geschäftsmodelle, die auf Daten basieren. Der souveräne Umgang mit Daten und die dezentrale Datenspeicherung kann über sogenannte Datenräume dabei weiter gewährleistet werden. Das ermöglicht den Einsatz von innovativen Methoden der künstlichen Intelligenz innerhalb der kritischen Infrastruktur und erlaubt eine enorme Effizienzsteigerung aller energiewirtschaftlichen Prozesse.

  • Der Marktwert von Energie hängt typischerweise stark von Unsicherheiten ab, die u.a. durch wetterbedingte Einspeisung hervorgerufen werden. Je mehr Daten und Informationen zur Verfügung stehen, desto besser können Unsicherheiten reduziert werden. Neben Unsicherheiten spielt die Herkunft von Energie zunehmend eine wichtige Rolle (grüne Eigenschaft). In beiden Fällen kann Energie mit zusätzlichen Daten wie dem richtigen Management unter Unsicherheiten oder der grünen Eigenschaft an Wert gewinnen.

  • Effektive, zielorientierte Digitalisierung soll nicht vorhandene Prozesse automatisieren, sondern führt zu einer neuen Prozesslandschaft und wandelt dabei Wertschöpfungsketten in Wertschöpfungsnetzwerke um. Neue Geschäftsmodelle in der Energiewirtschaft müssen konsequent digital gedacht werden und insbesondere die Nutzer:innen aktiv mit einbeziehen.

  • Resiliente Energieversorgung in einem digitalisierten Energieversorgungssystem muss auch die Abhängigkeiten, die IKT-Komponenten mit sich bringen, vollständig betrachten. Als Folge müssen diese im ersten Schritt vor allem bei kritischen Prozessen den Akteur:innen transparent werden. Anschließend sollten ggf. identifizierte singuläre Abhängigkeiten entweder gelöst werden, oder alternativ über eine globale Diversifizierung beendet werden. Die Abhängigkeit von Basis-IKT- Komponenten (Hard- und Software) aus Nicht-EU Ländern muss daher abgebaut werden.

Sektorenkopplung

Die digitale Sektorenkopplung ist ein weiterer relevanter Bereich, in dem die Digitalisierung in der nahen Zukunft an Bedeutung gewinnt. Dabei sind insbesondere Power-to-Mobility, Power-to-Heat und Power-to-Gas/H2 zu nennen. An diesen Koppelpunkten der Sektoren muss die Digitalisierung eine (noch) stärkere Rolle für die Systemintegration einnehmen, für die die digitalisierte Steuerung von zentraler Relevanz ist.

Anlagenkommunikation

Essenziell für die Digitalisierung der Energiewirtschaft ist weiterhin die Anlagenkommunikation. Dabei sind vorrangig zwei Bereiche interessant. Einmal die technische Ebene, also die Kommunikation von Gerätedaten mit und über das Smart-Meter-Gateway, und zum anderen die regulatorische Ebene zur Kommunikation von Daten zwischen einzelnen Marktakteuren im liberalisierten Energiemarkt.

Ditigalisierter Netzbetrieb

Diese Form der Kommunikation ist eng verschränkt mit dem zunehmend digitalisierten Netzbetrieb – der auch aufgrund der steigenden Komplexität vermehrt eine digitale Netzplanung benötigt. Die Digitalisierung hat in den verschiedenen Netzebenen deutlich an Fahrt aufgenommen und wurde speziell in den Höchst- aber auch Hochspannungsnetzen umgesetzt. Dieser Trend muss in die unteren Spannungsebenen fortgesetzt werden, um das Netz mit Systemdienstleistungen zu unterstützen.

Cybersicherheit

Die Cybersicherheit ist der letzte in der Studie adressierte Bereich, der aktuell stark im Fokus des digitalisierten Energiesystems steht. Da die Versorgungssicherheit eine der relevantesten Zielgrößen der Energiepolitik ist, ist eine Betrachtung von Cybersicherheit für ein digitalisiertes Energiesystem unumgänglich. Dabei reicht ein Fokus auf die reine Abwehr von Angriffen für die weitere Betrachtung nicht aus. Vielmehr muss die Möglichkeit von Störungen und Schwachstellen beim Design von Systemen berücksichtigt werden.

  • Die Betrachtung des digitalisierten Energiesystems als eine Infrastruktur, die nur ausreichend geschützt werden muss, greift zu kurz. Vielmehr muss allen Akteur:innen deutlich werden, dass ein vollständiger Schutz bei dieser Komplexität nicht mehr umsetzbar ist. Das digitale Energiesystem der Zukunft muss also in der Lage sein mit Fehlern und Störungen umzugehen

  • Durch die Digitalisierung werden Energienetze und Kommunikationsnetze immer stärker miteinander verknüpft. Dadurch hängt deren Zuverlässigkeit auch direkt voneinander ab. Die Anforderungen an eine zuverlässige Energieversorgung müssen somit auch auf die Kommunikationsinfrastrukturen abgeleitet werden, mit der sie betrieben werden.