Berta & Rudi: Wie zwei Algorithmen die Planungsprozesse beschleunigen

Von: Stephanie Gust

Energiekonzepte für Quartiere oder sogar ganzen Stadtvierteln können ein sehr sperriger Prozess sein: "Als Planer arbeitet man etwa zwei Wochen auf Basis bestimmter Parameter ein Konzept aus, stellt es beim Kunden vor und dann passt oftmals etwas nicht", erinnert sich Bernd Petraus. Mal sind die Preise falsch, mal ist der Energieträger nicht richtig, mal stimmt der Bedarf nicht. Also muss das Konzept wieder überarbeitet werden – und auch dann gibt es bei der nächsten Präsentation wieder neuen Anpassungsbedarf. Ein völlig normaler Prozess bei Planungsvorgängen."

"Mich hat das sehr frustriert, dass man so viel für die Katz arbeitet und dass das so viel Zeit in Anspruch nimmt", sagt Petraus. Für den Kunden steigen dadurch die Preise und es geht wertvolle Zeit verloren, in der man die Energiewende vorantreiben könnte.Genervt von den konventionellen Prozessen hat Petraus daher kurzerhand Algorithmen entwickelt, die den Grundstein für die heutige Webanwendung legten. Herausgekommen ist "Berta & Rudi", ein Tool, mit dem sich laut Petraus der ganze Prozess auf einen Tag reduziert.

Das macht Berta – und das Rudi

"Berta & Rudi ermöglicht Stadtwerken, Städten und Kommunen, Energiekonzepte effizient zu entwickeln, zu optimieren und flexibel anzupassen – selbstständig oder mit Expertenunterstützung, in jedem Fall aber schneller und präziser als je zuvor, mit voller Transparenz und Anpassbarkeit", so Petraus. Berta hilft dabei, auf Basis von Künstlicher Intelligenz (KI), die Lastgänge stundengenau zu modellieren und Rudi schlägt vor, wie sich die dazu benötigten Bedarfe vor Ort decken lassen.

 

Stundengenau aufgelöste Lastgänge als Lösung

"Das stundengenau bei den Lastgängen ist sehr wichtig, weil das früher oftmals nicht so gemacht wurde und man nur Leistung und Jahresarbeit einbezogen hat", erklärt Petraus. Die Frage war damals, was ist meine maximale Leistung und was muss ein Erzeuger bereitstellen, um einen bestimmten Bedarf zu decken. Dies sei aber inzwischen nicht mehr zeitgemäß, weil Leistung und Arbeit eben nicht genug Aussagekraft hätten. Inzwischen ist die Frage: Wie groß müssen meine Speicher sein, wenn ich Photovoltaik anbinde? Macht eine Wärmepumpe allein Sinn? Bei einer Luftwasserwärmepumpe zum Beispiel sinkt der COP bzw. die Leistung mit sinkender Außentemperatur massiv, das hat auch Auswirkungen auf das Konzept. Deswegen brauche es stundengenau aufgelöste Lastgänge.

Berta könne dies anhand weniger Parameter zum Gebäude oder zu den Liegenschaften erledigen. Wichtig sei zum Beispiel, wie viel Gas bislang geliefert wurde. Diese Zahl erhalte man in der Regel für ein Jahr, aber eben nicht stundengenau. Weitere Parameter sind das Baujahr der Gebäude, deren Größe, der Standort, vielleicht auch die Energieeffizienzklasse oder ob es schon einmal eine Sanierung gab. Hinzu kommen Wetterdaten. Je mehr Informationen es gibt, umso besser, aber Berta kann auch schon mit wenigen Daten einen Lastgang per KI generieren. "Noch besser ist es natürlich, wenn der Lastgang zum Beispiel durch die Daten eines Stadtwerks im Nahwärmenetz schon hinterlegt sind und wir damit rechnen können. Das ist aber nicht immer der Fall", so Petraus.

Wie häufig ist wie viel maximale Leistung erforderlich?

Dieser stundengenaue Lastgang wiederum ist die Basis für Rudi. Denn daran erkennt man bspw., dass im Sommer der Bedarf an Wärme natürlich geringer ist als im Winter. "Es macht keinen Sinn, die Wärmepumpe anhand des maximalen Bedarfs auszulegen, der vielleicht nur wenige Stunden im Jahr vorkommt", so Petraus. Die Wärmepumpe würde dadurch nicht nur überdimensioniert werden, sondern unter Umständen auch ineffizient. Es ist also wichtig, genau zu wissen, wie häufig die maximale Leistung erforderlich wird.

Sei das nicht oft der Fall, dann wäre es ratsamer, die Wärmepumpe kleiner zu dimensionieren und die Spitzenlast zum Beispiel mit einem Biomassekessel, Heizstab oder Wärmespeicher abzudecken. Das komme aber immer auf die Bedarfssituation an. Rudi stellt also die Energieversorgung für die Lastgänge sicher. Er berechnet unterschiedliche Varianten: optimiert nach Investitionskosten, Betriebskosten oder CO2-Ausstoß. Denkbare Szenarien wären beispielsweise, dass man einen Gaskessel oder einen Biomassekessel, aber auch Wärmepumpen oder Speicher mit PV installiert. "Das, was Rudi vorschlägt, ist mathematisch exakt. Das heißt, besser geht es nicht unter den angegebenen Randparametern", verdeutlicht Petraus. Außerdem lassen sich die verschiedenen Szenarien miteinander vergleichen.

 

Bisherige Vorgänge um 90 Prozent optimiert

Möglich sei es auch, eigene Varianten zu berechnen. Beispiel wäre, dass man eine PV-Anlage, eine Wärmepumpe und einen Speicher installieren will, aber man nicht weiß, wie diese dimensioniert sein sollen. Dann übernimmt Rudi diese Berechnung. Genauso verhält es sich mit neuen Technologien, die man neu einbeziehen kann – auch der Blick in die Zukunft gehört natürlich dazu.

Das Tempo hat mit Berta & Rudi deutlich angezogen: "Wir wollten den Vorgang um 50 Prozent schneller machen, jetzt haben wir ihn de facto um 90 Prozent optimiert", sagt Petraus.

So funktioniert der Prozess

Konkret laufe ein Projekt jetzt folgendermaßen ab: Das Planungsbüro holt sich schon einmal vorab die wichtigsten Informationen ein und modelliert das Konzept vor. Das dauere höchstens einen halben Tag. Anschließend wird die Planung gemeinsam mit dem Kunden und allen beteiligten Akteuren besprochen und wo nötig, nochmals geändert. Dazu gehört auch, dass weitere sowie völlig neue Varianten in Echtzeit berechnet und diskutiert werden können. Das dauere dann ebenfalls einen halben Tag, bis das finale Konzept steht.

 

Vorteile von Berta & Rudi

Und einen weiteren Vorteil gibt es laut Petraus: Oftmals ist so ein Endkonzept mit Powerpoint und Pdf erstellt. Doch bis es zur Umsetzung kommt, sprich Entscheidungsprozesse dauern und auch die Genehmigung muss eingeholt werden, kann das bis zu einem Jahr dauern. Bis dahin sind die Parameter schon oftmals wieder veraltet. Die Preise stimmen nicht mehr oder das Gebiet wurde erweitert. Um das Konzept zu aktualisieren, muss man also wieder im Planungsbüro anrufen und um ein Update bitten. Manchmal hat auch der zuständige Kollege das Unternehmen verlassen, sodass man sich wieder in das Thema hineinarbeiten muss. "Bei uns ändern Sie einfach die Parameter und bekommen sofort das neue Endergebnis. Man muss niemanden anrufen und keine neuen Aufträge vergeben, Sie können es selbst lösen."

"Die Bauindustrie verdient viel Geld mit den Änderungen – und es bremst die Energiewende aus", so Petraus Erfahrung. Sein Tool "Berta & Rudi" hatte er eigentlich für Planungsbüros entwickelt, um die zähen Prozesse zu beschleunigen. Bei der E-World waren es aber vor allem Stadtwerke, die sich für die Lösung interessierten. "Das hat uns völlig überrascht und ergibt natürlich Sinn – besonders wenn man an die kommunale Wärmeplanung denkt." Aktuell sei man daher mit einigen Energieversorgern in sehr guten Gesprächen.

An Ideen mangelt es Petraus nicht: In den nächsten Wochen bis Monaten soll bereits ein neu entwickelter Algorithmus mit dem Arbeitstitel Fiona in Berta & Rudi integriert werden: Fiona ist in der Lage, zu der von Berta geschätzten Bedarfssituation ein Nahwärmenetz vorzuschlagen. Sie schließt demnach die Lücke, also die Infrastruktur, zwischen den Gebäuden und der Energiezentrale, die weiterhin von Rudi bestimmt wird. Dadurch wird es dann bspw. auch möglich, die zentrale der dezentralen Versorgung gegenüberzustellen.