Der Klimawandel und der steigende Energiebedarf 

Die industrielle Revolution schreitet weltweit rasant voran. Ihre technologischen Innovationen haben die Gesellschaft verändert, die Armut erheblich eingedämmt und zugleich die Lebenserwartung stark erhöht. Dennoch wird es zunehmend offensichtlich, dass die fossilen Brennstoffe, die bis heute hinter diesem Fortschritt stehen, einen möglicherweise katastrophalen Klimawandel herbeiführen. Die Verbrennung dieser Energiequellen produziert Treibhausgase wie Kohlenstoffdioxid und Methan, die zu einer endemischen globalen Erwärmung beitragen. Von 1970 bis heute haben sich die jährlichen CO2-Emissionen weltweit mehr als verdoppelt – von 15,9 Gigatonnen auf 36,2 Gigatonnen im Jahr 2017.

Heute, an der Schwelle zur vierten industriellen Revolution, die eine digitale Transformation von Gesellschaft und Wirtschaft vorantreibt, haben sich Klimawandel und Dekarbonisierung zu einem limitierenden Faktor bei unseren Aktivitäten entwickelt. Zugleich wächst die Weltbevölkerung stetig – eine Tatsache, die auch weiterhin ein kontinuierliches wirtschaftliches Wachstum erfordert. Bis zum Jahr 2050 werden knapp zehn Milliarden Menschen die Erde bevölkern. Von diesen zehn Milliarden werden voraussichtlich 70 Prozent in Städten leben. Und trotz schwindender Ressourcen werden alle diese Menschen auf eine saubere, lebensfreundliche Umgebung angewiesen sein. Zum Beispiel auf eine effiziente Transportinfrastruktur. Oder eine zuverlässige Trinkwasserversorgung. Eine ganz entscheidende Rolle spielt allerdings die nachhaltige Energieversorgung für unseren Fortbestand im 21. Jahrhundert.

Was bedeutet das konkret? Welche Herausforderungen hält die Zukunft für uns bereit? Und wer übernimmt die Verantwortung für deren Lösung? 

Zu Beginn der industriellen Revolution war die Stromerzeugung stark dezentralisiert. Das änderte sich im Laufe der Zeit und es fand ein Wandel hin zu großen, zentralen Kraftwerken statt. Heute kehren wir wieder zurück zu den Anfängen. Dieses Mal allerdings mit nachhaltigen Verfahren. Im Rahmen eines ganzheitlichen Ansatzes sehen sich Gebäudeinhaber, Energieerzeuger und Energieverteiler heute komplexeren Herausforderungen gegenüber, die zugleich außergewöhnliche Möglichkeiten eröffnen. Das gilt in besonderem Maße für Gebäude und die dazugehörigen Systeme: Sie sind für etwa 40% des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich.

Siemens Smart Infrastructure stellt sich diesen Herausforderungen mit der Entwicklung von Lösungen, die Energiesysteme und Gebäudelösungen auf intelligente Weise miteinander verbinden und so Lebensräume zum Wohle von Mensch und Umwelt schaffen – creating environments that care. Eine Verbindung dieser beiden Bereiche wird eine intelligente Infrastruktur für Netze, Gebäude und Industrieanlagen schaffen – eine Art Ökosystem, das intuitiv auf die Bedürfnisse der Menschen reagiert und zugleich den Planeten für zukünftige Generationen schützt. 

Diese Ökosysteme – oder Umgebungen – nutzen zunehmend dekarbonisierte und dezentralisierte Energie. So gewinnt die Rolle von Gebäuden auf dem Energiemarkt immer mehr an Bedeutung. Viele der neueren Gebäude erzeugen heutzutage bereits ihre eigene Energie, und das zu einem steigenden Prozentsatz aus erneuerbaren Energiequellen. Nichtsdestotrotz bedarf es neuer Lösungen, um die wachsende Nachfrage nach elektrischer Energie, die sich über die nächsten zehn Jahre mehr als verdoppeln soll, zu befriedigen. 

Gleichzeitig müssen wir Wege finden, um die Fluktuationen bei der Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen auszugleichen. Bei der Stromerzeugung könnten lokale Speichersysteme sowie Sektorkopplung einen Beitrag zur Befriedigung der Nachfrage leisten, indem sie beispielsweise Verbindungen zwischen Gebäuden und Ladestationen für Elektrofahrzeuge herstellen. 

In Zukunft müssen Gebäude und Infrastrukturen dazu in der Lage sein, ihren Energieverbrauch intelligent zu managen. Die Kombination aus dezentraler Energieerzeugung und der Speicherung von Energieüberschüssen ermöglicht es, sowohl die Nachfrage als auch die dafür notwendige Ressourcenmischung präzise vorherzusagen. Derartige Maßnahmen werden die Nachfrage optimieren, Kosten reduzieren und die Verfügbarkeit steigern. Darüber hinaus wird es für die intelligente Verwaltung von Gebäuden und Versorgungsnetzen erforderlich sein, einen kontinuierlichen Informationsaustausch über alle beteiligten Komponenten hinweg zu gewährleisten. 

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten zur Verbindung energieerzeugender und energieverbrauchender Ökosysteme. Sie reichen von einer intelligenten Netz- und Systemsteuerung bis hin zu intelligenten Speicherlösungen, und von der Gebäudeautomatisierung und Steuerungssystemen bis hin zu Schaltanlagen, Ventilen und Sensoren. Um zu erklären, wie eine Konvergenz von Energieversorgungssystemen mit Gebäuden und Industrieanlagen aussehen könnte, möchte ich mich hier auf ein wesentliches Element konzentrieren, das im Zentrum dieses neuen Ökosystems der intelligenten Infrastruktur steht: dezentrale Energiesysteme. 

Die Zunahme an dezentralen Energiesystemen führt zu einer heterogeneren, dynamischeren Energieversorgung mit unterschiedlichen Akteuren und vielschichtigen Energie-, Informations-, und Geldquellen, die zwar unabhängig und/oder insular betrieben werden können, aber gleichzeitig an ein größeres Netz angeschlossen sind. 

Experten sehen hohe Wachstumsraten für Technologien im Rahmen von dezentralen Energiesystemen voraus. So wird die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate für den Energiespeichermarkt bis 2024 voraussichtlich über 10% betragen. Die Infrastruktur für Elektrofahrzeuge wird um über 30% zunehmen und der Markt für dezentrale Energiesysteme allgemein wird voraussichtlich um etwa 10% wachsen.

• Mehr Resilienz: Städte und Gemeinden, aber auch Bezirke und Campusbereiche wie Universitäten, Krankenhäuser und Industrieanlagen, können ihr eigenes lokales Energieversorgungssystem konzipieren. Diese Systeme können entweder in Verbindung mit dem allgemeinen Stromnetz oder aber komplett autark betrieben werden.
• Einbindung erneuerbarer Energien: Erneuerbare Energien sind (mit Ausnahme der Wasserkraft, die geografisch gebunden ist, sowie großen Onshore-/Offshore-Windparks und Photovoltaikanlagen) oftmals dezentral angelegt. Dezentrale Energiesysteme tragen zur Integration der so gewonnenen Energie in das allgemeine Stromnetz bei. Diese Veränderung wird mit dem Übergang von Gebäuden von reinen „Verbrauchern“ zu „Prosumenten“, die ihren eigenen Strom erzeugen und sich in intelligente und flexible Speichersysteme verwandeln können, zunehmend relevanter. Darüber hinaus könnten Gebäudebetreiber Energieüberschüsse an den Energiemärkten verkaufen oder freie Kapazitäten am Energieflexibilitätsmarkt anbieten. 
• Effiziente Umsetzung der Kraft-Wärme-Kopplung: Beispielsweise durch die Nutzung der Wärme eines nahe gelegenen Produktionsbetriebs zur Erwärmung oder Kühlung von Gebäuden oder sogar eines Eisstadions. 
• Energieeinsparungen während der Übertragung: Durch eine Verkürzung oder völlige Vermeidung der Übertragungsstrecke können wesentliche Einsparungen erzielt werden.
• Steigende Zuverlässigkeit: Durch eine steigende Zuverlässigkeit der lokalen Stromversorgung werden gleichzeitig die Verteiler- und Übertragungssysteme stabilisiert.
• Stärkung der Gemeinden: Förderung der Wertschöpfung auf lokaler Ebene.

Zusammenfassend kann man sagen, dass lokale, dezentralisierte und kontrollierbare Stromerzeugungs- und Speicherlösungen den Endverbrauchern eine gewisse lokale Resilienz oder sogar völlige Unabhängigkeit vom Netz ermöglichen, oftmals in Verbindung mit außergewöhnlichen wirtschaftlichen Vorteilen. Diese Vorteile kommen auch den Netzbetreibern zugute. Lokale Lösungen können die Nachfrage dahingehend verwalten, dass Spitzenlasten reduziert werden, wenn das Kapazitätslimit erreicht ist. Dadurch können Energieüberschüsse am Markt verkauft werden. 

Viele dieser Vorteile sind heute sicherlich noch nicht im großen Maßstab Realität. Die Zahlen von bereits verwirklichten dezentralen Energieprojekten sprechen jedoch für sich: Eine unabhängige Studie zu diesem Thema zeigt, dass Betreiber dezentraler Energiesysteme im Vergleich zum herkömmlichen Betrieb eine Senkung der Betriebskosten um 8 bis 28 % verzeichnen können, mit einer Amortisation des eingesetzten Kapitals (Return on Investment) innerhalb von drei bis sieben Jahren. Die CO2-Emissionen sanken dabei im gleichen Maße. 

Wir glauben, dass eine Nutzung dieser neuen Möglichkeiten und Vorteile uns dabei helfen wird, Umgebungen zu schaffen, die von intelligenten Ressourcen gesteuert werden, und die uns drei Hauptvorteile sichern: Nachhaltigkeit, eine sichere und zuverlässige Energieversorgung und wirtschaftliche Vorteile.

Idealerweise leistet eine dezentrale Energieversorgung einen entscheidenden Beitrag zum Schutz der Umwelt und des Klimas unseres Planeten, indem Energie dort verbraucht wird, wo sie generiert wird und Übertragungs- und Verteilungsverluste so vermieden werden. Darüber hinaus kann der Einsatz erneuerbarer Energiequellen Emissionen entscheidend reduzieren und unsere natürlichen Ressourcen schützen. 

Dezentrale Energiesysteme spielen hier eine wesentliche Rolle, da sie speziell auf die Erzeugung, Speicherung und Verteilung grüner Energie ausgelegt sind. Diese Vorteile wirksam umzusetzen, ist für uns überlebenswichtig, insbesondere vor dem Hintergrund der aktuellen Debatte zum Klimawandel. 

Mit Technologien wie der Wärmerückgewinnung, Prognose-Algorithmen und Maßnahmen für eine bessere Energieverteilung lassen sich bereits heute signifikante Ressourceneinsparungen erzielen. 

Nahezu alle Industrien – insbesondere kritische – sind stark von einer zuverlässigen Energieversorgung abhängig. Lokale Energielösungen tragen dazu bei, die Zuverlässigkeit des Systems zu verbessern und die Verfügbarkeit, Qualität und Belastbarkeit der Energieversorgung zu steigern. Diese Vorteile ermöglichen es Unternehmen, ihre Prozesse abzusichern und sich auf zukünftige Anforderungen vorzubereiten und zugleich Skalierbarkeit sicherzustellen.

Die Optimierung der Energiekosten wird zunehmend wichtig für die Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dieses Ziel zu erreichen. Zum einen kann eine Optimierung des Energiemixes dazu beitragen, die Kosten für den Zukauf von Strom zu senken. Darüber hinaus sind ein insgesamt niedrigerer Energieverbrauch und eine höhere Energieeffizienz zwei weitere effektive Möglichkeiten, die Kosten zu senken. Schließlich ermöglicht es die Einrichtung einer lokalen Energielösung, die Netzgebühren zu senken und durch den Verkauf überschüssiger Energie am Energiemarkt zusätzliche Einnahmen zu erzielen.

Eines ist klar: Auf dem Weg in die Zukunft der Energie sind die Themen Dekarbonisierung, Dezentralisierung und Digitalisierung untrennbar miteinander verbunden. Ziel ist die intelligente und nachhaltige Erzeugung, Verteilung und Nutzung von Energie. Um dieses Ziel zu erreichen, sind integratives Denken und der Blick für das große Ganze notwendig. Dazu gehört alles von intelligenten Energiekonzepten bis zur Sektorkopplung und von der Infrastruktur für Elektrofahrzeuge bis zur Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz. 

Bereits heute stehen technologische Lösungen zur Verfügung, die deutliche Fortschritte in diesem Bereich ermöglichen. Um sie noch wirksamer zu machen, sind zunächst keine neuen Gesetze, Vorschriften oder technologischen Entwicklungen erforderlich. Städte, Unternehmen und Bürger können sich heute aktiv in den Klimaschutz einbringen – und „Lebensräume zum Wohle von Mensch und Umwelt schaffen.“ 

2019-05-15

Bilder: Siemens AG