Energie & Versorgung
Netzdokumentation und Energiepotenziale
Die unterirdische Infrastruktur
Deutschland ist de facto unterkellert. Überall dort, wo der Mensch wohnt, lebt und arbeitet, hat er sich eine unterirdische Infrastruktur aus vielfältigen Leitungsnetzen zugelegt: Strom-, Gas-, Wasser- und Abwasserleitungen machen den Löwenanteil aus. Aber auch Glasfaserkabel und Piplines für Öl und Chemikalien zählen dazu. Noch bis in die 90er Jahre hinein wurden all diese Leitungsverläufe auf Papierkarten dokumentiert. Doch die Branche zählt zu den Pionieren der Digitalisierung ihrer Geodaten. Mit allen Problemen, die ein früher Einstieg in neue Techniken so mit sich bringt.
Es sind beeindruckende Zahlen: Rund 400.000 Kilometer Gasleitungen liegen in Deutschland. Das entspricht der Strecke von der Erde zum Mond. Rund 1,6 Millionen Kilometer Stromleitungen, über 70 Prozent davon unterirdisch verlegt, versorgen nahezu jeden Haushalt mit Energie. Die Länge aller Trinkwasserleitungen und Abwasserkanäle, die in den zurückliegenden 100 Jahren gebaut wurden, kann man hingegen nur schätzen. Aber auch hier dürfte eine siebenstellige Zahl zusammen kommen. Zivilisation, so scheint es, ist vor allem eine Sache des Leitungsbaus.
Und seit Leitungen gebaut werden, dokumentieren die verantwortlichen Betreiber ihren Verlauf und die dazu gehörenden, speziellen technischen Daten vom Wasserdruck im Kanal bis zur Netzspannung beim Strom. Nach rund 100 Jahren auf dem Papier sind die Energieversorger und Stadtwerke seit über zehn Jahren damit befasst, diese Geodaten in unzähligen Einzel-Projekten zu digitalisieren. Neben der Vermessungsverwaltung sind die Leitungsnetzbetreiber deshalb die klassischen Kunden für die Hersteller von Geoinformationsssystemen (GIS). Die Anforderungen der Energiewirtschaft haben nicht selten sogar die Entwicklung der GIS-Lösungen entscheidend beeinflusst.
Allerdings sind in diesem Bereich auch die typischen Probleme einer frühen Umstellung auf digitale Techniken zu beobachten. Viele Versorger, Kanalbetreiber und Stadtwerke stehen heute vor der Aufgabe, ihre digitalen Kartendaten aus der Anfangszeit in neue Datenbanksysteme überführen zu müssen. Der frühe Sprung ins digitale Zeitalter begann bei Ihnen meist mit noch unvernetzten Einzelplatzlösungen. Heute sind webbasierte Auskunftssysteme gefordert und möglich geworden, die die Daten mit einfachen graphischen Oberflächen jedem potenziellen Benutzer innerhalb und außerhalb des Versorgungsunternehmens leicht zugänglich machen.
Neue Anforderungen an die Datennutzung
Auch die Anforderungen an das Management der Stromnetze hat sich vor dem Hintergrund liberalisierter Märkte geändert. Stand über Jahrzehnte unbedingte Versorgungssicherheit im Vordergrund, sind heute bei Wartung und Pflege der Leitungen auch Kosten-Nutzen-Abwägungen gefragt. Zudem haben sich viele Unternehmen mittlerweile Vertriebsstrukturen zugelegt, die ebenfalls Datengrundlagen aus dem Netzmanagement nutzen: Hausanschlüsse bei Gas kann man schließlich nur dort anbieten, wo man entsprechende Zuleitungen besitzt. So stehen viele Leitungsnetzbetreiber und ihre GIS-Dienstleister vor einer doppelten Herausforderung: Sie müssen einerseits vorhandene Daten durch umfangreiche Migrationsprojekten schleusen und dabei zugleich die Struktur der Daten den neuen Nutzeranforderungen anpassen.
Ein Beispiel dafür sind die Auskunftspflichten der Netzbetreiber im Vorfeld geplanter Bauarbeiten. Wer immer in Deutschland eine Baggerschaufel in die Erde versenkt, muss sich zuvor kundig machen, welche Leitungen ihn dort in welcher Tiefe erwarten. Aus Sicht der Netzbetreiber eine sensible Sache: Die Leitungsverläufe stellen sicherheitsrelevante Information über ihr Anlagevermögen dar, die nur an autorisierte Stellen weitergegeben werden sollen, also beispielsweise an Bauunternehmen, Handwerker und Planer mit nachgewiesenen beruflicher Notwendigkeit. Die Daten einfach per Internet frei zugänglich zu machen, ist deshalb nicht möglich. Andererseits ist die Web-Technolgie mittlerweile problemlos in der Lage, entsprechende personalisierte Zugriffe zu managen und wie in einem Internetshop auch noch fällige Gebühren abzurechnen.
Die Bonner AED-Sicad AG beispielsweise hat für die Energieversorgung Oberhausen eine webbasierte so genannte Bauauskunft geschaffen, in dem registrierte Nutzer selbstständig die notwendigen Daten einsehen können. Der Auskunftssuchende navigiert in einem digitalen Stadtplan an die gesuchte Stelle, gibt einige Daten ein (Projektname, Verwendungszweck, usw.) und kann die die relevanten Netzdaten herunterladen. Was simpel klingt, erfordert aus Sicht der Netzbetreiber vielfache Absicherung, nicht nur damit keine Unbefugten auf die Daten zugreifen, sondern auch hinsichtlich der Rechtsverbindlichkeit der Planauskünfte. Es müssen daher umfangreiche Prozessroutinen im Hintergrund eines solchen Auskunftssystems aufgebaut werden, damit zum Beispiel stets aktuelle Daten zur Verfügung stehen. Ein Leitungsnetz ist nichts wirklich Statisches. An irgendeiner Stelle wird immer gerade ausgebaut, nachgebessert, erweitert.
Datenpflege als fortwährende Herausforderung
Zahlreiche aktuelle Projekte befassen sich vor diesem Hintergrund auch mit der Frage, wie man jüngste Änderungen gar nicht erst auf Papier bannt, sondern sofort digital erfasst. Immer häufiger werden deshalb Vermesser mit Tablett-PCs augerüstet, mit denen sie über mobile Internetverbindungen direkten Zugriff auf die Leistungsdaten und -karten der zentralen Datenbank haben und neu eingemessene Leitungen direkt dort eintragen können. Im gleichen Moment stehen sie dann auch im zentralen Auskunftssystem zur Verfügung. Theoretisch sind damit die Zeiten vorbei, als Pläne händisch nachgeführt wurden und Karten kaum mehr lesbar waren, weil schon drei Generation von Netztechnikern und Vermessern Änderungen eingetragen und Tinte weggekratzt haben. Praktisch sehen sich Netzbetreiber aber immer mal wieder mit solchen Fundstücken aus ihren Archiven konfrontiert, wenn auch als Rasterdaten-Scan aus der ersten Digitalisierungswelle. Eine flächendeckende und einheitliche Datenbasis zu erzeugen gleicht dem Projekt „Eiffelturm streichen“: Ist man oben fertig, blättert unten die Farbe bereits wieder ab.
Hat ein Netzbetreiber allerdings eine gute Datengrundlage erzeugt, in der neben allen Leitungsverläufen seines Stromnetzes auch die topographischen Karten seines Versorgungsgebietes, die Umspannanlagen, die Trafostationen und alle Hausanschlüsse der Kunden enthalten sind, besitzt er ein mächtiges Planungs- und Managementwerkzeug. Die Verbindung aus Hausanschlussnummer, Verbrauch, technischer Information und räumlichem Bezug bietet ihm jederzeit ein detailliertes Bild der Versorgungssituation. Möglich sind dann auch Schnittstellen von den räumlichen zu den Sachdaten dieser technischen Infrastruktur. Einfaches Beispiel für den Nutzen: Umbauten und Planungsvarianten lassen sich am Bildschirm durchspielen und berechnen. Von einem Abriss betroffene Gebiete werden einfach mit der Maus umkreist und per Klick, sind alle darin enthaltenen Anschlüsse, ihre technischen Daten und Leistungen auf dem Monitor sichtbar, ebenso wie bei digital hinzugefügten Erweiterungen. Entsprechende Datenverknüpfungen vorausgesetzt, können sogar umgehend die Material- und Baukosten der neu zu verbuddelnden Leitungen abgefragt werden.
Erneuerbare Energie mit Geoinformationen erschließen
Auch die erneuerbaren Energie aus Sonne, Wind, Wasserkraft, Erdwärme und Biomasse können nur mit Hilfe von geographischen Informationen erschlossen werden. Das beginnt bei der Standortplanung etwa von Windkrafträdern oder so genannten Energiepotenzialkarten, in denen zum Beispiel die Möglichkeiten der Erdwärme (Geothermie) eingetragen ist. Und es endet beim Monitoring von Photovoltaikanlagen. Hier sorgen verschiedenen Verfahren der punktgenauen Auswertung von Wetterdaten für eine Datenbasis, die für jeden Standort solarer Energiegewinnung einen theoretisch möglichen Wert der Energieausbeute angibt. Dieser lässt sich mit der tatsächlich erzeugten Energie vergleichen und so kann der Effizienzgrad einer Photovoltaikanlage fortlaufend bestimmt und überwacht werden.
Der Rhein-Sieg-Kreis hat Anfang 2008 eine umfangreiche Potenzialstudie zur Energiebilanz der Region Bonn-Rhein-Sieg vorgelegt, in der man gleich alle neuen Energieträger berücksichtigte. Mit Hilfe zahleicher raumbezogener Daten und geographischer Analysetechnik ging man der Frage nach, ob die Region über genügend eigene Ressourcen bei erneuerbaren Energien verfügt, um ihren Energiebedarf weitgehend autark zu decken. Ausgangsbasis der Studie waren zum einen amtliche Geobasis- sowie Geofachdaten staatlicher Stellen, die von den Kommunen des Untersuchungsgebiets und verschiedenen Einrichtungen des Landes Nordrhein-Westfalen stammten, etwa von der Landesvermessung, dem Landesamt für Datenverarbeitung und Statistik, dem Geologischen Dienst NRW und dem Landesbetrieb Wald und Holz. Zum anderen wurden von der Wirtschaftsförderung die größten Industrieunternehmen im Rhein-Sieg-Kreis nach Firmendaten über ihre Energieverbräuche befragt sowie die Energieverbräuche der privaten Haushalte hochgerechnet.
Das aus diesen Daten abgeleitete, theoretisch denkbare und technisch realisierbare Potenzial für Solar- und Windkraft, Geothermie und Biomasse der Region Bonn-Rhein-Sieg wurde schließlich in einem einheitlichen 250 mal 250 Meter Raster kartographisch dargestellt, sprich: Für jede Fläche im Untersuchungsgebiet gibt es einen statistischen Wert des dort vorhandenen Energiepotenzials. Parallel dazu wurde der ermittelte Energiebedarf von Haushalt und Betrieben ebenfalls in einem 250 mal 250 Meter Raster modelliert. Aus der Differenz des Potenzials einerseits und des Bedarfs andererseits entstand schließlich ein Bilanzraster mit energetischem Überschuss oder Mangel für die Region und ihre Teilräume. Damit kann die potenziell mögliche Energieautarkie – bei einer angenommenen 100 prozentigen Ausnutzung des erneuerbaren Potenzials – für jede einzelne Gemeinde und jeden Stadtteil im Landkreis Rhein-Sieg und in Bonn abgeleitet werden.
Das Ergebnis ist übrigens positiv: Mit den in der vorliegenden Studie getroffenen Annahmen weisen der Rhein-Sieg-Kreis und Bonn ein kumuliertes Potenzial an erneuerbaren Energieträgern auf, das den Strom- und Wärmebedarf der Region zu 123 Prozent decken könnte. Vor allem die Möglichkeiten der Erdwärme und der Solarenergie tragen dazu bei, während Windkraft und Biomasse nur ein ein geringeres Potenzial besitzen.
