Ein digitaler Zwilling ist nur so gut wie die Zuordnung seiner Daten. Passen Messwerte, Leitungen und Anlagen in der virtuellen Netzabbildung nicht zusammen, rechnet das Modell mit falschen Werten. Genau daran setzt SWM Infrastruktur, die Netztochter der Stadtwerke München (SWM), an. Sie erprobt einen Assistenten auf Basis künstlicher Intelligenz (KI), der die Netzdokumentation vereinheitlichen soll.
Die Gefahr für die Netzsteuerung: Veraltete oder widersprüchliche Daten führen womöglich zu falschen Berechnungen. Eine Sprecherin der SWM Infrastruktur erklärt auf Anfrage: "Durchgehende Kennzeichnungssysteme sind sehr wichtig, da digitale Zwillinge unterschiedliche Informationen zusammenbringen müssen."
Wie ordnet man Messwerte den richtigen Anlagen zu?
Nach Angaben der Netztochter unterstützt der Assistent Fachexpertinnen und -experten, ein einheitliches Kennzeichnungssystem nach internationaler Norm zu entwickeln. Dazu erarbeitet er mit ihnen Regeln, dokumentiert sie in der internen Wissensdatenbank und gleicht sie zwischen Gas, Fernwärme und Fernkälte ab. Anschließend prüft er die Regeln anhand von Netz-, Liegenschafts- und Geodaten auf Lücken und Widersprüche.
Aus den Regeln erstellt die KI laut Netztochter Kennzeichnungsentwürfe und maschinenlesbare Prüfregeln. Sie laufen in einem sogenannten Knowledge-Graph, einer Datenstruktur, die Informationen und ihre Beziehungen abbildet. Der Assistent ist dafür mit der internen Wissensdatenbank, dem Ticketsystem, dem Code-Repository und einer Datenbank verbunden, auf die er nur lesend zugreift. Fachliche Entscheidungen treffen weiterhin die Beschäftigten.
Wann werden veraltete Netzdaten gefährlich?
Im Vergleich zu früher sei eine viel höhere Datenqualität erforderlich, betont die Sprecherin. Änderungen an der Netztopologie müssten zudem schneller in den Systemen nachgezogen werden. Die Sprecherin warnt: "Sonst würden digitale Zwillinge und darauf aufbauende Regler womöglich falsche Steuerbefehle ermitteln." Der Assistent befindet sich nach Angaben der Netztochter noch in der Erprobung.
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Andere KI-Systeme sind nach Angaben der Netztochter bereits im Betrieb. Sie klassifizieren Dokumente nach internen Vorgaben oder externen Normen und extrahieren Metadaten. Auch bei der Abwehr von Cyberangriffen setzt die Netztochter nach eigenen Angaben KI ein. Klassische Systeme suchen nach bekannten Angriffsmustern. Die KI erkennt zusätzlich ungewöhnliche Aktivitäten im IT-Netz. Sie stuft mögliche Sicherheitsvorfälle automatisch ein.
Der Praxistest steht noch aus
Auch bei der Netzregelung prüft die Netztochter nach eigenen Angaben KI. Im Verbundprojekt "EnEff_Netzregelung" erforscht sie mit der Universität Bremen (Institut für Automatisierungstechnik), der Hafen-City Universität Hamburg (Bereich Technisches Infrastrukturmanagement) und dem Fernwärmeverband AGFW, wie sich Fernwärme- und Fernkältenetze effizienter betreiben lassen.
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Ein Grund dafür ist die steigende Einspeisung erneuerbarer Wärme aus Geothermie. Gefördert wird das Projekt nach Angaben der Netztochter vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Nach Angaben der SWM-Netztochter läuft das Vorhaben bis März 2027.
Die Partner setzen laut Universität Bremen auf einen vorausschauenden Regler: den Model-Predictive-Control (MPC). Er berechnet anhand von Prognosen zur Wärmelast geeignete Regelstrategien. Ein vollständiger digitaler Zwilling wäre dafür nach Angaben der Netztochter zu langsam. Daher setzt das Projekt auf ein trainiertes Ersatzmodell, ein sogenanntes Surrogat-Modell. Es arbeite laut Netztochter schneller, allerdings mit geringfügig höheren Modellfehlern.
Wie viel Potenzial steckt im Regler?
Zunächst untersuchte die Netztochter anhand historischer Betriebsdaten, wie das Netz mit dem MPC-Regler gefahren worden wäre. Die Sprecherin erklärt auf Anfrage: "Damit kann ein Potenzial belegt werden. Eine Integration in unsere Systeme wird vorbereitet und eine Testfahrt zur Überprüfung der theoretischen Potenziale in der Praxis wäre wünschenswert."
Prognoseabweichungen beeinflussen die Ergebnisse. Die Sprecherin erläutert: "KI stößt bei Prognosen an Grenzen, da noch nicht alle Einflussparameter gut verstanden sind und letztlich nur wiedergegeben werden kann, was gelernt wurde."
Darf die KI selbst steuern?
Wie lässt sich KI in bestehende Anlagen integrieren, ohne die Sicherheit kritischer Infrastruktur zu verletzen? Laut Netztochter soll die KI bei einem Praxistest nur über klar definierte Signale mit den Anlagen kommunizieren. Die bestehenden lokalen Regelungssysteme bleiben erhalten und übernehmen weiterhin die Regelung, wenn keine neuen Signale kommen oder Grenzen verletzt werden.
Nach Angaben der Netztochter soll die KI Vorschläge liefern, die Steuerung aber nicht selbst übernehmen. Das gilt laut Netztochter auch für Dokumentation und Cyberabwehr. Ganz nach dem Prinzip "Human in the Loop". Der Mensch müsse vorerst in jede Entscheidung eingebunden bleiben. Die KI arbeite ihm dabei lediglich zu.
Was muss bis zum Regelbetrieb passieren?
Ob die Verfahren halten, was die Rechnungen versprechen, zeigt erst der Betrieb. Die Netztochter nennt dafür verlässliche Daten und eine Testfahrt. Für das Fernwärmeprojekt steht die Testfahrt noch aus.
Offen bleibt eine Frage, die über München hinausreicht: Wie viel Automatisierung verträgt die Netzsteuerung, wenn Daten lückenhaft sind?
