Abgabetermin für Angebote ist der 16. Mai 2025.

Im Rahmen des TA-Projekts »KI-gestützte Anwendungen in dezentralen Stromsystemen« ist ein Gutachten zu vergeben, welches die Potenziale und Risiken von KI-Anwendungen im Netzbetrieb im Bereich der Verteilnetze untersucht.

Thematischer Hintergrund

Der wachsende Anteil erneuerbarer Energien führt zu einem zunehmend dezentralen Stromsystem, in dem eine Vielzahl kleiner Erzeuger, Speicher und Verbraucher flexibel gesteuert werden muss, um Erzeugung und Verbrauch aufeinander abzustimmen. Um die Flexibilität und Resilienz des Stromsystems zu fördern, werden verstärkt KI-gestützte Anwendungen entwickelt und erprobt. Hier sind insbesondere Methoden (Verfahren, Algorithmen bzw. Modelle) des Machine Learnings, wie zum Beispiel künstliche neuronale Netze, Random Forests oder Clustering relevant. Mit diesen Methoden können große Datenmengen effizienter analysiert werden, um Vorhersagen zu verbessern und die Steuerung dezentraler Anlagen zu optimieren. Die Anwendungsbereiche von KI-Methoden in dezentralen Stromnetzen mit hohem Anteil an erneuerbarer Erzeugung sind dabei sehr vielfältig. KI-Methoden können z.B. dazu beitragen, Anlagen vorausschauend zu warten, Anomalien in Netzen zu erkennen, Last- und Einspeiseprognosen zu verbessern oder flexible Lasten zu steuern. Viele KI-Methoden werden bereits im Stromsystem angewendet. Es wird allerdings erwartet, dass ihre Bedeutung durch die zunehmende Digitalisierung und insbesondere durch die angestrebte Ausweitung der Smart-Metering-Infrastruktur in den nächsten Jahren weiter steigt. 

Vor diesem Hintergrund führt das TAB das Projekt „KI-gestützte Anwendungen in dezentralen Stromsystemen“ durch. Ziele des Projekts sind eine Bestandsaufnahme des aktuellen und perspektivischen Einsatzes von KI im Stromsystem, eine Abschätzung der Potenziale von KI-gestützten Anwendungen sowie die Identifikation von mit der Anwendung von KI verbundenen Risiken.

Das Projekt wird in zwei Phasen durchgeführt, wobei sich diese Gutachtenvergabe auf die zweite Projektphase bezieht.  In der ersten Phase erfolgte eine Bestandsaufnahme sowie eine erste Potenzial- und Risikoabschätzung der Anwendung von KI-Methoden in Stromsystemen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurde entschieden, in der zweiten Projektphase vertiefend einen Anwendungsbereich zu bearbeiten: KI-Methoden für den Netzbetrieb im Bereich der Verteilnetze.

Nachfolgend werden die Untersuchungsfragen für das zu vergebende Gutachten detailliert.

Leistungsbeschreibung des zu vergebenden Gutachtens

Vor dem Hintergrund wachsender Strombedarfe durch zunehmende Elektrifizierung, der Zunahme von Speichertechnologien und der Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität ändern sich die Anforderungen an die Netzbetriebsführung. Stromflüsse werden bidirektional und Lastprofile volatiler. Dies macht eine präzise Netzzustandserfassung sowie eine aktive Netzbetriebsführung in den unteren Netzebenen immer wichtiger. KI-Anwendungen bieten zahlreiche Potenziale, wie eine höhere Genauigkeit bei der Netzzustandsermittlung und bei der operationellen Netzführung. Zugleich bringen sie neue Risiken mit sich. Ziel der Untersuchung ist es, Potenziale und Risiken von KI-Anwendungen für den Netzbetrieb im Bereich der Verteilnetze zu analysieren. Dabei sollen insbesondere solche Anwendungen untersucht werden, die eine Integration erneuerbarer Energien bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Netzstabilität ermöglichen. 

Von besonderem Interesse sind KI-Anwendungen zum Beispiel in den folgenden Bereichen: 

• Überwachung von Mittel- und Niederspannungsnetzen 
  • Netzzustandsermittlung: Monitoring des Netzes und Detektion von Grenzwertverletzungen und Netzengpässen
  • Störung- und Anomalieerkennung auf Grundlage von Echtzeitmessdaten und historischen Last- und Erzeugungszeitreihen
  • Messstellenplatzierung
     
• Prognosen für Lastverhalten und Netzzustand
  • Gleichzeitigkeitsberechnung, synthetische Lastzeitreihen für unterschiedliche Verbraucher- und Erzeugungstypen
  • Last bei Umspannwerken
  • Nutzung von Smart-Meter Daten 
     
• Netzbetriebsführung
  • KI-gestützte Vorschläge zu Netzführung und Optimierung von Redispatch/Netzengpassmanagement, Sicherstellung der Systemstabilität, z.B. Spannungsqualität und Einhaltung der thermischen Belastung, verbesserte Wirk- und Blindleistungsmanagement durch Netzmodelle bzw. Netzäquivalente
  • Steuerung von Verbrauchseinrichtungen nach §14a (z.B. Lademanagement) 
  • Netzoptimierung durch KI-OPF (Optimale Lastflussberechnung)
  • Detektion ungewollter Inselnetze bzw. abgetrennter Netzbereiche 

Ziel der Untersuchung ist es, Potenziale und Risiken des Einsatzes von KI-Methoden im Netzbetrieb zu analysieren. Dabei soll insbesondere auf regulatorische Rahmenbedingungen und Hemmnisse, auf den aktuellen Stand der Technik und Anwendung in Deutschland, auf die Potenziale basierend auf Anwendungserfahrungen in Deutschland sowie auf (systemische) Risiken eingegangen werden. Auf Basis der Untersuchung sollen Handlungsbedarfe (insbesondere regulatorische Anpassungen, Umsetzungsvoraussetzungen und Risikomanagement) identifiziert werden. 

Arbeitspakete

Die Untersuchung soll entlang der folgenden sechs Arbeitspakete (AP) gegliedert sein:

1. Rechtlicher und regulatorischer Rahmen 

• Welche rechtlichen und regulatorischen Vorgaben sind für den Einsatz von KI im Netzbetrieb relevant?  Welche Nutzungszwecke sind erlaubt? Welche sind verboten? Welche Anforderungen werden an die Einführung von KI-Methoden gestellt? 
• Welche rechtlichen und regulatorischen Vorgaben (auf EU-Ebene und in Deutschland) sind für die Datenerhebung, -aufbereitung, -übertragung, -speicherung und -verarbeitung relevant?
• Welche Anforderungen werden an Anlagen und Betreiber zum Schutz gegen Cyberangriffe gestellt?

2. Stand der Technik und Anwendung in Deutschland

Im Fokus des zweiten Arbeitspakets stehen folgende Fragen:

• Welchen Grad der Automatisierung und der Messtechnik weist der Netzbetrieb auf den Verteilnetzebenen in Deutschland auf? 
• Welche Digitalisierungstrends sind im Netzbetrieb zu beobachten? Welche Software zur Überwachung und Steuerung von Verteilnetzen haben die Marktreife erreicht? Wie verbreitet sind diese in der betrieblichen Praxis? 
• Welche dieser Anwendungen stützten sich bereits auf KI-Methoden oder können durch KI optimiert werden?

Um ein realistisches und aktuelles Bild des Stands der Technik zu erhalten, soll eine Primärerhebung unter Netzbetreibern durchgeführt werden, wobei der Verbreitungsgrad bzw. die Durchdringung von digitalen Lösungen und KI-Lösungen insbesondere empirisch erfasst wird und Unterschiede zwischen den Netzebenen herausgearbeitet werden. Die Erhebung soll außerdem dazu dienen, Interviewpartner für die Analyse der Potenziale und Risiken zu identifizieren. 

3. Datengrundlage

Die Verfügbarkeit und Qualität von Daten ist Grundvoraussetzung für die Anwendung von KI-Methoden; je mehr und je bessere Daten verfügbar sind, desto größer das Potenzial vieler Anwendungen. Gleichzeitig steigt durch Datenerhebung, -übertragung, -speicherung und -verarbeitung in Energiesystemen das Risiko von Verletzungen der Datensicherheit und des Datenschutzes. Die Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit der für den Netzbetrieb notwendigen Daten muss daher sichergestellt werden.

In Arbeitspaket 3 sollen die Anforderungen an die Datengrundlage für einen KI-gestützten Netzbetrieb sowie der Umgang mit datenbezogenen Risiken untersucht werden.

• Welche Daten bilden die Grundlage für die jeweiligen KI-Methoden im Netzbetrieb? Welche Datenquellen bestehen für diese Daten und wie werden sie erfasst? 
• Wie hoch sind die Verfügbarkeit und die Qualität der relevanten Daten? Welche Voraussetzungen müssen für die sichere Erhebung, Aufbereitung, Übertragung, Speicherung, Verarbeitung und Löschung gegeben sein? Bestehen bezüglich Verfügbarkeit und Qualität Hemmnisse für den Einsatz von KI-Methoden im Netzbetrieb in Deutschland?
• Welcher Schaden kann aus fehlerhaften Daten (inkl. Trainingsdaten) entstehen? Welcher Schaden kann durch die Verletzung von Datenschutz und -sicherheit sowie Datenmanipulation entstehen? 
• Wie - durch welche regulatorischen oder technischen Maßnahmen sowie Governance-Strukturen - können Risiken für die Verletzung von Datenschutz und -sicherheit sowie Schutz vor Datenmanipulation minimiert werden?

4. Potenzialabschätzung

Im vierten Arbeitspaket soll untersucht werden, welchen Mehrwert die Lösungen zur Erhöhung der Flexibilität, zur sicheren Integration von erneuerbaren Energien und für den aktiven Netzbetrieb in den Verteilnetzen im Vergleich zu einer Netzbetriebsführung ohne KI-Unterstützung darstellt.  

Für diesen Arbeitsschritt sollen Interviews mit Akteuren aus der Praxis geführt werden, um 4-5 ausgewählte, idealtypische Anwendungen (siehe Beispiele oben) und deren Einsatz oder Erprobung bei bestimmten Netzbetreibern als Fallbeispiele zu beschreiben. Dabei sollen nicht nur der Anwendungskontext und das Ziel der Einführung von KI-Methoden, sondern auch die Herausforderungen und der erreichte Mehrwert beschrieben werden.  Im Angebot sind Vorschläge für die ausgewählten Anwendungen zu formulieren und die Auswahl zu begründen. Auch sollten bereits Kriterien für die spätere Auswahl der Fallbeispiele vorgeschlagen werden. 

5. Systemische Risiken und Versorgungssicherheit

Zusätzlich zu den in AP 3 diskutierten Risiken für Datenschutz und -sicherheit birgt die Anwendung von KI-Methoden im Netzbetrieb potenzielle weitere Risiken. Ziel von Arbeitspaket 5 sind die Identifikation und Beurteilung dieser Risiken. 

• Welche systemischen Risiken gehen mit der Einführung von KI-Methoden einher? Welche Pfadabhängigkeiten und Abhängigkeiten von Drittländern, Herstellern oder Rechenkapazitäten könnten durch den Einsatz von KI entstehen? Welche Auswirkungen hätten entsprechende Versorgungsengpässe? 
• Inwiefern verschärfen sich Cybersicherheitsrisiken für die Energieinfrastruktur durch KI?
• Wie viel Aufwand ist mit dem Testen und Zertifizierung von KI-Systemen assoziiert? 
• Wie können sich diese Risiken durch die Verbreitung von KI-Methoden auf die Versorgungssicherheit in Deutschland auswirken? Welche Szenarien sind denkbar, in denen durch die Verbreitung von KI-Methoden Risiken für die Versorgungssicherheit in Deutschland entstehen könnten? Welche Wechselwirkungen, Kaskadeneffekte könnten eintreten? Inwiefern unterscheiden sich diese jenach Anwendung?

Arbeitspaket 5 stützt sich zum einen auf die Interviews, die im AP 4 durchgeführt werden, zum anderen aber auch auf eine Szenario- oder Planspielübung, bei der die Risiken einer Verbreitung für die Versorgungssicherheit in Deutschland ausgelotet werden. 

6. Handlungsbedarf 

Auf Basis der Ergebnisse der Arbeitspakete 1-5 sollen Handlungsbedarfe abgeleitet werden, wobei insbesondere auf rechtliche/regulatorische Anpassungen, Zertifizierung, Umsetzungsvoraussetzungen und Risikomanagement eingegangen werden soll. 

Bearbeitungsaufwand und Termine

Der vergütbare Bearbeitungsaufwand für die Gutachtenerstellung wird mit ca. 9 bis 11 Personenmonaten veranschlagt.

• Abgabetermin für die Angebote ist der 16. Mai 2025
• Mit der Bearbeitung der Gutachten soll voraussichtlich am 1. Juli 2025 begonnen werden.
• Ein Auftakttreffen soll voraussichtlich Anfang Juli als Videokonferenz stattfinden.
• Die Gutachten müssen bis zum 15. November 2025 fertiggestellt sein.

Die Gutachtenvergabe und -erstellung zu den genannten Terminen erfolgen vorbehaltlich der rechtzeitigen Zustimmung bzw. Mittelbewilligung durch den Deutschen Bundestag.

Hinweise zur Angebotserstellung

Aufgabe des TAB ist es, eingehende Angebote zu sichten und wissenschaftlich zu bewerten sowie dem Deutschen Bundestag Vorschläge zur Gutachtenvergabe zu unterbreiten. Das TAB ist Ansprechpartner für alle projektspezifischen wissenschaftlichen Fragen und zuständig für die Prüfung und Abnahme Ihres Gutachtens. Die Bereitschaft zur intensiven Diskussion und engen Kooperation mit dem TAB wird vorausgesetzt.

Da der vorgesehene Zeitrahmen für die Erstellung der Gutachten keine langwierige Erschließung der Themen zulässt, wird erwartet, dass die Anbieter bereits über eine ausgewiesene Expertise im Feld verfügen und möglichst auf eigene Vor- und laufende Arbeiten zurückgreifen können.

Qualitative und formale Anforderungen an das Gutachtenangebot und Hinweise zur vergleichenden Bewertung der eingereichten Angebote

Um die Qualität der Gutachtenangebote (auch vergleichend) seitens des TAB bzw. des Deutschen Bundestages bewerten zu können, sind qualitative Kriterien bei der Angebotserstellung zu berücksichtigen bzw. zu erfüllen; diese Kriterien werden gleichwertig bei der Bewertung berücksichtigt:

• Aus dem Angebot muss die besondere fachliche Kompetenz der Anbietenden sowie auch des konkret eingesetzten wissenschaftlichen Personals insgesamt im hier nachgefragten Themenfeld ausführlich, deutlich, fundiert und transparent hervorgehen und belegt werden. Anzuführen sind insbesondere die relevanten wissenschaftlichen und Forschungserfahrungen und/oder sonstigen hervorragenden Kompetenzen (inkl. Anerkennungen und Erfolge) im Themenfeld sowohl in der Breite als auch in der Tiefe. Nachzuweisen ist dies in der Regel durch die Darlegung von verantwortlich durchgeführten Projekten, themenrelevanten Tätigkeiten und (wissenschaftlichen) Beratungsleistungen sowie den Nachweis von themenrelevanten Publikationen (z.B. peer-reviewed).
• Betrachtet und bewertet wird auch die Qualität der inhaltlichen und formalen Aufbereitung des Angebots insgesamt. Notwendig ist eine klare Strukturierung des Angebots. Ausführlich und nachvollziehbar müssen die beabsichtigte Vorgehensweise bei der Erstellung des Gutachtens und der notwendige und vorgesehene Bearbeitungsaufwand verdeutlicht und begründet werden. Relevant ist zudem die (möglichst vollständige) Beachtung bzw. Adressierung der in der Bekanntmachung angeführten Bearbeitungsaspekte.
• Bewertet wird zudem die Beschreibung des beabsichtigten methodischen Vorgehens zwecks Generierung bzw. Aufbereitung der für das Gutachten relevanten wissenschaftlichen Expertisen und Arbeitsergebnisse. Die gewählte Methodik bzw. die besondere Eignung des methodischen Vorgehens muss nachvollziehbar dargelegt und überzeugend begründet werden. Transparent nachvollziehbar und begründet müssen zudem die inhaltliche Zuordnung und die zeitlichen Abläufe der jeweiligen Arbeitsschritte bzw. Arbeitspakete sein.
• In die Bewertung der Gutachtenangebote fließt schließlich auch der Preis des jeweiligen Angebots ein.

Bitte beachten Sie bei der Erstellung Ihres Angebots die Hinweise zu Pflichtangaben. Senden Sie uns zunächst eine elektronische Version Ihres Angebots zusammen mit dem ausgefüllten Formblatt (Word-Dokument zum Ausfüllen) an unsere E-Mail-Adresse buero-tab-beim-bundestag.de. Unserer Erfahrung nach bedürfen detaillierte Angebote häufig einer schriftlichen, formalen und kalkulatorischen Überarbeitung. Sollten wir Ihr Angebot nach unserer Prüfung in die engere Wahl ziehen und dem Deutschen Bundestag zur Vergabe vorlegen wollen, werden wir Sie ggf. um eine entsprechende Modifizierung und anschließend um die erneute elektronische Übersendung des Angebots bitten.

Sollte es zu einer Zusammenarbeit zwischen Ihnen und dem TAB kommen, wird diese auf der Grundlage eines Vertrages zwischen dem Deutschen Bundestag und Ihnen erfolgen. 

Weitere Informationen und Downloads

• Formblatt für Gutachtenangebot  (Word-Dokument zum Ausfüllen)
• Hinweise zu Pflichtangaben
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