Die Integration bestehender Infrastrukturen mit modernen erneuerbaren Energien und digitalen Systemen ist entscheidend für das Erreichen von Digitalisierungs- und Dekarbonisierungszielen. Die aktuelle Mischung aus alten und neuen Technologien macht dies jedoch zu einer Herausforderung. Zunehmend erkennen Betreiber und Investoren, dass Interoperabilität – also die Fähigkeit unterschiedlicher Systeme, Informationen nahtlos auszutauschen und zu nutzen – ein zentraler Erfolgsfaktor für die Twin Transition ist.
Wo wir heute stehen: Brownfield prägt die aktuelle Energieinfrastruktur
Die heutige Energieinfrastruktur ist überwiegend von Brownfield-Strukturen geprägt. Kostspielige Primäranlagen – wie Schaltanlagen, Leitungen und Transformatoren – sind auf eine Betriebsdauer von mehreren Jahrzehnten ausgelegt. Für Unternehmen, die die Vorteile der Digitalisierung nutzen möchten, ist es wirtschaftlich kaum sinnvoll, auf eine kostenintensive „Rip-and-Replace“-Strategie zu setzen.
Gleichzeitig stehen nationale Infrastrukturanbieter vor der Aufgabe, moderne Speicherlösungen und erneuerbare Erzeugungskapazitäten in bestehende Netze zu integrieren. Auch digitale Initiativen zur Unterstützung der Dekarbonisierung – etwa Demand Response, dynamische Tarife, Mikrogeneration und E-Mobilität – müssen berücksichtigt werden.
Die Integration moderner, digitaler Assets dient dabei nicht nur der Dekarbonisierung. Smart Grids erhöhen die Transparenz über den Zustand von Systemen und reduzieren das Risiko von Fehlern und gefährlichen Situationen – Sicherheit wird damit zu einem weiteren wichtigen Treiber für die Integration neuer digitaler Fähigkeiten.
Das Ergebnis ist eine fragmentierte Landschaft aus alten und neuen Systemen, unterschiedlichen Herstellern, vielfältigen Protokollen und nicht standardisierten Datenformaten. Interoperabilität erscheint unter diesen Voraussetzungen derzeit noch in weiter Ferne.
Den Mehrwert im Blick: Interoperabilität verspricht Effizienzgewinne und Einsparungen
Mindestens 10 Milliarden US-Dollar jährlich – so hoch ist das Einsparpotenzial durch Interoperabilität, das der GridWise Architecture Council für die US-amerikanische Stromwirtschaft identifiziert hat. Kritiker halten diese Schätzung sogar für konservativ.
Auch in Europa wächst die Erkenntnis, dass Interoperabilität in Smart Grids erhebliche Effizienzgewinne ermöglichen kann. Der Bericht der Europäischen Kommission zum Interoperable Europe Act nennt jährliche Einsparungen von bis zu 6,3 Millionen Euro für Bürgerinnen und Bürger sowie zwischen 5,7 und 19,2 Milliarden Euro für Unternehmen.
Auch in der Region Naher Osten und Nordafrika gewinnt Interoperabilität an Bedeutung. Hier konzentrieren sich die Bemühungen auf den Aufbau eines panarabischen Strommarktes, regionaler Stromnetze und deren Vernetzung. Die Weltbank schätzt, dass eine solche strategische Koordination der Region bis 2035 Einsparungen von 107 bis 196 Milliarden US-Dollar ermöglichen könnte – wobei Interoperabilität und Standardisierung einen wesentlichen Beitrag dazu leisten dürften.
Bislang ist die Interoperabilität jedoch in allen Regionen fragmentiert und stellt global betrachtet noch keine ausgereifte Fähigkeit von Energiesystemen dar. Die Dynamik nimmt jedoch zu: Insbesondere in Europa und den USA wächst der Druck, sich auf einheitliche Interoperabilitätsrahmen zu verständigen. Auch der Nahe Osten orientiert sich zunehmend an europäischen Entwicklungen. Ziel ist es, die Digitalisierung und Dekarbonisierung des Energiesektors zu beschleunigen und gleichzeitig Sicherheit, Schutz und Effizienz zu verbessern.
Was ist Interoperabilität? Ein vielschichtiges Konzept
Die globale Energieinfrastruktur ist noch weit von einem „Plug-and-Play“-Ansatz entfernt, wie er in anderen fortschrittlichen Branchen bereits Realität ist. Das wirft eine zentrale Frage auf: Wie kann der Energiesektor von diesen Beispielen standardisierter, interoperabler Systeme lernen? Um ihr volles Potenzial zu entfalten, muss Interoperabilität über den reinen Datenaustausch hinausgehen und mehrere Dimensionen umfassen:
- Technische Interoperabilität
Geräte und Systeme können Daten über standardisierte Protokolle austauschen (z. B. IEC-basierte Standards, offene Schnittstellen).
- Semantische Interoperabilität
Daten werden in einheitlichen Modellen beschrieben, sodass unterschiedliche Systeme sie gleich interpretieren (z. B. Common Information Model).
- Organisatorische/prozessuale Interoperabilität
Prozesse, Rollen und Verantwortlichkeiten sind so gestaltet, dass neue digitale Funktionen effektiv und sicher genutzt werden können.
In Europa haben Frameworks wie das Smart Grid Architecture Model und Initiativen von ENTSO-E wichtige Grundlagen für die Verbesserung der Interoperabilität in Energiesystemen geschaffen. Auch politische Initiativen der EU, darunter das Clean Energy Package und die Energy System Integration Strategy, heben Interoperabilität als zentrale Voraussetzung für ein dekarbonisiertes und zunehmend integriertes Energiesystem hervor.
Dennoch besteht weiterhin erheblicher Handlungsbedarf, um internationale Standards und gemeinsame Rahmenwerke zu etablieren, die Interoperabilitätsansätze zusammenführen und eine konsistente Umsetzung ermöglichen.
Praktische Ansätze zur Erreichung von Interoperabilität
Bis sich Interoperabilitätsstandards und Governance-Modelle etabliert, abgestimmt und breit verankert haben, stehen Betreibern verschiedene Strategien zur Verfügung, um die Interoperabilität zu verbessern und bestehende Infrastrukturen mit digitalen Lösungen zu verbinden.
Kritische Knoten zuerst digitalisieren
Anstatt alles gleichzeitig zu modernisieren, sollten Bereiche priorisiert werden, in denen Transparenz und Automatisierung den größten Mehrwert schaffen. Dazu zählen kritische Knotenpunkte wie Umspannwerke, wichtige Einspeisepunkte oder stark belastete Netzabschnitte.
Dieser Ansatz wird von SE Saudi Energy verfolgt, das die Plattform zenon von COPA-DATA zur Modernisierung kritischer Infrastrukturelemente einsetzt. Auch Elektrodistribucija Srbije in Belgrad verfolgt eine ähnliche Strategie mit mobilen Umspannwerken, die schnellere Reaktionen im Störfall ermöglichen und den Wiederaufbau bestehender Umspannwerke im Netz unterstützen.
„Wrap and Extend“-Ansatz
Statt „Rip and Replace“ verfolgt der „Wrap and Extend“-Ansatz das Ziel, eine digitale Schicht über bestehende Anlagen und Systeme zu legen. Diese Schicht verbindet unterschiedliche Protokolle, erfasst Daten, ermöglicht moderne Visualisierung und Analytik und unterstützt Funktionen wie Fernzugriff oder Zustandsüberwachung.
SE Saudi Energy setzte diesen Ansatz beim Ausbau seines Mittel- und Hochspannungsnetzes in den südlichen Provinzen ʽAsir, Al-Bahah, Jazan und Najran ein. Durch die Überlagerung von zenon auf bestehende, fernüberwachte Schaltanlagen entlang von Freileitungen konnte der Wartungsaufwand reduziert, die Arbeitssicherheit erhöht und die Netzstabilität in dieser großflächigen Region verbessert werden.
Standardisierte Kommunikations- und Datenmodelle einführen
Dieser pragmatische Ansatz setzt auf die schrittweise Einführung standardisierter Protokolle und Informationsmodelle, wie sie von Organisationen wie NIST, ENTSO-E, CEN-CENELEC-ETSI sowie den EU Rolling Plans empfohlen werden.
Salzburg AG verfolgt diesen Ansatz, indem die Steuerungstechnologie ihrer Wasserkraftwerke mit zenon standardisiert wurde. Dadurch entstand eine einheitliche Systemarchitektur und Benutzeroberfläche auf Basis von IEC 60870-5-104, die einen sicheren und effizienten Datenaustausch über IP-Netzwerke sowie schnellere Reaktionen in kritischen Situationen ermöglicht.
OT/IT-Integration gezielt gestalten
Moderne Smart Grids benötigen eine Verbindung zu IT- und Cloud-Umgebungen für Analytik, KI und neue Services. Dadurch können Anwendungen wie Prognosen oder Optimierungen realisiert werden, ohne die operative Ebene zu beeinträchtigen.
Ein klar definierter OT/IT-Gateway bzw. eine Plattform fungiert dabei als Übersetzer, der energiespezifische Protokolle sicher mit IT- und Cloud-Systemen verbindet. Dieser Ansatz wurde in der Stadt Weiz umgesetzt, um eine zukunftsfähige Plattform zur Integration kommunaler Organisationen zu schaffen.
Arbeitssicherheit: die Rolle von Digitalisierung und Interoperabilität
Wie die dargestellten Praxisbeispiele zeigen, bieten diese vier Ansätze Betreibern konkrete Möglichkeiten, bestehende Brownfield-Assets erfolgreich mit neuen digitalen Technologien zu integrieren. Neben der Einbindung moderner erneuerbarer und CO₂-armer Lösungen ergeben sich zusätzliche Vorteile – insbesondere im Bereich der Arbeitssicherheit.
Bessere Entscheidungen durch Transparenz
Digitale Smart Grids liefern Echtzeitinformationen zu Schaltzuständen, Lastflüssen, Spannungen, Temperaturen, Alarmen und Ereignissen. Das unterstützt die Risikobewertung und Entscheidungsfindung. Klare Visualisierungen und konsistente Alarmkonzepte reduzieren die Arbeitsbelastung und helfen, Fehlinterpretationen zu vermeiden.
Digitale Verriegelung und sichere Schaltprozesse
Moderne Leitsysteme und Smart-Grid-Plattformen implementieren logische Verriegelungen, Vier-Augen-Prinzipien und geführte Schaltabläufe. Die Kombination aus technischen Sicherungsmechanismen und klar definierten Prozessen erhöht die Sicherheit bei Arbeiten im Netz erheblich.
Ereignisaufzeichnung und Analyse
Eine detaillierte Ereignisprotokollierung ist ein bewährtes Mittel zur Analyse von Störungen und Beinahe-Unfällen, um Sicherheitsmaßnahmen gezielt zu verbessern. Datenbasierte Auswertungen ermöglichen neue Einblicke in Risikomuster und gefährliche Verhaltensweisen und unterstützen den Übergang zu einem lernenden Sicherheitsmanagement, das sich kontinuierlich auf Basis realer Betriebsdaten weiterentwickelt.
Cybersicherheit als Grundlage physischer Sicherheit
Manipulationen von Schaltbefehlen oder Messwerten können direkte physische Gefahren verursachen und müssen daher verhindert werden. Ein strukturierter Ansatz zur Systemsicherheit und zum Schutz kritischer Assets reduziert das Risiko, dass Angriffe oder Fehlkonfigurationen zu gefährlichen Situationen führen. Für Betreiber bedeutet das: Interoperabilität, Cybersicherheit und Arbeitssicherheit müssen gemeinsam gedacht und umgesetzt werden.
Interoperabilität in den Smart-Grid-Plattformen der Zukunft
Auch wenn ein vollständig interoperables Energieökosystem noch nicht Realität ist, existieren bereits praktikable Ansätze zur Verbesserung der Interoperabilität. Interoperable Smart-Grid-Plattformen schaffen eine herstellerneutrale, standardbasierte Ebene, die bestehende Systeme mit neuen Technologien verbindet und eine schrittweise Digitalisierung ohne aufwendige Einzelintegrationen ermöglicht.
Interoperabilität wird eine zentrale Voraussetzung für zukünftige Energiesysteme sein. Durch die Auswahl digitaler Plattformen, die sich an sich weiterentwickelnden Energiestandards und Interoperabilitätsrahmen orientieren, können Betreiber eine solide Grundlage für die nächste Generation von Smart Grids schaffen – und sich gleichzeitig auf neue Entwicklungen wie KI-gestützte Steuerung, Edge Computing und zunehmend dezentrale Energiesysteme vorbereiten.
