SIEMENS

Großbreitenbach als Teil eines der revolutionärsten und komplexesten Projekte der Welt? Das würde den Einwohnern der 2.700-Seelen-Gemeinde im Thüringer Wald wohl weniger in den Sinn kommen. In dem beschaulichen Erholungsort ist man vielmehr stolz auf seine prominenten Töchter: die Wintersport-Legenden, Olympiasiegerinnen und Weltmeisterinnen, Manuela und Andrea Henkel. Im Sommer ist der heimische Kräutermarkt das Gesprächsthema, mitunter auch die Wahl der „Thüringer Olitätenmajestät“.

Seit einiger Zeit ist die Stimmung jedoch getrübt, was mit einer Entscheidung der deutschen Bundesregierung zusammenhängt – die will das deutsche Energiesystem schrittweise auf erneuerbare Energien umstellen. Bis 2020 soll der Ökostromanteil auf 35 Prozent steigen, bis 2050 auf 80 Prozent. Und 2022 sollen im letzten Kernkraftwerk die Lichter ausgehen. „Wir erleben derzeit einen weltweit einmaligen Umbauprozess, der in seiner Komplexität einzigartig ist“, sagt Stephan Kohler, Chef der deutschen Energieagentur. Das Problem: Wer die Energiewende will, muss auch Ja sagen zum Ausbau von Stromnetzen, Speichersystemen und Windkraftanlagen.

Die Großbreitenbacher, vor deren Haustür eine der großen Starkstromtrassen entstehen soll, die die grüne Energie von Windparks im Norden in die Verbrauchszentren im Süden transportiert, haben erst einmal Nein gesagt – und Bürgerinitiativen gegründet. Doch alles hängt mit allem zusammen: der Windpark in der Nordsee, das Dorf in Thüringen und der Erfolg der grünen Zukunftsvision. „Das macht die ganze Sache so kompliziert“, sagt Kohler.

Während die Großbreitenbacher die ihnen zugedachte Rolle bei der Energiewende kritisch sehen, sind die Wildpoldsrieder im 400 Kilometer entfernten Allgäu fleißig dabei, selbst ein komplexes Stück Zukunft zu erproben. Die 2.500-Seelen-Gemeinde nimmt vieles vorweg, was in Deutschland erst in ferner Zukunft Realität werden kann: Bereits heute produziert das Dorf mit seinen Dutzenden Photovoltaik-, Biomasse- und Windanlagen doppelt soviel Strom, wie es selbst verbraucht. Die großen Ökostrom-Überschüsse bringen das kommunale Netz allerdings an seine Grenzen – so kommt es je nach Sonne und Wind zeitweise zu Leistungsunterschieden von 40 Megawatt innerhalb einer halben Stunde.

Um das Netz stabil zu halten, testen die Allgäuer Überlandwerke zusammen mit Siemens ein Smart Grid. Ein solch intelligentes Stromnetz ist ein wichtiger Baustein des künftigen Energiesystems, denn nur so können die vielen komplexen Vorgänge innerhalb eines Netzes mit vielen erneuerbaren Energiequellen ausbalanciert werden. In Wildpoldsried soll ein Energieautomatisierungssystem mit Hilfe von Software-Agenten selbstständig den Stromfluss steuern und Einspeisung und Verbrauch im Gleichgewicht halten. Im weiteren Verlauf des Forschungsprojekts sollen zudem noch 32 Elektroautos integriert werden. Interessierte Wildpoldsrieder können die kleinen Elektroflitzer leasen – und zugleich sollen sie als Zwischenspeicher für Überschuss-Strom dienen.

Doch nicht nur unser Energiesystem wird immer komplizierter. Auch in Städten formen Infrastrukturen vielfach miteinander verwobene Gebilde. Je mehr Menschen sich in den Ballungsräumen drängen, desto unübersichtlicher wird das System. So wird es 2015 weltweit mindestens 25 Großstädte mit mehr als zehn Millionen Einwohnern geben – die größten Ameisenhaufen mit ein paar Millionen Insekten sind dagegen bescheiden in ihrer Komplexität. Entsprechend groß können die Konsequenzen sein, die jeder Eingriff nach sich ziehen kann. So kann der Bau einer Metrolinie großen Einfluss auf umliegende Energie- und Wassernetze sowie auf die Anwohner selbst haben. Bislang lassen sich all die Wechselwirkungen und ihre Konsequenzen nur schwer abschätzen, was Entscheidungen nicht leichter macht.

Städte simulieren. Diese vertrackten Vernetzungen wollen Wissenschaftler von Siemens Corporate Technology (CT) entwirren. Die Experten haben eine Software-Plattform entwickelt, mit der Nutzer das Gebilde Ballungsraum ganzheitlich betrachten und Eingriffe simulieren und planen können. Mit wenigen Klicks können die Wissenschaftler ganze Straßenzüge in einer virtuellen Stadt entstehen lassen. Der Computer zeigt ihnen dabei, welche Konsequenzen die Bauschritte auf die Umgebung haben – etwa auf den Verkehr oder die Energiebilanz eines Viertels. Zudem arbeiten sie daran, sozioökonomische Indikatoren wie die Beschäftigungsrate oder die Wirtschaftsleistung pro Kopf abzuleiten. Auch sollen in Zukunft Faktoren wie lokale Baubestimmungen oder Energieeffizienzvorgaben in die Simulation einfließen – ebenso wie Informationen über globale Klimatrends oder demographische Entwicklungen, denn auch solche langfristigen Effekte können Bauvorhaben beeinflussen.

Mag eine Stadt schon an der Oberfläche sehr komplex erscheinen – so ruht doch eine ihrer größten Herausforderungen unsichtbar im Untergrund: Verborgen unter dem Asphalt durchzieht ein endloses Gewirr an Wasserleitungen wie ein Spinnennetz unsere Metropolen. Mit dem Wachstum der Städte wurde auch dieses Labyrinth immer weiter ausgebaut – allein London verfügt mittlerweile über ein 30.000 Kilometer langes Leitungsnetz. Das Problem: die Lecks, die sich selbst in wohlhabenden Städten bilden. Wenn London seine Leckagen nur um ein Prozent reduzieren würde, könnte die Millionenstadt damit weitere 224.000 Menschen versorgen.

In Entwicklungsländern ist die Situation noch dramatischer: Dort fließen laut Weltbank täglich 45 Millionen Kubikmeter Trinkwasser durch Lecks ins Erdreich. Das bedeutet nicht nur einen Verlust an kostbarem Nass, sondern auch an Wasserqualität, denn durch die Risse können Verunreinigungen ins Leitungsnetz gelangen. Die kleinen Leckagen sind bisher nur aufwändig und schwer zu orten, etwa weil nur an wenigen Stellen im Rohrnetz Messungen stattfinden oder Durchflussmesser installiert sind. Siemens-Wissenschaftler haben nun ein System entwickelt, das selbst kleinste Risse in großen Leitungsnetzen automatisch aufspüren kann. Dabei misst das System in den verbrauchsarmen Nachtstunden den Wasserverbrauch in verschiedenen Teilen des Netzes und ermittelt den jeweiligen Soll-Wert. Wird dieser Wert in Folge überschritten, ist das ein Hinweis auf ein Leck – das System schlägt Alarm.

Mit solchen intelligenten Systemen lässt sich nicht nur die Trinkwasserversorgung überwachen, sondern auch der Verkehrsfluss an der Oberfläche in geregelte Bahnen lenken. Denn die wachsenden Blechlawinen sind mancherorts kaum mehr zu kontrollieren. So sind in Indonesiens Megacity Jakarta knapp sieben Millionen Fahrzeuge unterwegs, jeden Tag kommen über 1.100 neue Autos und Motorräder hinzu. Der daraus resultierende Dauer-Stau verursacht hohe Kosten: Nach einer Untersuchung des Umweltexperten Firdaus Ali von der University of Indonesia belaufen sich die wirtschaftlichen Schäden der Blechlawinen jährlich auf rund drei Milliarden US-Dollar – nur wegen des Verlustes produktiver Arbeitszeit und den steigenden Gesundheitskosten aufgrund der schlechten Luftqualität.

In der chinesischen 8,5-Millionen Metropole Wuhan dagegen hat sich die Verkehrsituation mittlerweile etwas entspannt – auch dank eines ausgeklügelten Verkehrsmanagementsystems von Siemens. Dort hat das Unternehmen 420 Kreuzungen, Abzweigungen und Knotenpunkte mit Kameras ausgestattet, die den Verkehrsfluss beobachten. Die digitalen Späher schicken ihre Informationen an die Leitzentralen, wo Computer die optimale Ampelschaltung berechnen, um Staus und Behinderungen möglichst zu vermeiden. Auch Berlin setzt auf digitale Helfer, um auf seinen Straßen einen guten Überblick zu behalten. In Deutschlands größter Stadt hat Siemens im Jahr 2005 eine der modernsten Verkehrsleitzentralen in Betrieb genommen. Von dort aus können über 1.700 Ampelanlagen und 300 Schilderbrücken vollautomatisch verkehrs- und tageszeitenabhängig gesteuert werden.

Apps für Elektroautos. Je größer und dichter unsere Verkehrs-, Wasser- oder Energienetze werden, desto mehr Computerhilfe müssen wir in Anspruch nehmen, um der Komplexität noch Herr zu werden. Die Digitalisierung und die Anbindung von Geräten aller Art ans Internet wachsen dabei rasant: Bereits 2015 sollen weltweit 15 Milliarden intelligente Geräte miteinander verbunden sein, haben die Experten des Marktforschungsunternehmens IDC errechnet. 2020 sollen es über 50 Milliarden sein. Das stellt die Wissenschaftler wiederum vor neue Herausforderungen: So sollen die digitalen Helfer Hackern keine Chance bieten und zugleich selbst möglichst einfach und intuitiv zu bedienen sein. Daran arbeiten auch die CT-Experten im Usability-Labor und entwickeln neue Konzepte, um komplexe Systeme und Geräte einfacher bedienen zu können – das reicht von Computertomographen in der Medizin bis zu neuen Apps, die das Laden von Elektroautos erleichtern sollen.

Doch um komplexe Großprojekte wie etwa die Stromautobahn nahe Großbreitenbach umsetzen zu können, muss man weit mehr tun, als nur ihre Bedienung zu vereinfachen. Wie man auch die unterschiedlichsten Meinungen unter einen Hut bringen kann, haben die Schweizer vorgemacht: Dort sollte im Kanton Aargau eine Reststoffdeponie entstehen. Am Ende der Verhandlungen sprachen sich sogar die Bewohner der betroffenen Gemeinden für den Abfall vor der Haustüre aus. Das Geheimnis: Der Kanton überließ die endgültige Standortwahl den Bürgern selbst.