Die Studie „Standards und Normen für die digitale Sektorenkopplung in Deutschland und Europa – Status quo und Handlungsbedarfe” skizziert den Weg zur All Electric Society (AES), den die Akteure aller Sektoren gemeinsam weiterentwickeln können. Im Auftrag der DKE vom Institut für Innovation und Technik (iit) in der VDI/VDE Innovation + Technik GmbH erstellt, untersucht die Studie die Herausforderungen und Chancen der digitalen Vernetzung verschiedener Energiesektoren.
Ein Interview mit Johannes Stein über die Bedeutung der Studie für die Energiewende und die Entwicklung hin zu einer AES.
Johannes Stein
DKE Experte All Electric Society
Interview mit Johannes Stein
DKE: Was ist die Intention der Studie und worum geht es dabei?
Stein: Die Studie basiert auf dem DKE Commitment 2030, das die Vision einer All Electric Society in den Fokus rückt. Ziel ist die umfassende Dekarbonisierung aller Energieanwendungen, wobei elektrische Energie die zentrale Rolle spielen wird. Die Dekarbonisierung betrifft nicht nur die Elektrizitätswirtschaft, sondern unsere gesamte Gesellschaft und Wirtschaft. Ein Kernaspekt ist die Sektorenkopplung, also die Einbeziehung verschiedener Energieträger und -sektoren wie Wasserstoff oder Wärme in die Optimierung des großen, vernetzten Gesamtsystems. Die Studie adressiert dabei drei wesentliche Punkte.
Erstens die Nutzung von Flexibilität. Aufgrund der fluktuierenden Erzeugung von Wind- und Solarenergie muss der Energieverbrauch flexibler gestaltet werden. Dies umfasst Lastverschiebungen und die Nutzung verschiedener Speichertechnologien. Zweitens die Notwendigkeit des Datenaustauschs. Für die sektorübergreifende Energieoptimierung ist ein effizienter Datenaustausch zwischen den Akteuren unerlässlich. Drittens neue Konzepte für den Datenaustausch. Die Studie untersucht verschiedene Ansätze zur Vereinfachung des Datenaustauschs und gibt Empfehlungen für deren Weiterentwicklung.
Ein besonderer Fokus liegt auf der Zusammenführung unterschiedlicher Domänen wie Energiewirtschaft und Informationstechnologie. Die Studie berücksichtigt dabei nicht nur die Elektrizitätswirtschaft, sondern auch Gas- und Fernwärmenetze. Sie untersucht die digitale Sektorenkopplung anhand von drei vereinfachten Use Cases, die unterschiedliche Ebenen der Energieoptimierung repräsentieren.
Der erste Use Case betrachtet die lokale Anwendung, beispielsweise in einem Haus oder Gebäude, wo verschiedene Energieverbraucher und -erzeuger wie Wallboxen, PV-Anlagen und Speicher intelligent vernetzt werden sollen. Der zweite Use Case fokussiert die regionale Anwendung, etwa in einem Industriegebiet oder Quartier, wo die Energieflüsse über mehrere Gebäude oder Anlagen hinweg optimiert werden. Der dritte Use Case adressiert die überregionale Ebene, bei der großräumig der Ausgleich von volatiler Stromerzeugung, -verbrauch -und -verteilungen betrachtet werden.
Diese drei Szenarien dienen als Ausgangspunkt für die weiteren Überlegungen zur digitalen Sektorenkopplung und zeigen die Komplexität und Vielfalt der Herausforderungen auf verschiedenen Ebenen auf. Ziel der Studie ist es, einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Aspekte zu geben und der Kommunikation zwischen Expert*innen unterschiedlicher Fachrichtungen eine gemeinsame Grundlage zu geben.
Use Cases: Ausgangspunkt für weiterführende Überlegungen zur Energieoptimierung
DKE: Welche Herausforderungen bei der Umsetzung der Sektorenkopplung und der All Electric Society werden durch die Studie adressiert?
Stein: Ein Hauptaspekt ist die Nutzung von Flexibilitäten, die für die Sektorenkopplung von entscheidender Bedeutung ist. Wir benötigen eine Energieoptimierung auf verschiedenen Ebenen, die in der Studie für die drei Szenarien veranschaulicht werden. Diese Use Cases bilden den Ausgangspunkt für weiterführende Überlegungen zur Energieoptimierung. Für den notwendigen Datenaustausch untersucht die Studie umfassend die vorgeschlagenen Lösungen wie Datenräume oder die Asset Administration Shell (AAS, dt. Verwaltungsschale). Dabei werden aktuelle Aktivitäten, Reifegrade und inhaltliche Schwerpunkte verschiedener Ansätze beleuchtet.
Eine große Herausforderung besteht darin, den Überblick zu behalten und zu erkennen, welche Lösungen wie kombiniert werden können, stehen doch die verschiedenen Ansätze teilweise auch im Wettbewerb zueinander, auch wenn wiederkehrende Grundprinzipien deutlich sind.
Studie zeichnet Gesamtbild und bringt unterschiedliche Fachbereiche zusammen
DKE: Welche Erkenntnisse der Studie führen zu neuen Handlungsempfehlungen oder was muss jetzt geschehen?
Stein: Die Studie basiert auf einer umfangreichen und offenen Quellenanalyse, was die Nachvollziehbarkeit der Empfehlungen und Darstellungen gewährleistet. Zudem fußt sie auf einem Workshop mit Expert*innen aus verschiedenen Domänen wie der Energiewirtschaft, Informationstechnik und Automation. Dies unterstreicht die Notwendigkeit interdisziplinärer Expertise in diesem Bereich. Die Studie bietet einen guten Überblick über aktuelle Entwicklungstendenzen, Ansätze und deren Reifegrade. Sie hilft dabei, ein Gesamtbild zu zeichnen, indem sie Expert*innen aus unterschiedlichen Bereichen die jeweils anderen Perspektiven näherbringt. Beispielsweise können Fachleute aus der Energiewirtschaft mehr über Datenräume erfahren, während IT-Fachleute die elektro- und energietechnischen Herausforderungen der Sektorenkopplung besser verstehen lernen.
Auch der Blick über den Tellerrand zu anderen Energieträgern wie Wärme- und Gasnetzen ist wesentlich. Obwohl diese nicht direkt zum Kerngebiet der DKE gehören, ist es für die Sektorenkopplung von großer Bedeutung, das gesamte Energiesystem für eine Optimierung zu betrachten.
Normung überzeugt in der Energiewirtschaft mit etablierten Konzepten
DKE: Welche Empfehlungen liefert die Studie in Bezug auf Datenquellen, Normung und zukünftige Projekte in der Energiewirtschaft?
Stein: Ein wesentlicher Punkt sind die konkreten Empfehlungen der Studie wie beispielsweise, die Zusammenarbeit zwischen Normungsgremien, Forschungsprojekten und Konsortien weiter zu intensivieren sowie die internationale Ausrichtung der Normung zu stärken und bewusst zu nutzen. Sie hebt außerdem die Bedeutung von Smart Metern als wesentliche Datenquelle hervor, ein Bereich, in dem DKE und VDE bereits sehr aktiv sind. Sie betont auch die Stärke der bestehenden Normung in der Energiewirtschaft, insbesondere die Bedeutung etablierter Konzepte wie dem Smart Grid Architecture Model (SGAM). Dies legt nahe, dass man vorhandene, bewährte Konzepte weiterentwickeln sollte, anstatt das Rad neu zu erfinden.
Wir sollten vorhandene und bewährte Konzepte weiterentwickeln, anstatt das Rad neu zu erfinden.
Datenräume vereinfachen den Datenaustausch zwischen den beteiligten Akteuren
DKE: Was sind die Chancen für Unternehmen bei der Nutzung von Datenräumen?
Stein: Die Chancen der Datenräume liegen in der Vereinfachung des Datenaustauschs zwischen verschiedenen Beteiligten. In Datenräumen einigt man sich in der Regel auf gemeinsame Semantiken und Datenmodelle, was den Datenaustausch weiter vereinfacht. Für Unternehmen bedeutet dies, dass sie Daten für übergeordnete, gemeinsame Use Cases einfacher bereitstellen können. Die Transaktionskosten der Kommunikation sinken, was die Realisierung von neuen Use Cases über Wertschöpfungsketten oder Prozesse hinweg erleichtert – ein besonders wichtiger Aspekt für die Sektorenkopplung und die Wirtschaft.
Ein konkretes Beispiel ist der Use Case lokaler Verbindungen im Haus: Hier interagieren verschiedene Systeme wie Energiemanagement, Wallbox, PV-Anlage und Speicher. Aktuell sind noch viele proprietäre Systeme im Einsatz, die häufig nicht miteinander kommunizieren können. Datenräume könnten den Austausch und die Nutzung gemeinsamer Semantiken fördern. Zudem sind viele Geräte heute bereits cloudbasiert. Datenräume können diese dezentralen, bereits in der Cloud vorhandenen Daten einfacher zusammenführen und austauschen und damit Energieeffizienz und Flexibilität in der Nutzung ermöglichen.
Es wird auch in Zukunft verschiedene Datenräume mit verschiedenen Konzepten geben
DKE: Und welche Herausforderungen müssen dafür noch bewältigt werden?
Stein: Die Herausforderungen liegen in der bestehenden Vielfalt unterschiedlicher Semantiken und Datenmodelle. Die Studie zeigt, dass es verschiedene Datenraumkonzepte gibt – wobei die Asset Administration Shell als eine Art spezieller Datenraum betrachtet werden kann. Diese Konzepte können sich ergänzen, stehen aber auch im Wettbewerb zueinander und haben unterschiedliche Reifegrade, die eher Entwicklungscharakter haben – eine Herausforderung für reale Umsetzungen. Es ist davon auszugehen, dass es auch in Zukunft verschiedene Datenräume geben wird, die auf unterschiedlichen technischen Konzepten basieren.
Das grundsätzliche Dilemma der Interoperabilität zwischen verschiedenen Akteuren bleibt bestehen, wenn wir verschiedene Anwendungen, Sektoren oder Energienetzen für gemeinsame Use Cases verbinden wollen. Innerhalb der Datenräume wird die Interoperabilität zwar vereinfacht, aber der Datenaustausch zwischen verschiedenen Datenräumen bleibt eine Herausforderung.
Eine Chance sehe ich darin, die generischen Datenraumkonzepte wie AAS, IDSA oder Gaia-X mit energiewirtschaftlichen Konzepten wie dem Smart Grid Architecture Model zusammenzubringen und energieträgerübergreifend zu nutzen. In der Normungsroadmap Wasserstofftechnologien wurden dazu bereits erste Vorschläge vorgestellt.
Asset Administration Shell als vielversprechendes generisches Modell
DKE: Welche Bedeutung hat dabei die Asset Administration Shell für die Sektehrenkopplung? Was resultiert daraus?
Stein: Die Asset Administration Shell, im Deutschen auch als Verwaltungsschale bekannt, ist ein standardisiertes digitales Modell, das im Rahmen der Industrie 4.0-Initiative entwickelt wurde. Obwohl es seinen Ursprung in der Industrie hat, ist es ein sehr vielversprechendes generisches, also allgemein anwendbares, Modell, das auch auf die Energiewirtschaft anwendbar ist.
Aktuell gibt es ein Konzept für einen digitalen Produktpass (DPP), der auf der AAS basiert und als DPP4.0 bezeichnet wird, um die Verbindung zur Industrie 4.0 zu verdeutlichen. Dieser digitale Produktpass befindet sich derzeit in der Konzeptionsphase. Die Verwaltungsschale (AAS) ist dabei ein möglicher Ansatz für die Umsetzung. Ich kann mir vorstellen, dass die verschiedenen Ansätze, die wir diskutiert haben, potenziell über den DPP semantisch vereinheitlicht werden könnten.
Digitaler Produktpass könnte den sektorübergreifenden Datenaustausch erleichtern
DKE: Wie könnte der digitale Produktpass als Weiterentwicklung der Verwaltungsschale zur sektorübergreifenden Datenkommunikation beitragen? Welche konkreten Schritte unternehmen Sie bereits in diese Richtung?
Stein: Wenn in Zukunft viele Produkte aus unterschiedlichen Sektoren einen digitalen Produktpass haben, der Daten und Informationen bereitstellt, fungiert dieser im Grunde als eine Art Selbstbeschreibung oder digitaler Zwilling – was ja der ursprüngliche Gedanke hinter der Verwaltungsschale war. Der digitale Produktpass könnte somit den ersten Schritt in diese digitale Welt darstellen und es erleichtern, Daten über verschiedene Sektoren hinweg auszutauschen.
Wir haben bereits ein vielversprechendes Pilotprojekt (DPP 4.0 zur PV-Anlagenregistrierung) das sehr gut zeigt, wie so etwas aussehen könnte. Dieses Projekt wurde in unserer, für alle offenen, Community Plattform (Standardization Community Map zur AES) vorgestellt und positiv diskutiert. Das Projektsoll nun weiterentwickelt werden. Die AAS selbst wird in der Studie als ein relativ ausgereiftes Konzept bewertet. Dies unterstreicht ihr Potenzial für die zukünftige sektorübergreifende Datenkommunikation und -integration.
Ergebnisse aus der Studie dienen als wesentliche Grundlage für weitere Arbeiten
DKE: Wie geht es jetzt mit den Erkenntnissen aus der Studie weiter?
Stein: Wir planen, intensiv mit den Ergebnissen der Studie weiterzuarbeiten. Die darin enthaltenen Empfehlungen werden weiter untersucht, bewertet und diskutiert, um daraus konkrete Aktivitäten abzuleiten.
Ein wichtiger Fokus liegt auf der Intensivierung der Zusammenarbeit zwischen konsortialer Spezifikation und eher internationaler ausgerichteter Normung. Zudem soll der AAS-Ansatz für die Energiewirtschaft weiter erforscht und Teilmodelle definiert werden, aus meiner Sicht eventuell auch in Verbindung mit dem DPP 4.0-Konzept.
Ein weiterer Ansatzpunkt ist die Suche nach Gemeinsamkeiten und Verbindungen zwischen den verschiedenen bestehenden Ansätzen, was ja gerade auch Aufgabe von Normung ist. Aufgrund der Heterogenität der Lösungen denke ich, dass die Use Cases der Sektorenkopplung so auszuarbeiten sind, dass sie in unterschiedlichen technischen Ausprägungen realisiert werden können. Dies scheint mir wichtig, da sich viele Lösungen noch in der Entwicklung befinden und wir daher Semantik, Datenraumlösungen und technische Kommunikationswege voneinander trennen müssen.
Ich denke, die Use Cases der Sektorenkopplung sind so auszuarbeiten, dass sie in unterschiedlichen technischen Ausprägungen realisiert werden können.
Wir wollen den Austausch zwischen verschiedenen Domänen, Sektoren und Rollen fördern
DKE: Gibt es bereits konkrete Prozesse, die angestoßen wurden, oder wie wird die Studie in die aktuelle Entwicklung einbezogen?
Stein: Die Studie dient als Informationsquelle für alle Expert*innen, die sich an der Weiterentwicklung beteiligen wollen.
Seit Anfang des Jahres verfügen wir über eine digitale Kommunikationsplattform, die Standardization Community Map zur AES (SCM AES), auf der diese Studie hinterlegt wird. Sie soll nicht nur einen Überblick bieten, sondern auch durch die Community kommentiert, ergänzt und weiterentwickelt werden. Expert*innen sind eingeladen, ihr Fachwissen einzubringen, um die Studie zu verbessern und zu aktualisieren. Konkret werden wir die Studie sowohl im öffentlichen Bereich zum Download anbieten als auch im gemeinsamen Entwicklungsbereich COLLABORATION zur weitergehenden Kommentierung und Bearbeitung zur Verfügung stellen. Wir ermutigen zur aktiven Mitarbeit im virtuellen Gremium „Digitale Sektorenkopplung“ (in COLLABORATION „Gruppe“ genannt).
In den kommenden Monaten planen wir weitere Aktivitäten, die auf der Studie aufbauen. Unser Ziel ist es, eine gremien- und organisationsübergreifende Community zu etablieren, die sich virtuell austauscht und gegenseitig unterstützt. Damit wollen wir den Austausch zwischen verschiedenen Domänen, Sektoren und Rollen fördern, die unterschiedliche Ansätze verfolgen und deren Wissensstände angleichen.
Letztendlich streben wir an, einen gemeinsamen Kristallisationspunkt zu schaffen, um die Zukunft der Sektorenkopplung so effizient und gründlich wie nur möglich weiterzuentwickeln.
DKE: Herzlichen Dank für das Gespräch.
Studie zur digitalen Sektorenkopplung in Deutschland und Europa
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Über Johannes Stein
Johannes Stein ist Dipl.-Ing Elektrotechnik und arbeitete vor seinem Engagement für die DKE viele Jahre in der Industrie. Bei der DKE ist er als Senior Principal Expert für horizontale Themenentwicklung in der All Electric Society (AES) zuständig. Sein Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Umsetzung von Normen im Kontext der Energiewende und der zunehmenden Elektrifizierung der Gesellschaft. Stein ist darüber hinaus ein national und international gefragter Experte für Normungsfragen im Bereich der AES.
Beitragsbild: Weissblick / Fotolia
Hinweis: Aussagen und Meinungen von Autor*innen und Gesprächspartner*innen müssen nicht gleichzeitig auch den Ansichten der DKE entsprechen. Mit dieser Plattform regen wir alle Lesenden zu einem freien Austausch und zu fachlichen Diskursen an.
Wir helfen Ihnen gerne weiter
Johannes Stein
DKE Experte All Electric Society
E-Mail: dke-community@vde.com
Marcus Krause
DKE Community Manager
E-Mail: dke-community@vde.com
Eine Antwort
Dank an die Autoren der Studie Peter Gabriel, Dr. Matthias Künzel, Dr. Axel Mangelsdorf und Daniel Schöllhorn vom Institut für Innovation und Technik (iit) in der VDI/VDE Innovation + Technik GmbH in Berlin.
Dank auch an Christian Gasche für dieses Interview.
Herzliche Einladung an der Studie weitermitzuarbeiten und mit zu diskutieren in unserem Bereich COLLABORATION in der Gruppe “Digitale Sektorenkopplung SCM AES”: https://collaboration.vde-loop.com/group/1005-35c12afc-5e99-47c0-bf8a-d62e0f7b7f0f/overview