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21/09/2023

Wettrennen zur Klimaneutralität – Wie Digitalisierung den Netzausbau beschleunigen kann

Digitale Transformation Energy & Utilities Blogartikel

Autorin: Annika Hamann

Illustration von Windrädern

14.000 km neues Höchstspannungsnetz, Netzbooster und transnationale Stromleitungen zu bauen – vor dieser Aufgabe stehen die Betreiber der Übertragungsnetze im Rahmen der Energiewende. Wie können digitale Services dabei helfen, die Geschwindigkeit beim Netzausbau zu erhöhen, damit Deutschland das Ziel Klimaneutralität im Jahr 2045 erreicht?

In den letzten Jahren haben wir oft gehört, dass die Energiewende in den Verteilnetzen stattfindet. 95% der Erzeugung erneuerbarer Energien sind hier angeschlossen und müssen integriert werden, ohne Sicherheit und Stabilität der Netze zu gefährden. Doch spätestens mit dem aktuellen Netzentwicklungsplan sind auch die immensen Herausforderungen für Übertragungsnetzbetreiber greifbar geworden.

Bis 2030 soll der Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland auf 80% steigen, und bis 2045 will das Land klimaneutral werden. Im März haben die Übertragungsnetzbetreiber einen konkreten Plan vorgelegt, wie dieses Ziel erreicht werden soll. Er sieht vor, dass ganze 14.197 km zusätzliche Trassen gebaut werden müssen, zusätzlich zu Optimierungsmaßnahmen und Netzverstärkungen. Wenn man bedenkt, dass das derzeitig bestehende Höchstspannungsnetz eine Länge von ca. 37.000 km hat, werden die Ausmaße der Netzerweiterung klar. Ein ambitioniertes Unterfangen.

Bei der Anbindung der neuen Flüssiggas-Terminals konnte die Öffentlichkeit sehen, dass Netzausbau auch schnell gehen kann. Netzbetreiber haben jedoch weiterhin mit bürokratischen Hürden, Bürgerprotesten, Fachkräftemangel und unbeständiger Materialverfügbarkeit zu kämpfen. Kann der Zeitplan eingehalten werden, und welche Rolle spielen digitale Services in diesem Wettlauf?

Warum rapider Netzausbau nötig ist

Die vier Übertragungsnetzbetreiber (Amprion, Tennet, TransnetBW und 50Hertz) rechnen mit einer Verdopplung des jährlichen Stromverbrauchs in Deutschland bis 2045. Ursachen hierfür sind die Abwendung von fossilen Energieträgern, der steigende Strombedarf durch Ausbau der E-Mobilität sowie der benötigte Strom für die Produktion von grünem Wasserstoff.

Die Leistung aus erneuerbaren Energien wird sich laut Netzentwicklungsplan voraussichtlich bis zum Jahr 2045 verfünffachen. Diese zusätzliche Leistung muss auf sichere Art und Weise ins Netz integriert werden ohne dessen Balance und Stabilität zu gefährden. Hierfür sind – zusätzlich zu Netzverstärkungen und effizienzsteigernden Maßnahmen – bis 2045 ca. 14.000 km Ausbau des Höchstspannungsnetzes erforderlich.

Der aktuelle Stand der großen Übertragungsnetz-Projekte

  1. Effiziente Nord-Süd Balance durch „Stromautobahnen“

    Die vier großen Höchstspannungs-Gleichstromprojekte, sogenannte Stromautobahnen, sollen für eine effiziente Energiebalance zwischen dem windreichen Norden und dem Süden Deutschlands sorgen. Für die Trassen A-Nord, Ultranet, SüdLink und SüdOstLink war ursprünglich das Jahr 2022 zur Fertigstellung vorgesehen. Sie befinden sich derzeit in der letzten Planungsphase vor dem Bau, dem Planfeststellungverfahren. In dieser Phase wird die genaue Lage der Leitung innerhalb des Trassenkorridors definiert und genehmigt. Bis zu ihrer reellen Inbetriebnahme werden noch ein paar Jahre vergehen.

  2. Optimierte Netzauslastung mit Netzboostern

    Netzoptimierung ist günstiger und schneller als Netzverstärkung. Netzverstärkung ist günstiger und schneller als Netzausbau. Mit sogenannten Netzboostern, gigantischen Batterieparks, wird die Kapazität des Übertragungsnetzes erhöht. Ohne diese Batterien zur Absicherung können die Leitungen nicht bis an ihre Grenzen ausgelastet werden, denn sonst ist das Netz nicht vor Überlastung geschützt. Diese Rolle werden laut Netzentwicklungsplan in Zukunft Netzbooster übernehmen. Drei Pilotanlagen sind in Planung. Die „Riesenbatterien“ ermöglichen eine Höherauslastung des bestehenden Übertragungsnetzes bei gleicher Versorgungssicherheit und reduzieren Kosten eines Engpassmanagements wie z.B. präventive Geringauslastung oder teure Redispatch-Maßnahmen, also das Übertragen des Stroms über weite Strecken auf der Nord-Südachse. 2026 soll die Pilotanlage Kupferzell in Betrieb gehen. Ein flächendeckender Einsatz von Netzboostern wird anschließend in ganz Deutschland angestrebt.

  3. Vereinfachter grenzüberschreitender Energiehandel mit Interkonnektoren

    Ein schneller Ausbau der Offshore-Windenergie ist ein wichtiger Schritt in der Energiewende. Jedoch muss die erzeugte Leistung auch in die Netze integriert werden. Energie lokal zu verbrauchen, wo sie erzeugt wird – anstatt sie über weite Strecken zu transportieren – ist besonders netzdienlich. Interkonnektoren, Höchstspannungs-Übertragungsleitungen zwischen zwei Staaten, sollen in Zukunft die deutschen Offshore-Parks, mit denen der Nachbarländer verbinden. Mit dem deutschen „Offshore Interconnection Cluster“, werden zwischen 2032 und 2036 mehr als 10 GW für internationalen Handel mit Dänemark und den Niederlanden verfügbar. Sind die Offshore Parks an andere Länder, deren Offshore Cluster bzw. andere Preiszonen angebunden, kann die Energie an die Regionen mit den höchsten Preisen verkauft werden. Weht kein Wind, können die Leitungen zusätzlich zu den Landleitungen für den Austausch zwischen Ländern verwendet werden.

Sind die oben erwähnten Maßnahmen erst einmal umgesetzt, bedeutet dies einen massiven Schub für die Energiewende. Es ist jedoch ein enormes Unterfangen, das die Übertragungsnetzbetreiber hier trotz vieler Herausforderungen vorantreiben.

Die größten Hürden

  1. Fachkräftemangel

    Dass die Energiewende in Deutschland vom Fachkräftemangel stark gebremst wird, ist kein Geheimnis. Unter anderem sind Elektroberufe, Ingenieurberufe und das Handwerk allgemein stark betroffen. Dies verlangsamt den Netzausbau auf allen Ebenen, sowie den Anschluss der Erneuerbare-Energie-Anlangen. Engpässe bei Beauftragung von Dienstleistern, gestiegene Preise, Verzögerungen oder gar abgelehnte Aufträge sind zur Normalität geworden. Nachwuchs zu finden und ihn so schnell wie möglich auszubilden, ist ein genauso wichtiges Thema, wie das Wissen der ausscheidenden Generation zu speichern und zu bewahren.

  2. Heterogene Softwarelandschaft, Dateninseln und unklare Prozesse

    Die fortschreitende Digitalisierung und „Smartifizierung“ ist in vielen großen Unternehmen heterogen und teils lückenhaft verlaufen, insbesondere bei Firmen, die stark von Fusionen und Übernahmen geprägt sind. Software bzw. digitale Services, die in siloartigen Strukturen entstehen, sind später schwer zu erweitern und fügen sich schlecht in digitale Ökosysteme ein. Viele Datensätze – z.B. die der Assets – sind mehrfach in verschiedenen Systemen vorhanden, die nicht miteinander kommunizieren. Teilweise müssen Daten noch per Hand in andere Systeme übertragen werden. In Unternehmen mit Silostrukturen sind auch Prozesse oft nicht standardisiert oder harmonisiert. In einer Zeit, die rasche Innovationsfähigkeit aller Abteilungen erfordert, wird dies zum Hindernis.

  3. Bürokratische Hürden

    Auch langwierige Genehmigungsverfahren stellen ein Problem dar. Zwar hat sich die aktuelle Regierung zum Ziel gesetzt, bürokratische Hürden für die Energiewende abzubauen, z.B. durch Verkürzung von Verfahren oder Vermeidung von Doppelprüfungen. Auch die Beteiligung der Öffentlichkeit soll vereinfacht werden. Wenn jedoch Anträge in unterbesetzten Behörden mithilfe nur teilweise digitalisierter Prozesse bearbeitet werden, ist klar, dass an vielen verschiedenen Schrauben gedreht werden muss, um schneller voranzukommen.

  4. Widerstand der Bevölkerung

    Auch Proteste und durch Bürger, Kommunen oder Länder eingeleitete Gerichtsverfahren haben die Arbeit gebremst. Entlang der geplanten Trassenverläufe sind hunderte von Kommunen und tausende von Flurstücken betroffen. Öffentliche Informationsveranstaltungen und Anhörungen wurden von manchen Bürgern eher als PR-Aktion empfunden als eine Einladung zur Zusammenarbeit. Sowohl in Bayern als auch Thüringen protestieren weiterhin mehrere Kommunen und Bürgerinitiativen. Bauernverbände hatten aufgrund von Einschränkungen durch die Erdkabel um neue Entschädigungsregeln gekämpft.

  5. Schwieriger werdende Materialbeschaffung

    Während der Pandemie war die Energiewirtschaft von einer weit verbreiteten Materialknappheit betroffen, die von Computerchips bis zu Baumaterialien reichte. Der Markt ist weiterhin von einer hohen Fluktuation geprägt. Auch Rohstoffpreise sind in den letzten Jahren gestiegen und schwanken stark. Mit dem Netzausbau und der fortschreitenden Smartifizierung der Netze steigt der Bedarf an Rohstoffen, Vorprodukten und Stromnetzkomponenten. Der Bedarf an Komponenten wird bereits in der Planungsphase der Ausbauprojekte definiert, um Verzögerungen durch potenzielle Engpässe zu vermeiden. Allerdings liegen zu dem Zeitpunkt noch keine konkreten Aufträge vor. Gleichzeitig haben laut BMWK bestimmte Netzkomponenten, wie z.B. Leistungstransformatoren, Lieferzeiten von bis zu 12 Monaten. Der Mangel an Planbarkeit stellt hier eine große Herausforderung dar.

Wie intelligente, datengetriebene Workflow- und Service-Ökosysteme mit optimaler Experience bei diesen Herausforderungen unterstützen können

Zwar wirken die oben genannten Hürden auf den ersten Blick wie Themen, die sich außerhalb der Einflusssphäre der Netzbetreiber befinden. Dennoch können digitale Systeme helfen, sie zu mindern.

Fachkräftezufriedenheit und Produktivität steigern, Datengrundlage für KI-Unterstützung schaffen, Bürgerdialog vorausschauend lenken und Bürokratie im Innern abbauen

Zufriedene, loyale und produktive Fachkräfte sind das Fundament einer erfolgreichen Energiewende

Neben geschicktem Marketing, um Nachwuchs anzulocken, müssen vorhandene Kapazitäten durch Mitarbeiterzufriedenheit langfristig gebunden und so effizient wie möglich eingesetzt werden. Um dies zu erreichen, müssen wir uns den Erwartungen und Bedürfnissen der jungen Kolleg*innen stellen, die nach ihrem Abschluss in den Beruf eintreten. Sie sind technikaffin und gewöhnt an digitale Applikationen in Verbraucherqualität.

Sie möchten sich ernst genommen fühlen und möchten ihre Zeit nicht mit Copy & Paste sondern mit Expertentätigkeiten verbringen.
Prozesse, die sich über eine Vielzahl an Tools, Dateien und Datenquellen erstrecken und Medienbrüche enthalten, sorgen für Frustration und Unverständnis. Zudem führen sie zu unnötigem Zeitverlust und stellen Fehlerquellen dar, die sich im schlimmsten Fall negativ auf die Qualität des Produktes auswirken. Software-Tools für interne Verwendung sind oft Out-of-the-Box-Anwendungen mit etwas veralteten Usability-Standards und bilden die echten Prozesse nicht immer vollständig ab.

Das Argument „Das ist ein Expertentool, das muss so [unübersichtlich] aussehen“ sollte infrage gestellt werden, denn Tools für interne Nutzung können eine genauso exzellente Nutzererfahrung bieten wie Verbrauchertools. Sie ist in diesem Fall sogar noch wichtiger, denn die Programme werden täglich genutzt. Jede verlorene Minute kann viel Geld kosten. Bieten wir dem Fachkräftenachwuchs also digitale Service-Ökosysteme „aus einem Guss“, mit klarer Workflowunterstützung und hohem Automatisierungsgrad, mit Plattformcharakter einem einzelnen Login, mit konsistenten Interaktionsprinzipien, die dem Stand der Zeit entsprechen.

Wir werden nicht nur zufriedenere Mitarbeitende haben, sondern auch potenzielle Fehlerquellen eliminieren und Zeit einsparen. Das Mindset der Gen Z ist unter anderem geprägt von dem Wunsch, sich kontinuierlich selbst zu optimieren, neue Fähigkeiten zu lernen und in einer sich rasch verändernden Welt mitzuhalten. Dies ist ein Vorteil, denn der Nachwuchs muss so schnell wie möglich auf den Stand der ausscheidenden Generationen gebracht werden. Das Anbieten klarer Lernpfade, die auf Eigeninitiative hin erkundet und gesteuert werden können, bedient diese Mitarbeiterbedürfnisse und ermöglicht, den vorhandenen Wissendrang zum Vorteil aller Parteien zu nutzen.

Mobile Field Service Apps, die alle Arbeitsabläufe der Techniker*innen im Außendienst von A bis Z unterstützen und in das gesamte Service-Ökosysteme eingebettet sind, sie bei Fachtätigkeiten sowie Routenfindung unterstützen und die Sicherheit in den Mittelpunkt stellen während mühsame Dokumentationsaufgaben so weit wie möglich automatisiert wird um die Produktivität der Mitarbeiter*innen zu erhöhen und Zeit frei zu machen für Expertentätigkeiten.

Unterstützende Funktionalitäten wie Peer Support, Bilderkennung und intelligente Assistenten versorgen die Kolleg*innen im Feld mit Fachwissen und können helfen, in Zeiten des Fachkräftemangels und der Wissensabwanderung durch ausscheidende Generationen die First Time Fix Rate zu optimieren.

Prozessoptimierung und Vereinheitlichung erhöht die Innovationsgeschwindigkeit

Werden alle wichtigen Kernprozesse eines Unternehmens klar definiert, über das gesamte Unternehmen hinweg vereinheitlicht, optimiert und durch digitale Workflow-Systeme unterstützt, erhöht dies nicht nur die Produktivität, sondern macht diese messbar, vereinfacht das Training von Mitarbeiter*innen und die Zusammenarbeit mit externen Partnerfirmen. Es steigert zudem auch die Innovationsgeschwindigkeit. Einen einzelnen Prozess kann man schneller überarbeiten als drei verschiedene Varianten. Ein einziges Tool ist schneller aktualisiert als drei verschiedene. Die Harmonisierung von Prozessen, Rollen und Verantwortlichkeiten sowie Software und Datenlandschaft bildet die Grundlage für eine hohe Anpassungsfähigkeit in Zeiten großen Wandels.

Wichtig ist, hier nicht die Prozess-Führung außer Acht zu lassen und den Austausch über verschiedene Abteilungen und Sites hinweg zu unterstützen, denn ansonsten werden sich erneut individuelle Varianten entwickeln bzw. bestehen bleiben. Zudem sollten Prozesse nicht von oben herab verordnet werden, sondern durch sorgfältige Recherche und basierend auf den Bedürfnissen der Nutzenden erfasst, optimiert und definiert werden. Prozessmining/Prozessmanagement-Tools wie Celonis können helfen, Abweichungen sichtbar zu machen und zu vereinheitlichen.

Eine exzellente Datengrundlage ermöglicht KI-Unterstützung für vorausschauende Materialbeschaffung und Asset-Wartung

Dashboards für Dateneinblicke in Kombination mit Workflow-Systemen können Materialbeschaffungsprozesse mit Preisprognosen und Vorlaufzeiten unterstützen und zeitnahe Bestellungsempfehlungen generieren. Die Beschaffung wird über Änderungen der Vorlaufzeiten und Lieferengpässe auf dem Laufenden gehalten. Benachrichtigungen über bevorstehende Preiserhöhungen bei bestimmten Materialien oder Anlagen können helfen, die Bestände vorausschauend aufzufüllen. Vorhersagen über Veränderungen in der Lieferantenzuverlässigkeit ermöglichen einen kurzfristigen Wechsel des Lieferanten.

Das wachsende Stromnetz wird auf allen Spannungsebenen langfristig von einem modernen Asset Management System profitieren, das durch einen digitalen Zwilling virtuell abgebildet wird, eine hohe Datenqualität besitzt und Echtzeit-Monitoring ermöglich. Features wie Asset Health Status, Anomalie-Erkennung und Fehlervorhersage werden in Zukunft Aktivitäten auf Basis von Wartungsplänen und Asset-Lebenszyklen ergänzen oder ersetzen. So werden Zeiten akuten Fachkräftemangels und Lieferengpässen unnötige Wartungen und Erneuerungen vermieden.

Bürgerdialog kontinuierlich lenken und Bürokratie im Innern abbauen

Transparenz und ein vorausschauender Bürgerdialog schaffen Vertrauen und sparen Zeit, indem Blocker vorhergesehen werden, bevor sie entstehen. Ein teilweise automatisierter Bürgerdialog zusätzlich zu den üblichen Informationsveranstaltungen kann als Ventil für aufgebrachte Bürger*innen und Kommunen dienen und Muster aufzeigen, wie z.B. das Identifizieren der größten Sorgen, die ernstgenommen werden sollten, oder das Aufzeigen der Gegenden mit dem höchsten Widerstand gegen ein Vorhaben.

Bürokratische Hürden müssen zwar von Seiten der Politik reduziert werden, jedoch können Beantragungsprozesse mithilfe einer hohen Datenqualität und -aktualität im System teilautomatisiert werden, so dass Zeitaufwand und Ressourcenbindung für das Abarbeiten der Ämterkommunikation minimiert wird.

So werden intelligente, datengetriebene und vorausschauende Service-Ökosysteme zu einem wichtigen Instrument der Energiewende. Mit ihrer Hilfe können Herausforderungen überwunden werden, die auf den ersten Blick außerhalb des Unternehmens zu liegen scheinen. Lediglich an einer einzigen Stelle zu optimieren, reicht jedoch nicht. Eine holistische Herangehensweise ist gefragt, die den Menschen in den Mittelpunkt stellt, ihn befähigt und seinen Bedürfnissen entgegenkommt.

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Die digitale Transformation verändert die Energiewelt nachhaltig. Wir vom Energy Team bei IBM iX begleiten die Energiebranche dabei – von der Strategie, über das Design bis zur Technologie. Wir kennen Ihre Herausforderungen und besonders Ihr Potenzial. Sprechen Sie uns gerne an!

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