Transformation des Energiesystems

Transformation zum integrierten und effizienten Energiesystem mit regionaleren Strukturen auf Grundlage Erneuerbarer Energien

Die Transformation des Energiesystems als Grundlage zum Erhalt unserer Lebensräume auf unserem Planeten
Die Erde gesehen von Apollo 17

Energiepolitische Zielstellungen und Gestaltungsszenarien

Um die öko­lo­gi­schen und ener­gie­po­li­ti­schen Zie­le umzu­set­zen, wird ein zügi­ger Aus­bau Erneu­er­ba­rer Ener­gi­en sowie eine mas­si­ve Stei­ge­rung der Ener­gie­ef­fi­zi­enz benö­tigt. Damit ver­bun­den ist die grund­le­gen­de Trans­for­ma­ti­on des Ener­gie­sys­tems. Um auf Grund­la­ge die­ser Zie­le Hand­lungs­ent­schei­dun­gen abzu­lei­ten, besteht zuerst die Auf­ga­be das Markt­de­sign unter den neu­en Rah­men­be­din­gun­gen fest­zu­le­gen. Es han­delt sich nicht um die ein­fa­che Markt­in­te­gra­ti­on der Erneu­er­ba­ren Ener­gi­en in das vor­han­de­ne Markt­de­sign, son­dern ein neu­es Markt­de­sign ist zu gestal­ten.

Dabei sind fol­gen­de drei grund­le­gen­den Sze­na­ri­en abzu­wä­gen:

  • Zen­tra­les, vor­ran­gig stro­m­ori­en­tier­tes Ener­gie­sys­tem mit dem Vor­rang auf off­shore Wind­ener­gie ins­be­son­de­re im Nord­see­be­reich, mit Solar­strom aus Nord­afri­ka, Pump­spei­cher­kraft­wer­ken in Nor­we­gen und Öster­reich, neu­en Höchst­span­nungs­net­zen von Nor­we­gen bis Nord­afri­ka sowie wei­ter­hin pas­si­ven Ver­tei­lungs­net­zen in den Regio­nen und Ener­gie­ef­fi­zi­enz allein in Ver­ant­wor­tung des Ver­brau­chers
  • Durch­gän­gig dezen­tra­les Ener­gie­sys­tem in der Ver­bun­den­heit von Strom und Wär­me mit voll­stän­di­ger regio­na­ler Auto­no­mie auf Grund­la­ge regio­na­ler Wind- und Son­nen­en­er­gie, Bio­mas­se und Bio­gas sowie even­tu­ell vor­han­de­ner Geo­ther­mie und Fließ­was­ser­en­er­gie mit Bat­te­rie­spei­chern sowie ver­bun­de­ner Rege­lung von Strom und Wär­me zur Aus­nut­zung der Wär­me­spei­cher­po­ten­tia­le
  • Ver­bun­de­nes Ener­gie­sys­tem aus zen­tra­len und dezen­tra­len Struk­tu­ren mit der Mög­lich­keit des über­re­gio­na­len Kapa­zi­täts­aus­glei­ches, aber auch der ver­bun­de­nen Rege­lung von Strom, Wär­me und Gas im inte­grier­ten Ener­gie­sys­tem sowie regio­na­ler Ver­ant­wor­tung und Wert­schöp­fung mit hohem Fle­xi­bi­li­sie­rungs- und Effi­zi­enz­po­ten­ti­al

Der Haupt­nach­teil eines rein zen­tral erzeu­gen­den und gesteu­er­ten Ener­gie­sys­tems liegt in der gerin­gen Fle­xi­bi­li­tät im Umfeld eines mit Erneu­er­ba­ren Ener­gi­en sehr schwan­ken­den Ange­bo­tes sowie im hohen Gra­de der Angreif­bar­keit einer zen­tral auf­ge­bau­ten kri­ti­schen Infra­struk­tur und damit in der Gefähr­dung der Ver­sor­gungs­si­cher­heit.

Der Haupt­nach­teil eines rein dezen­tral geführ­ten Sys­tems liegt wie­der­um im gerin­gen Gra­de der Moti­va­ti­on zur gegen­sei­ti­gen Unter­stüt­zung in ver­schie­de­nen Regio­nen bei Ener­gie­man­gel in eini­gen Berei­chen und Ener­gie­über­schüs­sen in ande­ren Berei­chen. Damit ist die Ver­sor­gungs­si­cher­heit bei Man­gel­si­tua­tio­nen eben­so regio­nal gefähr­det.

Die Vor­tei­le in der Ver­bin­dung dezen­tra­ler und zen­tra­ler Ansät­ze zur Gestal­tung eines zel­lu­la­ren Ener­gie­or­ga­nis­mus wie­der­um bestehen in fol­gen­den Kern­punk­ten:

  • Offe­ner wett­be­werb­li­cher Markt bis hin zur Wert­schöp­fung beim Bür­ger, den Kom­mu­nen, den Regio­nen und damit die maxi­ma­le Akti­vie­rung aller Betei­lig­ten für die Ener­gie­wen­de durch ent­spre­chen­de viel­fäl­ti­ge Nut­zens­ef­fek­te und Betei­li­gung an der ener­ge­ti­schen Wert­schöp­fungs­ket­te (Ener­gie, Ein­nah­men und Arbeits­plät­ze in den Regio­nen) sowie auch im Gra­de der Erschlie­ßung einer hohen Wachs­tums­quo­te beim Auf­bau Erneu­er­ba­rer Ener­gie­an­la­gen
  • Im Umfeld wach­sen­der Gefah­ren durch Angrif­fe auf die rea­le Welt über das Inter­net höh­rere Ver­sor­gungs­si­cher­heit durch ver­teil­te Erzeu­gung und Steue­rung über die Über­tra­gungs­net­ze, die Ver­tei­lungs­net­ze bis hin in die Objek­te der Kun­den in einer Art zel­lu­la­ren Ener­gie­or­ga­nis­mus ana­log zur höhe­ren Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ver­füg­bar­keit im Inter­net gegen­über den Angriffs­ri­si­ken einer zen­tra­len Kom­mu­ni­ka­ti­ons­in­fra­struk­tur
  • Höhe­res Poten­ti­al an Fle­xi­bi­li­sie­rungs­op­tio­nen durch über­re­gio­na­le Grund­last­sys­te­me sowie fle­xi­ble Klein­struk­tu­ren mit regio­na­len Aus­gleichs­mass­nah­men, Spei­chern auf allen Ebe­nen sowie Ener­gie­aus­gleichs­me­cha­nis­men zwi­schen inte­grier­ten und intel­li­gent geführ­ten Strom- Gas- und Wär­me­net­zen bis hin zur Mobi­li­tät mit Strom, Bio­gas und Was­ser­stoff
  • Stär­ke­re Ver­bin­dung von Ener­gie­lie­fe­rung und wie­der­um bezüg­lich Strom, Gas und Wär­me ver­bin­den­der Ener­gie­dienst­leis­tung inklu­si­ve Ener­gie­ma­nage­ment­sys­te­me in den Gebäu­den und damit maxi­mier­te Nut­zung der Ener­gie­ef­fi­zi­enz­po­ten­tia­le
  • Ver­rin­ge­rung von Trans­port­ver­lus­ten sowie Mini­mie­rung von Netz­aus­bau durch erzeu­gungs­nä­he­ren Ver­brauch mit zusätz­li­chem Bei­trag zur Ener­gie­ef­fi­zi­enz

Paradigmenwechsel und neue Anforderungen zur Transformation des Energiesystems

Auf Grund­la­ge der oben dar­ge­stell­ten ener­gie­po­li­ti­schen Ziel­stel­lun­gen und der Sze­na­rio­be­stim­mung ist ein kla­rer Para­dig­men­wech­sel zu erken­nen. Der Trans­for­ma­ti­on des Ener­gie­sys­tems von der zen­tra­len Ener­gie­welt mit fos­si­len Kraft­wer­ken und Kern­kraft­wer­ken zu Erneu­er­ba­ren Ener­gi­en und höhe­rer Ener­gie­ef­fi­zi­enz bewirkt auch eine deut­lich ver­teil­te­re und dezen­tra­le­re Erzeu­gung mit viel­fäl­ti­ger Betei­li­gung von neu­en Akteu­ren in den Regio­nen und Kom­mu­nen bis hin den Bür­gern. Die­ses Ener­gie­sys­tem ist eben­so nicht mehr zen­tral zu steu­ern. Des­halb sind auch in der Steue­rung eines zukünf­tig inte­grier­ten, zwi­schen zen­tra­len und dezen­tra­len Mecha­nis­men sowie über Strom, Wär­me und Gas hin­weg gemein­sam geführ­ten, ver­bun­de­nen Sys­tems neue dezen­tra­le Mecha­nis­men für Markt- sowie für Netz­füh­rungs­pro­zes­se not­wen­dig.

Somit ist zu erken­nen, dass es sich nicht ein­fach um die Inte­gra­ti­on der Erneu­er­ba­ren Ener­gi­en han­delt, son­dern dass es um die Gestal­tung eines neu­en Markt­de­signs geht. Um dies zu ermög­li­chen, sind ent­spre­chen­de poli­ti­sche Bekennt­nis­se nicht nur für den Auf­bau der Erneu­er­ba­ren Ener­gi­en son­dern auch für die För­de­rung regio­na­ler Markt­me­cha­nis­men und die Unter­stüt­zung der Regio­nal­ver­sor­ger bei der Ent­wick­lung der dezen­tra­len Erzeu­gung und der För­de­rung loka­ler ener­gie­wirt­schaft­li­cher Gesamt­kon­zep­te not­wen­dig. Eine Vor­rang­för­de­rung für last­fer­ne, zen­tra­li­sier­te Erzeu­gung ist dabei nicht ziel­füh­rend.

Die­ser Para­dig­men­wech­sel führt zu neu­en Anfor­de­run­gen bezüg­lich der Markt- und Netz­steue­rung mit viel höhe­ren Geschwin­dig­keits­an­for­de­run­gen bis zur Echt­zeit­fä­hig­keit, mit neu­en Auto­ma­ti­sie­rungs­an­for­de­run­gen in den Ver­tei­lungs­net­zen und bei den Markt­ak­teu­ren sowie auch zu Ener­gie­ma­nage­ment­sys­te­men in den Gebäu­den der Netz­nut­zer. Es wird im Ver­gleich zur gegen­wär­ti­gen Situa­ti­on eine höhe­re Fle­xi­bi­li­tät von Erzeu­gung und Ver­brauch benö­tigt, die mit dyna­mi­scher Leis­tungs­steue­rung, Ener­gie­spei­chern auf allen Netz­ebe­nen, inte­grier­ten Ener­gie­sys­te­men aus Elek­tri­zi­tät, Wär­me und Gas sowie zel­lu­la­ren, und damit gegen Aus­fäl­le und Angrif­fe robus­te­ren Sys­te­men erreicht wer­den soll.

Um dies vor­an­zu­brin­gen, wer­den intel­li­gent gesteu­er­te Ener­gie­netz­wer­ke (Smart Grids) sowie intel­li­gen­te Mess­sys­te­me (Smart Mete­ring) benö­tigt, die bei sehr unter­schied­li­chen Anfor­de­run­gen und Akteu­ren aber nicht zwin­gend die glei­chen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ein­rich­tun­gen nut­zen müs­sen. Die­se Netz­wer­ke funk­tio­nie­ren als ter­ri­to­ri­al orga­ni­sier­te und sich selbst aus­glei­chen­de Ein­hei­ten mit Strom-, Gas- und Wär­me­er­zeu­gern, Ener­gie­spei­chern und Ener­gie­nut­zern.

Die Netz­wer­ke berück­sich­ti­gen im Strom­be­reich gleich­zei­tig die regio­na­le Situa­ti­on wie auch Vor­gän­ge in ande­ren Regio­nen — wie zen­tra­le Quel­len, bei­spiels­wei­se off­shore-Wind­parks. Dies ermög­licht die Nut­zung regio­na­ler Chan­cen durch Kom­mu­nen, aber auch die Betei­li­gung am Nut­zen der neu­en Sys­te­me durch alle Bür­ger.

Dafür ist das bis­he­ri­ge Ener­gie­ver­sor­gungs­sys­tem auf der letz­ten Mei­le im Nie­der­span­nungs­be­reich bis hin in die Objek­te der Kun­den mit einem Ener­gie­in­for­ma­ti­ons­sys­tem aus Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­tem und Auto­ma­ti­sie­rungs­sys­tem zu ver­bin­den. Es ent­wi­ckelt sich das intel­li­gen­te Ener­gie­ver­sor­gungs­sys­tem (Smart Grid) als Netz­werk aller Kom­po­nen­ten mit mehr Infor­ma­tio­nen über Erzeu­gung und Ver­bäu­che.

Maßnahmenvorschläge für die Energiepolitik

Die Ziel­stel­lun­gen der zukünf­ti­gen Ener­gie­po­li­tik füh­ren, wie dar­ge­stellt, zu einem Para­dig­men­wech­sel mit Anfor­de­run­gen an ein neu­es Markt­de­sign und spar­ten­über­grei­fend inte­grier­te sowie zen­tral und dezen­tral ver­bun­de­ne Ener­gie­sys­te­me. Die­se markt­be­ding­ten und effi­zi­enz­be­ding­ten Anfor­de­run­gen füh­ren zu neu­en tech­ni­schen Anfor­de­run­gen für intel­li­gen­te und ver­netz­te Ener­gie­sys­te­me. Die sich dar­aus erge­ben­den Hand­lungs­emp­feh­lun­gen an die Poli­tik kön­nen fol­gen­der­ma­ßen zusam­men­ge­fasst wer­den.

  • Richt­li­ni­en­er­stel­lung zur Umset­zung fol­gen­der euro­päi­scher Ener­gie­in­fra­struk­tur­prio­ri­tät ent­spre­chend dem 2011 vor­lie­gen­den Regu­lie­rungs­vor­schlag an das EU-Par­la­ment

Smart Grid-Ent­wick­lung: Adop­ti­on von Smart Grid-Tech­no­lo­gi­en in der gesam­ten Uni­on, um effi­zi­ent das Ver­hal­ten und die Aktio­nen aller mit dem elek­tri­schen Netz­werk ver­bun­de­nen Kun­den zu inte­grie­ren, ins­be­son­de­re die Erzeu­gung eines hohen Betra­ges an elek­tri­scher Ener­gie durch erneu­er­ba­re oder ver­teil­te Ener­gie­quel­len sowie Demand Respon­se beim Ver­brau­cher umzu­set­zen.“

  • Zu ent­wi­ckeln ist dabei ins­be­son­de­re Kate­go­rie 1e der euro­päi­schen Ener­gie­in­fra­struk­tur ent­spre­chend fol­gen­der Defi­ni­ti­on mit auf Mit­glieds­staa­ten bezo­ge­nen Infra­struk­tur­pro­gram­men:

Jede Art von Equip­ment oder Instal­la­tio­nen für den Über­tra­gungs- und den Ver­tei­lungs­le­vel, mit dem Ziel der digi­ta­len bidi­rek­tio­na­len Kom­mu­ni­ka­ti­on, der Echt­zeit­fä­hig­keit, mit inter­ak­ti­ver und intel­li­gen­ter Über­wa­chung und Manage­ment der elek­tri­schen Erzeu­gung, Über­tra­gung, Ver­tei­lung und Ver­brauch inner­halb eines elek­tri­schen Netz­wer­kes im Hin­blick auf die Ent­wick­lung des Netz­wer­kes, um effi­zi­ent das Ver­hal­ten und die Aktio­nen aller mit ihm – sowie mit Erzeu­gern, Ver­brau­chern und Ein­hei­ten, die bei­des tun, — ver­bun­de­nen Kun­den zu inte­grie­ren, um ein öko­no­misch effi­zi­en­tes, nach­hal­ti­ges Elek­tri­zi­täts­sys­tem mit nied­ri­gen Ver­lus­ten und hoher Qua­li­tät und Ver­sor­gungs­si­cher­heit und Zuver­läs­sig­keit sicher­zu­stel­len.“

  • Über­tra­gung der Fest­le­gun­gen aus dem Regie­rungs­pro­gramm Baden-Württemberg’s auf ande­re Bun­des­län­der sowie in die Bun­des­po­li­tik mit fol­gen­dem Inhalt:

- Im Aus­bau der Erneu­er­ba­ren Ener­gi­en wer­den enor­me Chan­cen für eine nach­hal­ti­ge regio­na­le Wert­schöp­fung gese­hen. Das Ziel ist es des­halb, die Kom­mu­nen stär­ker als bis­lang auch als Akteu­re der Ener­gie- und Kli­ma­po­li­tik zu gewin­nen

- Stadt­wer­ke sind in den für die Ener­gie­wen­de not­wen­di­gen Aus­bau der Kapa­zi­tä­ten und in die Neu­aus­rich­tung von Kli­ma­schutz und Ener­gie­wirt­schaft part­ner­schaft­lich ein­zu­bin­den

- Mit Dezen­tra­li­sie­rung der Erzeu­gung wächst der Bedarf an Inno­va­tio­nen in den Ener­gie­net­zen (Smart Grid). Baden-Würt­tem­berg möch­te bei der Trans­for­ma­ti­on des Ener­gie­sys­tems in Deutsch­land eine Vor­rei­ter­rol­le über­neh­men. Eben­so kann Deutsch­land welt­weit eine Vor­rei­ter­rol­le im Bereich intel­li­gen­ter Ener­gie­sys­te­me ein­neh­men und somit den Wirt­schafts­stand­ort mit den Chan­cen der Trans­for­ma­ti­on des Ener­gie­sys­tems stär­ken.

  • Zur Umset­zung des beschrie­be­nen Sze­na­ri­os einer regio­na­le­ren, inte­grier­ten und ver­bun­de­nen Ener­gie­wirt­schaft zum Erfolg der Ener­gie­trans­for­ma­ti­on bedarf es nicht nur des all­ge­mei­nen Vor­ran­ges an Erneu­er­ba­ren Ener­gi­en, son­dern bedarf es einer ver­stärk­ten För­de­rung dezen­tra­ler Quel­len und kei­ne Vor­rang­re­ge­lung für zen­tra­le Quel­len.
  • Eben­so bedarf es eines gesamt­ge­sell­schaft­li­chen Maß­nah­me­pla­nes zur star­ken Erhö­hung von Ener­gie­ef­fi­zi­enz mit einem Über­wa­chungs­sys­tem zur Mes­sung des Erfol­ges bei der Effi­zi­enz­stei­ge­rung in der gesam­ten ener­ge­ti­schen Wert­schöp­fungs­ket­te und nicht nur beim Ver­brau­cher.
  • Zu beför­dern ist die Ent­wick­lung regio­na­ler Markt­me­cha­nis­men und die Unter­stüt­zung der Regio­nal­ver­sor­ger bei der Ent­wick­lung der dezen­tra­len Erzeu­gung und der För­de­rung loka­ler ener­gie­wirt­schaft­li­cher Gesamt­kon­zep­te. Eben­so sind Rah­men­be­din­gun­gen für die Kom­mu­nen zu schaf­fen, die das Inter­es­se an regio­na­len ener­ge­ti­schen Gesamt­ent­wick­lungs­plä­nen stär­ken, um regio­na­le Ener­gie­or­ga­nis­men in der Ver­bun­den­heit mit zen­tra­len Erzeu­gungs- und Steue­rungs­me­cha­nis­men zu schaf­fen.

Auf Basis der öko­lo­gi­schen und ener­gie­po­li­ti­schen Ziel­stel­lun­gen sowie dem damit ver­bun­de­nen Para­dig­men­wech­sel im Sze­na­rio der ver­teil­ten Erzeu­gung und Steue­rung des Ener­gie­sys­tems erwach­sen die Anfor­de­run­gen für ein neu­es Markt­de­sign sowie ein ver­bun­de­nes und inte­grier­tes Ener­gie­sys­tem. Durch damit ver­bun­de­ne, neue tech­ni­sche Anfor­de­run­gen wird aber auch ein intel­li­gen­tes Ener­gie­sys­tem erfor­der­lich. Poli­ti­sche Maß­nah­men müs­sen den Umge­stal­tungs­pro­zess zur voll­stän­di­gen Trans­for­ma­ti­on des Ener­gie­sys­tems för­dernd und anlei­tend in Gang brin­gen. Beson­ders sind Infra­struk­tur­pro­gram­me für intel­li­gen­te Ener­gie­sys­te­me auf den Weg zu brin­gen, da die­se sich im Rah­men des heu­ti­gen Markt­de­signs nicht aus­rei­chend ent­wi­ckeln wer­den.

Dies erfor­dert ins­be­son­de­re Maß­nah­men für die Kom­mu­nen und Regio­nen sowie auch für die Betei­li­gung des Bür­gers zu ergrei­fen, um den bestehen­den Markt umzu­bau­en. Dies ent­spricht den euro­päi­schen Rah­men­be­din­gun­gen, die einen kun­den­zen­trier­ten Ansatz sowie einen sehr offe­nen wett­be­werb­li­chen Markt zum Umbau des Ener­gie­sys­tems anstre­ben. Ein ent­spre­chen­des Umfeld ent­steht auch in ers­ten Lan­des­pro­gram­men, ist aber ins­be­son­de­re noch auf der Ebe­ne der Bun­des­po­li­tik als Prio­ri­tät fest­zu­le­gen.

Die Trans­for­ma­ti­on des Ener­gie­sys­tems bie­tet aber Deutsch­land wie auch ganz Euro­pa bedeu­ten­de Chan­cen bei der Erlan­gung der Vor­rei­ter­rol­le auf einem neu­en Tech­no­lo­gie­ge­biet und damit in der Sicher­stel­lung der wirt­schaft­li­chen Stär­ke durch die Kon­zen­tra­ti­on auf einem für die Zukunft der Welt ent­schei­den­dem Wirt­schafts­zweig.

Andre­as Kieß­ling, ener­gy design, 16.10.2012

Andreas Kießling
Über Andreas Kießling 39 Artikel
Andreas Kießling hat in Dresden Physik studiert und lebt im Raum Heidelberg. Er beteiligt sich als Freiberufler und Autor an der Gestaltung nachhaltiger Lebensräume und zugehöriger Energiekreisläufe. Dies betrifft Themen zu erneuerbaren und dezentral organisierten Energien. Veröffentlichungen als auch die Aktivitäten zur Beratung, zum Projektmanagement und zur Lehre dienen der Gestaltung von Energietechnologie, Energiepolitik und Energieökonomie mit regionalen und lokalen Chancen der Raumentwicklung in einer globalisierten Welt.

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