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Künstliche Intelligenz macht Stromnetz fit

Entwickelte eine digitale Daten­expertin für die Energieversorgung: Prof. Dr. Stefan Gürtler.  Foto: FHNW

Entwickelte eine digitale Daten­expertin für die Energieversorgung: Prof. Dr. Stefan Gürtler. Foto: FHNW

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW haben bei einem Stromversorger künstliche Intelligenz zum Einsatz gebracht. Sie versprechen, die Kunden profitierten von der digitalen Mitarbeiterin, und der Datenschutz sei gesichert.

In der Gemeinde Jegenstorf im Kanton Bern hat die Zukunft bereits begonnen. Denn der dort ansässige Stromversorger Elektra hat probeweise eine ganz besondere Mitarbeiterin eingesetzt: eine künstliche Intelligenz. Die digitale Datenexpertin lernt selbstständig dazu und hilft den Mitarbeitenden aus Fleisch und Blut, die Herausforderungen in einem immer unsicherer werdenden Strommarkt zu meistern.

Die virtuelle Mitarbeiterin haben Stefan Gürtler und sein Team entwickelt. Der Professor an der Hochschule für Wirtschaft der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW ist überzeugt, dass Energieversorger in Zukunft kaum mehr auf den Einsatz künstlicher Intelligenzen  verzichten können.

Ein Grund dafür ist die Energiewende, die zwar viele Chancen biete, aber auch für Unsicherheiten sorge, so Gürtler. Es gibt neuerdings die unterschiedlichsten Möglichkeiten, Strom zu produzieren – bis hin zur Eigenproduktion der Kunden, die ihren Strom gleich selbst wieder verbrauchen wollen. Zudem führt zum Beispiel die Elektromobilität dazu, dass mancherorts der Stromverbrauch stark steigt. Aber im Stromnetz muss man immer gleich viel Strom produzieren, wie gerade verbraucht wird, sagt Gürtler: «Diese Balance zu halten, wird immer anspruchsvoller.» Deshalb sollten Energieversorger die Entwicklungen in ihrem Versorgungsgebiet genau kennen und Veränderungen möglichst weit im Voraus erkennen.

Grosse Datenmengen analysieren

Viele der dafür nötigen Daten seien längst verfügbar, sagt Gürtler. Man verwende sie aktuell, um Rechnungen zu stellen oder das Stromnetz zu überwachen. Doch prinzipiell könne man daraus viel mehr machen. Bloss schaffen es die bisherigen Computerprogramme nicht, die vielen Daten in Beziehung zueinander zu setzen, um zum Beispiel herauszufinden, wie sich Energieverbrauch und Netzbelastung entwickeln werden.

Darum haben die Forschenden der FHNW in viermonatiger Arbeit eine virtuelle Datenexpertin beim Energieversorger Elektra zum Einsatz gebracht. Die digitale Mitarbeiterin analysierte, wie sich der Einsatz von Wärmepumpen und die Verbreitung von E-Mobilität im Versorgungsgebiet jüngst entwickelten und künftig wahrscheinlich entwickeln werden. Somit ist die Elektra Jegenstorf fitter für die künftigen Herausforderungen des Strommarkts.

Schwachstellen finden

Die Einsatzmöglichkeiten der künst­lichen Intelligenz sind gemäss Stefan Gürtler vielfältig. «Beim Durchforsten der Daten könnte der Algorithmus künftig zum Beispiel auch Schwachstellen im Stromnetz finden und melden», erklärt er. So würden Stromanbieter noch effizienter.

Doch zu welchem Preis? Müssen die Kunden fürchten, gläsern zu werden? «Nein», sagt der FHNW-Professor. Die Stromversorgungsverordnung schreibe strenge Datenschutzbestimmungen vor: «Es geht nur darum, Muster zu erkennen. Die analysierten Daten sind anonymisiert.»

Am Ende profitierten die Kunden von der Entwicklung, sagt Gürtler: «Erst wenn der Stromanbieter sein Netz ganz genau kennt, kann er frühzeitig auf neue Entwicklungen reagieren und zum Beispiel gezielt an den richtigen Orten die Infrastruktur für E-Mobilität ausbauen.»
FHNW

«Beim Durchforsten der Daten könnte der Algorithmus künftig zum Beispiel auch Schwachstellen im Stromnetz finden und melden.»

Stefan Gürtler, Hochschule
für Wirtschaft FHNW


Geodaten bereichern den Schulunterricht

Die Online-Landeskarten des Bundes bieten eine Fülle von ortsbezogenen Informationen. Die Pädagogische Hoch­schule der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW entwickelt daraus Unterrichtsideen – nicht nur für das Fach Geografie.

Virtuelle Zeitreise von 1946 nach 2019. Der rote Regler geht mitten durch den heutigen FHNW-Campus Brugg-Windisch. Screenshot von map.geo.admin.ch

Virtuelle Zeitreise von 1946 nach 2019. Der rote Regler geht mitten durch den heutigen FHNW-Campus Brugg-Windisch. Screenshot von map.geo.admin.ch

Herkömmliche Landkarten und Schulatlanten haben einen Nachteil: Sie sind früher oder später veraltet. Im Internet hingegen können Kartendaten à jour gehalten und jederzeit aktuell abgerufen werden. Dies macht sich die Pädagogische Hochschule FHNW zunutze: Sie entwickelt auf der Basis von map.geo.admin.ch, dem Online-Kartenviewer des Bundes, Unterrichtsmaterialien für die Volksschule. Dafür zuständig ist Lorenz Möschler am Institut Weiterbildung und Beratung der Pädagogischen Hochschule FHNW. «Zusammen mit Experten des Bundesamts für Landestopografie Swisstopo und Lehrpersonen filtern wir aus dem umfangreichen Datenmaterial geeignete Themenkarten heraus, aus denen dann Unterrichtseinheiten entstehen», sagt Möschler.
Das Projekt heisst sCHoolmaps – digitale Karten des Bundes für die Schule. Es ist bei imedias, der Beratungsstelle Digitale Medien in Schule und Unterricht der Pädagogischen Hochschule FHNW, angesiedelt. Diese unterstützt Lehrpersonen und Schulen bei der Umsetzung des Lehrplan-21-Moduls Medien und Informatik und bei der Integration von Informations- und Kommunikationstechnologien in den Unterricht.

Für viele Fächer geeignet

Im sogenannten Kartenviewer kann man nach Geoinformationen suchen, die weit über das Wanderwegnetz für die Planung der Schulreise hinausreichen. Neben klassischen Kartendaten wie Bodennutzung oder Höhenprofile können zum Beispiel Erdbebenzonen, die Badegewässerqualität, Lufttemperaturen in Echtzeit, die Verbreitung von invasiven Neophyten oder Standorte von Elektrotankstellen und 5G-Antennen dargestellt werden. Insgesamt stehen über 700 Datensätze zur Auswahl, und die Sammlung wächst stetig.
«Der Kartenviewer eignet sich nicht nur für das Fach Geografie», sagt Lorenz Möschler. In der Mathematik etwa lassen sich Steigungen berechnen, zumal das Tool Messungen zulässt. Und warum nicht in der Hauswirtschaft nachschauen, wo welche Käsesorten mit geschützten Ursprungsbezeichnungen hergestellt werden? Schliesslich kann man virtuelle Zeitreisen unternehmen, wobei etwa der Gletscherschwund eindrücklich sichtbar wird.
Vor kurzem hat Swisstopo als Betreiberin des Portals historische Luftaufnahmen online gestellt. Mit einem Regler lassen sich die Bilder von 1946 und heute übereinanderlegen und eins zu eins vergleichen – Geografie trifft Geschichte. Wie der Vergleich von Luftaufnahmen im Allgemeinen funktioniert, erklärt Möschler in einem Videotutorial.

Virtuelle Zeitreise in Brugg Winsch von 1946 nach 2019, in der Mitte der heutige FHNW-Campus.

 Zusammenhänge verstehen

Im neuen Lehrplan 21 ist die sogenannte Bildung für nachhaltige Entwicklung ein fächerübergreifendes Thema. Schülerinnen und Schüler sollen die Zusammenhänge zwischen ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Prozessen verstehen. Zu diesem Zweck arbeitet Lorenz Möschler mit sechs Lehrpersonen an entsprechenden Unterrichtseinheiten – Vorbild ist bestehendes Material über die Renaturierung der Gewässer –, die Ende 2019 parat sein sollen.
Einer davon ist Reto Hugenberg, Geografie- und Geschichtslehrer an der Bezirksschule Bremgarten. Er stellt gerade ein Aufgabenblatt über die Eignung von Hausdächern für die Nutzung von Sonnenenergie zusammen. Mit seinen eigenen Schülerinnen und Schülern nutzt er sCHoolmaps seit mehreren Jahren, «und sie finden es total spannend». Vor allem die Zeitreisen hätten es ihnen angetan. «Wie rasant unsere Infrastruktur gewachsen ist, zum Beispiel mit der Umfahrung Bremgarten direkt vor der Haustür, macht ihnen Eindruck. Die spielerische Art, Karten von gestern und heute zu vergleichen, trägt viel zum Verständnis bei.»
Für Lorenz Möschler ist klar, dass der Einsatz von digitalen Medien im Klassenzimmer an Bedeutung zunimmt und immer mehr Schulen Notebooks oder Tablets anschaffen. Mit der Hardware ist eine Voraussetzung für die Anwendung von sCHoolmaps gegeben. Damit die Webanwendung in breiten Lehrerkreisen bekannt wird, leistet Möschler viel Überzeugungsarbeit: «Die Geodaten sind ein ungeheurer Schatz, und mit sCHoolmaps stehen fertige Ideen für den Unterricht bereit. Es wäre doch schade, wenn dieses Angebot nicht genutzt würde.» 
Thomas Röthlin

Im Kartenviewer lassen sich Ladestellen für Elektrofahrzeuge darstellen. In Rot die gerade besetzten Stationen.

Im Kartenviewer lassen sich Ladestellen für Elektrofahrzeuge darstellen. In Rot die gerade besetzten Stationen.

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