Tabellenkalkulation statt Digital Twin

Die verstärkte Einbindung erneuerbarer Energien in den Wärmesektor wird ein entscheidender Faktor für das Erreichen der deutschen Klimaziele sein, denn etwa 47 % der CO2-Emissionen hierzulande verursacht der „Energiesektor Wärme“. Das Problem: Die Volatilität der Erneuerbaren-Erzeugung ist eine große Herausforderung etwa für die Betreiber von Wärmenetzen. Eine Lösung kann die stärkere Digitalisierung dieser Netze darstellen.

„Eine vorrangig erneuerbare Energieversorgung ist ohne Digitalisierung in Form von intelligenten Steuerungen nur schwer möglich, weil die Verfügbarkeit erneuerbarer Wärmequellen kaum kontrollierbar oder sogar teilweise unvorhersehbar ist“, schreiben die Autoren einer Studie zum Thema Digitalisierung in Wärmenetzen.

Darin hat die Universität Duisburg-Essen (UDE) unter anderem mit Unterstützung der Unternehmen „FourManagement“ und „Lagom.Energy“ sowie der Verbände AGFW und B.KWK in einer Umfrage ermittelt, wie der Status quo der Digitalisierung von Wärmenetzen und der Einbindung Erneuerbarer in Deutschland aussieht. An der anonymen Onlineumfrage beteiligten sich 46 Unternehmen aller Größen. Die Ergebnisse zeichnen ein sehr fragmentiertes Bild zu diesem Thema.

Die gute Nachricht: Der weit überwiegende Teil der Unternehmen geht den Weg der Digitalisierung. Triebfeder für eine Digitalisierung ihrer Wärmenetze sind für die Betreiber neben einer allgemeinen Optimierung des Anlageneinsatzes die Themen Reduktion der Wärmeverluste mit mehr als 75 %, gefolgt von Identifikation von Schlechtpunkten und Leckagen mit jeweils mehr als 40 %.

Auch die Palette möglicher Digitalisierungsmaßnahmen ist umfangreich und reicht von intelligenten Messstellen über die Einführung eines Geoinformationssystems (GIS) zur übersichtlichen Netzabbildung bis hin zur Integration von Wartungsprozessen in digitaler Form.

Die weniger gute Nachricht: Das Ausmaß beim Einsatz dieser Tools unterscheidet sich ganz erheblich. Am deutlichsten zeigt sich das bei der Nachbildung der Netze in Software. Denn ein ganz wesentlicher Punkt bei der Digitalisierung von Wärmenetzen ist ohne Zweifel die Wärmenetzsimulation durch einen Digital Twin − das digitale Abbild eines realen Netzes. Warum das so ist, erläutert Nicolas Witte-Humperdinck vom Lehrstuhl Energietechnik (LET) der UDE. Wenn etwa Solarthermieanlagen mangels Sonne keine Wärme lieferten, komme es zu unvermeidbaren saisonalen Schwankungen in der erneuerbaren Erzeugung. „Wie sie sich auf die Effizienz auswirken, kann durch die Betriebssimulationen abgebildet werden“, so Witte-Humperdinck.

Doch genau in diesem wichtigen Punkt liefert die Studie ein ziemlich überraschendes Ergebnis: Die Befragung der Fernwärmeversorger zeigt zwar, dass knapp 80 % ihr Wärmenetz in dieser digitalen Form nachbilden. „Allerdings simulierten nur zwölf von ihnen regelmäßig den Netzbetrieb, eine nicht zu unterschätzende Zahl gar nicht“, sagt Jürgen Roes ebenfalls vom Lehrstuhl Energietechnik.

Tatsächlich nutzt gerade mal ein Viertel der Unternehmen regelmäßig − das heißt täglich bis monatlich − die Möglichkeit von Netzbetriebsimulationen, um ein besseres Verständnis des Netzzustands zu bekommen. Etwa 15 % der befragten Unternehmen führen gar keine Wämenetzsimulationen durch − obwohl für das Netz ein digitaler Zwilling existiert und zudem eine Durchführung von Netzsimulationen auch ohne eigene digitale Abbildung des Wärmenetzes durch Dienstleister möglich ist. 

Digitale Messstellen liefern große Mengen an Datenpunkten

Neben Simulationen zum generellen Verständnis des Wärmenetzbetriebs kommt dem konkreten Monitoring anhand von Messstellen eine große Bedeutung zu. Gemessene Daten können einen umfassenden Überblick über die aktuelle Situation im Netz geben. Das sieht auch die weit überwiegende Zahl der befragten Unternehmen so.

Neben den in den Hausübergabestationen installierten Wärmemengenzählern nannten die Umfrageteilnehmer entsprechende Messeinrichtungen auf der Gegenseite, also an den Energieerzeugungsanlagen, als wichtige Datenquelle. Hier werden neben den an das Wärmenetz abgegebenen Wärmemengen auch das Temperaturniveau und die erforderliche Druckerhöhung vor den Erzeugungsanlagen überwacht.

Hinsichtlich der Erfassung von Messdaten im Netz selbst gaben die befragten Unternehmen zum Großteil an, dass insbesondere Netzschlechtpunkte kontinuierlich erfasst und ausgewertet werden. Hintergrund hierfür ist die Regelung der Netzumwälzpumpen. Außerdem wurden Überwachungsmessungen hinsichtlich der Wasserverluste genannt. 

Überraschend sind aber die Angaben bezüglich der Datenanalyse: Bei knapp der Hälfte der Unternehmen erfolgt die Datenauswertung über das Office-Programm Microsoft Excel. „Den Blick auf die Digitalisierung der Energiewende gerichtet, lässt sich hier ein Bottleneck identifizieren”, bemerken die Autoren der Studie trocken.

Denn dass solche Tabellenkalkulationen der im Zuge der Digitalisierung steigenden Datenflut nicht lange gewachsen sind, zeigt ein simples Rechenbeispiel. In einem Projekt, das Lagom Energy zusammen mit dem Lehrstuhl Energietechnik der Universität Duisburg-Essen und einem Anlagenbetreiber durchführt, werden digitale Messdaten in Fünf-Sekunden-Intervallen aufgenommen. Dabei ergeben sich bereits für einen einzelnen Messwert insgesamt 6,3 Mio. Datenpunkte pro Jahr. Da in der Regel mehr als nur ein Messwert erfasst wird, steigt die Anzahl der Datensätze schnell auf über 100 Mio. an. „Die Umstellung auf leistungsstärkere, datenbankbasierte Auswertungsprogramme führt in langfristiger Sicht demnach zu einer massiven Einsparung an Zeit, Personal und damit auch Kosten”, so die Empfehlung der Studie.

Fazit der Umfrage: Zwar können viele Versorger ihr Netzverhalten schon gut einschätzen, allerdings besteht ein allgemein großes Verbesserungspotenzial bezüglich der Nutzung von digitalen Tools, beginnend bei der Netzabbildung und -simulation über die Installation von Messstellen inklusive zugehöriger Datenschnittstellen und -auswertungsmöglichkeiten bis hin zur Ableitung strategischer Prozesse in der operativen Wertschöpfungskette etwa hinsichtlich der (vorausschauenden) Wartung eines Wärmenetzes.