Im folgenden Beitrag skizziert der Gastautor Maximilian van Beuningen eine nahe Energiezukunft. Folgende Fragen stehen hinter diesem Szenario: Wie kann ein Alltag mit weiter voranschreitender Digitalisierung und Energiewende aussehen? Welche Megatrends und Technologien werden den Alltag 2030 beeinflussen? Können die Menschen die Chancen nutzen? Und welche Geschäftsmodelle werden daraus entstehen? Die Antwort ist eine progressive Kurzgeschichte der fiktiven Protagonistin Julia Müller.
Die Digitalisierung, Energiewende und die damit verbundene Sektorkopplung verändern nicht nur Unternehmensstrukturen und Geschäftsmodelle. Megatrends werden in Zukunft den Alltag der Menschen nachhaltig verändern.
Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft
Die Vergangenheit: Fossile Energieträger waren das Rückgrat der Industrialisierung. Mittels thermischer Energie wurde Wasserdampf in Dampfmaschinen nutzbar gemacht. Zwei Jahrzehnte später sinkt der Anteil thermischer Kraftwerke an der Stromerzeugung in Deutschland.
Die Alternative: erneuerbare Energien. Im Jahr 2017 hatten diese einen Anteil von 38,2 Prozent an der Nettostromerzeugung[1]. Dieser wird nach Zielen der neuen Bundesregierung im Jahr 2030 auf 65 Prozent[2] ansteigen.
Das Internet hat die Art und Geschwindigkeit der Kommunikation grundlegend verändert. Das Internet entwickelt und vernetzt sich weiter zum nächsten Megatrend: Dem„Internet-of-Things“ (IoT). Geräte wie Kühlschränke oder Waschmaschinen verbinden sich über Schnittstellen miteinander. Neue Anwendungsmöglichkeiten, wie das „Connected-Car“ stehen im Vordergrund. Die Bedeutung digitaler Anwendungen wird zukünftig deutlich steigen.
Die Vergangenheit und die aktuelle Gegenwart: Die Energiewirtschaft 2017 wird von einer linearen Wertschöpfungskette dominiert. Der Endnutzer befindet sich hier lediglich passiv am Ende dieser.
Die Zukunft: In der neuen Energiewelt 2030 vernetzen sich alle Stufen der Wertschöpfung und der Endnutzer wird alle Systeme aktiv beeinflussen. Technologien wie Blockchain und das Internet der Dinge können Schlüsseltechnologien sein.
Abbildung 1: Vergleich der Energiewirtschaft in den Jahren 2017 und 2030. Quelle: Energy Brainpool
Abbildung 1: Vergleich der Energiewirtschaft in den Jahren 2017 und 2030. Quelle: Energy Brainpool
Ein Blick in die Zukunft
Wir befinden uns im Jahr 2030. Die ganze Republik ist von Stromtrassen und Windkraftanlagen gesäumt. Die ganze Republik? Tatsächlich, die Menschen nutzen nachhaltige Energiequellen. Ihr Alltag orientiert sich daran, wann die Sonne scheint oder der Wind weht. Sogenannte Flexibilitäten helfen, den Alltag mit nachhaltigen Energien einfacher zu gestalten. Die Menschen merken normalerweise nichts davon, dass sich die Rahmenbedingungen verändern. Der Strom kommt weiter aus der Steckdose. Der Ausbau der erneuerbaren Energien geschieht jedoch nicht zentralisiert, sondern gemeinsam mit den Bürgern. Nicht nur finanzielle Beteiligung, sondern auch Bildung im Energiesektor helfen, Akzeptanz zu schaffen.
Julia Müller wird vom Geruch frisch gekochten Kaffees geweckt. Die vernetze Kaffeemaschine hat sich pünktlich mit dem ersten Klingeln angestellt. Warum? Eine Wecker-App auf ihrem Smartphone hat das Startsignal gesendet. Mit der warmen Tasse in der Hand schaut sie aus dem Fenster. Es ist ein wunderbarer sonniger Morgen im Juli. Sie blickt in den wolkenfreien Himmel und freut sich. Denn sie besitzt eine Photovoltaikanlage auf dem Dach und einen Batteriespeicher im Keller. Dieses „intelligente Haus“ ist in eine Energiehandelsplattform auf Blockchain-Basis eingebunden. Smart-Meter und Energiemanagementsystem sind die Grundlage hierfür.
Die Sonne scheint kräftig. Die Daten beweisen es: Mehr Strom wird produziert, als die effizienten Haushaltsgeräte wie Geschirrspüler oder Waschmaschine verbrauchen werden. Auch der Batteriespeicher kann dieses Mehr an Strom nicht auffangen. Julia Müller hat den Überschussstrom an die Nachbarsfamilie Meier verkauft. Diese besitzen kein eigenes Haus, sondern wohnen zur Miete. Keine der beiden Parteien musste aktiv Strom handeln. Durch einen (Bürgerenergie)-Smart-Contract verkauft die Plattform automatisch den Strom.
Was ist Bürgerstrom?
Bürgerstrom beschreibt die Möglichkeit, den eigenen zu viel produzierten Strom direkt an andere Bürger zu verkaufen. So können so genannte Prosumenten Strom, welcher nicht von ihnen selbst genutzt wird, über das Verteilnetz an andere liefern. [3]
Vor der Haustür parken batteriebetriebene Carsharing-Autos. Julia Müller steigt in das bereits geöffnete Auto ein. Ihr Smartphone hat sich in das Carsharing-System beim Näherkommen eingewählt. Alle nötigen Informationen wurden direkt verarbeitet. Sie bezahlt die Fahrt zur Arbeitsstelle automatisiert über eine Blockchain. Das Energiemanagementsystem verrechnet direkt die Überschusseinspeisung ihrer PV-Anlage des letzten Tages.
Blockchain ermöglicht dezentrale Transaktionen
Smartphone, vernetztes Auto, Ladesäule, und Stromlieferant kommunizieren über eine Vielzahl von Schnittstellen miteinander. Die Blockchain-Technologie kann die Transaktionen effizient, präzise, sicher, transparent und vollautomatisch aufzeichnen und abwickeln. Ein erneuerbares, dezentrales und digitalisiertes Energiesystem benötigt ein ebenso dezentrales Transaktionsmodell. Erhöhte Transparenz und Mitbestimmung sind klare Vorteile der Blockchain-Technologie. Datentransaktionen werden ohne Vermittler und Intermediär überprüft. [4]
Julia Müller wird von dem Elektroauto autonom zur Arbeit gefahren. Ein kurzer Blick auf die Energiemanagement-App zeigt: Die Stromnachfrage in Deutschland wird heute wieder mal zu 100 Prozent durch die erneuerbaren Energien gedeckt.
Was wird aus dem Plus an Strom aus PV und Wind?
In naher Zukunft wird es dazu kommen, dass das Stromangebot aus Wind und PV regelmäßig die Stromnachfrage übersteigt. Diese Überschüsse können von einem intelligenten und flexiblen Energiesystem sinnvoll genutzt werden. Denkbar sind hier beispielsweise Batteriespeicher, Pumpspeicher und die Erzeugung von Wasserstoff mithilfe von Elektrolyseuren oder synthetischem Methan (Power-to-Gas).
Quelle: IRENA – Global Energy Transformation (©Sergey Molchenko/Shutterstock)
Auf dem Weg zur Arbeit fährt Julia Müller an einem Bürgerwindpark vorbei. Das regionale Stadtwerk und eine Energiegenossenschaft haben diesen vor einigen Jahren geplant und errichtet. Das gemeinsame Joint Venture hatte den Zuschlag für das Projekt erhalten. Die lokale Bevölkerung beteiligt sich finanziell bei diesem Projekt.
Kooperationen sind Standard in der vernetzten Energiewirtschaft der Zukunft. Mit steigender Komplexität des Energiesystems entwickeln sich neue Unternehmensformen. Neue Geschäftsmodelle sind jedoch nicht nur auf Stadtwerke beschränkt. Mit wachsendem Anteil erneuerbarer Energien werden neue Geschäftsmodelle in der Energiewirtschaft entstehen.[5]
Zur gleichen Zeit zuhause: Das Energiemanagementsystem optimiert den Einsatz von Julias PV-Anlage und ihres Batteriespeichers. Der Strom wird schon lange nicht mehr nach dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz vergütet.[6] Kein Problem: Ein Anbieter eines virtuellen Kraftwerks hat Zugriff auf Julia Müllers Batteriespeicher, um eine Windflaute im Norden Deutschlands auszugleichen. Der Batteriespeicher im Keller liefert auch Regelenergie. Solche „Multi-Use-Cases“ sind heute (2030) möglich. Die Politik hat Mitte der Zwanzigerjahre die Chancen für diesen Markt erkannt. Regulatorische Rahmenbedingungen solcher dezentralen Anlagen wurden umgesetzt.
Bei der Arbeit angekommen, verbindet sich das Auto mit der solaren Dachanlage des Fuhrparkes ihres Unternehmens und lädt den Batteriespeicher des Autos auf. Der Carsharing-Anbieter arbeitet zudem mit einem Regelenergieanbieter zusammen. Die gesamte Carsharing-Flotte, und somit jede einzelne Batterie, kann im Falle von schwankenden Frequenzen im Netz Regelenergie bereitstellen.
Julia Müller ist als Energiemanagerin zuständig, die Effizient in ihrem Unternehmen zu verbessern. Vor Jahren hat sie begonnen, das Thema Demand-Side-Management umzusetzen.
Unterstützung durch Demand-Side-Management
Demand-Side-Management steuert ausgewählte energieintensive Prozesse. Die Produktion erfolgt in Abhängigkeit des Angebots an erneuerbaren Energien. So kann die Industrie Stromkosten reduzieren.
Mittels Regelenergie stabilisieren Übertragungsnetzbetreibern die Frequenz und Spannung im Stromnetz. Im Jahr 2030 stellen unter anderem virtuelle Kraftwerke Regelenergie bereit. Hierbei handelt es sich um vernetzte thermische wie auch erneuerbare Erzeugungsanlagen, sowie Batteriespeicher und steuerbare Verbraucher.
Nach getaner Arbeit steigt Julia Müller in das nächste Carsharing-Auto ein. Diesmal ist es ein gasbetriebenes Fahrzeug. Das Carsharing-Unternehmen wirbt mit CO2-neutraler Mobilität.
„Vor Jahren waren´s noch Benzin- und Diesel!“, denkt sie sich, während sie auf die Autobahn fährt. Da die Tankanzeige einen niedrigen Füllstand anzeigt, fährt sie an eine Tankstelle. Diese steht in der Nähe eines Windparks. Sie bezahlt dank Blockchain bargeldlos. Das Smartphone hat den Betrag abgerechnet. Der getankte Treibstoff ist synthetisches Gas, hergestellt aus CO2-neutralem Windstrom. Neben dem Windpark steht dafür ein Elektrolyseur, der das Gas für die Tankstelle erzeugt.
Sektorkopplung – Strom- und Gasnetz zusammen denken
Sektorkopplung verbindet den Elektrizitätsmarkt mit dem Wärme- und Mobilitätsmarkt. Elektrolyseure erzeugen mittels Elektrolyse Wasserstoff. Dieser kann bei Bedarf auch methanisiert und in die Gasinfrastruktur eingespeist werden. Das Gasnetz kann so große Mengen an synthetischem „erneuerbaren“ Gas speichern. Dieses gespeicherte Gas kann direkt von gasbetriebenen Fahrzeugen genutzt oder Turbinen und Blockheizkraftwerken genutzt werden.
Abbildung 2: Definition von Sektorkopplung (Quelle: Energy Brainpool)
Zuhause angekommen, stellt Julia das Auto am Straßenrand ab. „Wunderbar wie der Alltag einfacher wird“ – denkt sie sich und freut sich auf den Feierabend. Zuhause warten die Familie, eine Abkühlung im Gartenpool und ein leckeres Abendessen auf Julia Müller.
Gastautor: Maximilian van Beuningen (Junior Expert bei Energy Brainpool)
[1] Fraunhofer ISE: https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/daten-zu-erneuerbaren-energien/Stromerzeugung_2017.pdf
[3] Energy Brainpool: https://blog.energybrainpool.com/pressemitteilung-wie-stromhandel-von-nachbar-zu-nachbar-moeglich-wird/
[4] Mehr Infos zu Blockchain und Bürgerenergie Impulspapier
[5] Seminar Geschäftsmodelle Energiespeicher
[6] White Paper: Sind Ü-21-Windenergieanlagen wirtschaftlich zu betreiben?
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