Als das schweizerisch-deutsche Unternehmen Enersis im Jahr 2011 gegründet wurde, war der Begriff des „Digitalen Zwillings” bei Versorgungsunternehmen noch kaum verbreitet. Heute hat das Unternehmen maßgeblich dazu beigetragen, dass das Thema „Digitale Zwillinge” enorm an Bedeutung gewonnen hat. Enersis hat sich in gleichem Maße dynamisch entwickelt. Seit 2024 gehört das Unternehmen zur EnBW und kann inzwischen auf Erfahrungen aus über 500 Projekten zurückblicken. Wo stehen Digitale Zwillinge heute, was genau steckt hinter dem Konzept und wie vielfältig sind die Einsatzmöglichkeiten? Business Geomatics sprach mit CEO Thomas Koller und CTO Florian Wolf über die aktuelle Marktsituation.
CEO Thomas Koller (re.) und CTO Florian Wolf (li.) über die aktuelle Marktsituation.
Quelle: Enersis GmbH
Der Begriff Digitaler Zwilling (DZ) wird unterschiedlich benutzt. Was versteht Enersis darunter?
Thomas Koller: Die Digitalen Zwillinge, die unsere Kunden mit dem GAIA-Ansatz realisieren, dienen der Entwicklung von Energie- und Versorgungsnetzen, die stark dem Transformationsdruck unterliegen. Sie beantworten Fragen wie: „Erschließt man das neue Industriegebiet mit Fernwärme, Nahwärme oder elektrischer Infrastruktur? Wo müssen Übertragungskapazitäten erhöht oder Ortsnetzstationen gebaut werden? Welche Potenziale für Solardächer und Freiflächenanlagen liegen vor und wo können sie ins Netz integriert werden?“ Es ist historisch einmalig, dass solche Aufgabenstellungen erstmals alle in einem System beantwortet werden können. In der Vergangenheit haben viele Netzbetreiber neue Systeme eingeführt, die jeweils ihren „eigenen“ digitalen Zwilling mitbringen. Das führte zu Parallelstrukturen und mehrfach gepflegten Datensätzen. Wir setzen stattdessen auf ein konzeptionell zentrales, konsistentes Datenmodell, das unterschiedliche Systeme verbindet und verschiedene Anwendungen speist – sowohl unsere eigenen als auch externe.
Welche Trends geben dem Digitalen Zwilling Rückenwind?
Thomas Koller: Derzeit wird die Netzplanung vor allem durch die Kommunale Wärmeplanung, konkret durch die Elektrifizierung der Wärmeversorgung, vorangetrieben. Hinzu kommen die Elektrifizierung des Verkehrs, also die Integration der Elektromobilität ins Netz, sowie die Etablierung großtechnischer Speichersysteme. All diese Entwicklungen fordern einen Wandel. All diese Trends erfordern einen Ausbau oder Umbau des Netzes. Genau das lässt sich mit einem Digitalen Zwilling schnell simulieren und visualisieren. Ebenso werden damit Ausbau-Szenarien entwickelt, für die jeweils auch die Kosten berechnet werden. Der Digitale Zwilling ist ein strategisches Planungstool, dessen Bedeutung vor dem Hintergrund der massiven Investitionen in den Netzausbau auch für kleinere Stadtwerke kaum zu überschätzen ist.
Wie ist die technische Basis?
Florian Wolf: Hinter unseren Zwillingen steht mit GAIA ein SaaS-basierter Lösungsansatz. Im Zentrum geht es dabei um die Aufgabe, das gesamte System in einem geeigneten Datenmodell abzubilden. Die Daten kommen aus verschiedenen Quellen: GIS, Abrechnungssystemen, Zählerfernauslesung oder Bilanzmanagement. In GAIA werden sie in einem übergreifenden Modell zusammengeführt. Wir sprechen in diesem Zusammenhang von einer Ontologie der Daten. Das heißt: Nicht nur die einzelnen Elemente der Netze werden abgebildet, sondern auch ihre sinnhaften Beziehungen zueinander. So kann ein energiewirtschaftlicher Transformationsprozess mit allen infrastrukturellen Prozessen beschrieben werden. Das ist entscheidend, um wirklich belastbare Antworten dieser Fragen zu bekommen.
Können Sie konkrete Anwendungsbeispiele genauer beschreiben?
Thomas Koller: Bei der für Netzbetreiber typischen Frage, ob ein neues Industriegebiet mit Wärmenetzen erschlossen oder die Wärme elektrisch erzeugt werden soll, kann der Digitale Zwilling als strategisches Planungstool verschiedenste Szenarien schnell berechnen. Dabei wird auch das Potenzial für Photovoltaik auf Dächern oder bei Freiflächen berücksichtigt. Es geht um einen übergreifenden Blick auf die Erzeugungsformen und den Verbrauch. CO2-Emissionen, Investitionskosten, Flächenverbrauch, Netzanforderungen, Wartungskosten, Einwohnerprognosen und veränderte Gesetzeslagen können quantifiziert und mit unterschiedlicher Gewichtung in die Prognoseverfahren einfließen. Wir nennen dies eine agile Zielnetzplanung.
Florian Wolf: Ein weiteres Beispiel für Use Cases ist der Prozess des Netzanschlusses. Auch hierbei spielen viele Datenebenen eine Rolle, da zahlreiche Parameter voneinander abhängig sind. Ändert man eine Anschlussbedingung, hat dies Auswirkungen auf viele andere Bedingungen für den Netzanschluss. Es genügt nicht, aus elektrischer Sicht einfach nur den optimalen Einspeisepunkt zu definieren. Vielmehr müssen auch Netzstrecke, bauliche Anforderungen, Lastprofile und vieles mehr berücksichtigt werden. Meist muss der intelligenteste Kompromiss gefunden werden – auch dafür ist die agile Zielnetzplanung optimal.
Was gibt es noch für Anwendungsfälle?
Thomas Koller: Aufbauend auf GAIA bieten wir verschiedene Lösungsmodule für definierte Aufgaben in Form von Software-as-a-Service-Lösungen (SaaS) an. Neben der KWP, der Zielnetzplanung oder der Netzanschlussprüfung zählen hierzu Asset Management, Maßnahmenplanung, Ausbau erneuerbarer Energien, Baustellen-Synergien, CO₂- und THG-Bilanzierung sowie energetische Gebäudesanierung. Aufbauend auf dem integrierten Informationsmodell kommen überall immer mehr KI-basierte Analysefunktionen zum Einsatz, die Prognosen, Engpassanalysen und vorausschauende Instandhaltungs- und Investitionsstrategien verbessern.
Beispiele für Auswertungen auf dem Dashboard des Digitalen Zwillings. Daten zu den CO2- und THG-Emissionen sind vor allem für Kommunen interessant, gerade, wenn sie historische Betrachtungen ermöglichen. Quelle: Enersis
Von Asset Management sprach man bei Energieversorgern schon vor 15 Jahren. Ist ein Digitaler Zwilling der Nachfolger dieses Ansatzes?
Florian Wolf: Einerseits ja, denn es geht um die multidimensionale Bewertung des Energiewandels. Aber wir sind heute viel weiter als damals. Der Digitale Zwilling ist viel komplexer, dynamischer und spartenübergreifend. Es geht nicht mehr nur um die Planung statischer Szenarien einzelner, definierter Gebiete, sondern um eine ganz andere Dynamik und Breite. Das Gesamtverhalten des Netzes ist entscheidend. Wenn sich ein Teil ändert, etwa wenn ein Teilgebiet statt mit Elektrizität mit Fernwärme versorgt wird, hat das immense Auswirkungen sowohl auf das Wärme- als auch auf das Stromnetz.
Thomas Koller: Wichtig dabei ist uns auch zu betonen, dass ein Digitaler Zwilling hilft, die kurzfristigen, teils oft emotionalen Ausschläge aus dem politischen Raum auf eine sachbezogene Basis zu bringen. Die Beispiele Heizungsgesetz, Förderpolitik, EEG oder die Diskussionen rund um das Marktdesign zeigen, wie volatil die politischen Leitlinien für den Netzausbau aktuell sind. Die Transformation der Energiewende ist jedoch eine reale, physische Aufgabe. Transport, Speicherung und Wandlung von Energie werden auch in 100 Jahren die grundlegenden Komponenten des Netzes sein. Und genau diese Aspekte werden alle im Digitalen Zwilling abgebildet. Digitale Zwillinge liefern zwar noch immer keinen Blick in die Glaskugel, aber sie kommen dem schon sehr nahe.
Wer sind die Nutzenden des Digitalen Zwillings?
Florian Wolf: Der Digitale Zwilling bedient die unterschiedlichsten Anwender. Es können genauso gut Bürgermeister, Verwaltungsspitzen, Stadtplanende oder Netzplanende sein. Jeder generiert seine Perspektive, entwickelt sein eigenes Dash-board und analysiert die eigenen Datensets. Besonders interessant ist es ach für die Forschung, denn die Energiewende in ihren systembedingten Zusammenhängen wird wissenschaftlich immer noch zu wenig begleitet.
Welchen Aufwand bringt die dafür notwendige Datenintegration mit sich?
Florian Wolf: Wir haben große Erfahrung mit den Datenquellen der Kernsysteme. Der heutige Markt ist jedoch oft noch von Fehleinschätzungen geprägt, die unter anderem durch die Versprechen anderer Marktteilnehmer entstehen, Integrationsaufgaben per Knopfdruck erledigen zu können. Der Wunsch nach Datenintegration per Plug-and-Play ist verständlich und nachvollziehbar. Aber die Aufgabe ist individuell, projektspezifisch und anspruchsvoll. Das lernt der Markt gerade, wobei es für manche ein schmerzvoller Prozess ist. Unsere Erfahrung ist zu groß und umfassend, als dass wir ein Versprechen abgeben könnten, das sich nicht einlösen lässt. Von der reinen Algorithmik her ist die Zielnetzplanung zwar eine einfache Sache. Ob die Prognose realistisch ist oder nicht, hängt entscheidend vom Datenmodell abl.
Können Sie das konkreter beschreiben?
Florian Wolf: Es ist zum Beispiel eine Kunst, die Verbrauchsdaten in Kilowattstunden für ein Gebäude aus SAP herauszuholen. Genauso ist es bei Shape-Files, aus denen ein Datensatz für eine Netzberechnung erstellt wird. Das ist für sich bereits eine komplexe Aufgabe für die Datenmodellierung, und für die Datenqualität wesentlich. Im GIS liegen wichtige räumliche Daten, die große Auswirkungen auf die Lastgänge haben – vor allem durch die Netzlängen zwischen den Knotenpunkten –, aber ohne die elektrischen Daten aus den Leitsystemen. Jede Dimension einzeln reicht bei weitem nicht für die Fragestellungen aus, die wir mit dem Digitalen Zwilling beantworten wollen. Unser Ziel ist die Datenintegration, so dass wir die Fragen der Energiewende beantworten können.
www.enersis.ch