Transformation des Energiesystems

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