Energie Trend: Jedes Bit zählt - Auf dem Weg zu einem elektrifizierten Planeten

Seit dem G7-Gipfel 2015 im süddeutschen Elmau hat die Welt ein gemeinsames Ziel vor Augen: die Abkehr von fossiler Energie und die Nutzung von Strom als universeller Energieträger und somit eine vollständige Dekarbonisierung bis zum Jahr 2100. Auch die UN-Klimakonferenz 2018 (COP24), wird sich weiter intensiv mit dieser Frage befassen. Denn diese Entwicklung stellt alle Volkswirtschaften vor riesige Herausforderungen.  Vor allem die Energiesysteme sind von großen Umbrüchen gekennzeichnet. Diese Umbrüche werden als „3D-Modell der Energie“ bezeichnet, weil sie auf drei Trends zurückzuführen sind: Dekarbonisierung, Dezentralisierung, Digitalisierung.

 

Von Peter Gottal

Laut einem Bericht der UN-Initiative Sustainable Energy for All leben mehr als eine Milliarde Menschen auf der Welt ohne Zugang zu elektrischer Energie. Besonders betroffen sind Regionen wie die subsaharischen Staaten, in denen die Bevölkerungszahl stark steigt. Nach Schätzungen der Vereinten Nationen wird die Weltbevölkerung bis zum Jahr 2040 um fast zwei Milliarden Menschen anwachsen. Der Zuwachs wird vor allem in den Entwicklungsländern stattfinden. Darin, dass es moralisch geboten und wirtschaftlich erforderlich ist, allen Menschen Zugang zu Strom zu verschaffen, sind sich die politisch Verantwortlichen, Industrie und Hilfsorganisationen einig.

 

Doch nicht jedem ist das Dilemma bewusst: Was käme auf uns zu, wenn auch dieser Teil der Weltbevölkerung so leben und Energie verbrauchen würde wie wir? Wenn nicht nur bei uns, sondern auch dort rund die Hälfte des Strombedarfs aus fossilen Brennstoffen bezogen wird? Nicht zuletzt wären die ehrgeizigen Klimaschutzziele der Weltgemeinschaft und vor allem die Begrenzung der Erderwärmung auf maximal zwei Grad unmittelbar in Gefahr. Denn dass sich fossiler Energieverbrauch und globale Erwärmung bedingen, ist mittlerweile unstrittig. Und wer glaubt, dass es keinen Zusammenhang zwischen der Erhöhung der Temperatur, vor allem der Meerestemperatur, und der Häufigkeit und Intensität von Naturkatastrophen gibt, der leugnet schlicht die Wirklichkeit – die sich nicht nur in fernen, exotischen Ländern abspielt, sondern zunehmend vor unserer eigenen Haustür. 

 


Was es im Weltmaßstab bedeutet, wenn alle dem Beispiel der entwickelten Industrienationen folgen, sieht man im Transportsektor. Die verkehrsbedingten Emissionen sind heute rund 60 Prozent höher als 1990. Und die wesentliche Ursache liegt in den drastisch wachsenden Fahrzeugzahlen in den Entwicklungs- und Schwellenländern. Allein in China hat sich der Kraftfahrzeugbestand innerhalb der letzten Dekade auf rund 200 Millionen Fahrzeuge mehr als vervierfacht. 

 


Was es im Weltmaßstab bedeutet, wenn alle dem Beispiel der entwickelten Industrienationen folgen, sieht man im Transportsektor. Die verkehrsbedingten Emissionen sind heute rund 60 Prozent höher als 1990. Und die wesentliche Ursache liegt in den drastisch wachsenden Fahrzeugzahlen in den Entwicklungs- und Schwellenländern. Allein in China hat sich der Kraftfahrzeugbestand innerhalb der letzten Dekade auf rund 200 Millionen Fahrzeuge mehr als vervierfacht. 

 

Auch der Bedarf an elektrischer Energie nimmt weltweit zu. Bis 2040 rechnen Experten mit einem Anstieg der erzeugten Elektrizität um rund zwei Drittel. Dabei geht es nicht nur um den Nachholbedarf in den Entwicklungs- und Schwellenländern, sondern auch um eine erhöhten Nachfrage nach Strom, zum Beispiel durch den Anstieg der Informations- und Kommunikationstechnik, in den Industriestaaten.

 

Die Konsequenzen daraus sind eindeutig: Die Welt braucht Strom für alle, erzeugt möglichst klimaneutral aus erneuerbaren Quellen. Der Abschied von fossilen Brennstoffen und einer zentralen Versorgung aus wenigen Kraftwerken hin zu vielen, dezentralen und erneuerbaren Energiequellen wie Windturbinen und Solaranlagen wird nicht über Nacht geschehen. Denn dieser Umbruch stellt uns, neben politischen und ökonomischen Fragen, vor allem technisch vor gewaltige Herausforderungen. Die zeitliche und räumliche Entkopplung von Erzeugung und Verbrauch der Energie hat zur Folge, dass das System spürbar komplexer wird. Und je mehr dezentrale Einheiten in das Energiesystem eingebunden werden, desto komplexer wird die Lage. Das deutsche Stromnetz gilt mit einer Verfügbarkeit von annähernd 100 Prozent als Vorbild in den Industriestaaten. Aber die Energiewende hinterlässt Spuren im System. So hat sich beispielsweise die Zahl der Eingriffe der Netzbetreiber zur Stabilisierung des deutschen Stromnetzes innerhalb der letzen Jahre massiv erhöht. Laut Angaben des Betreibers TenneT mussten die Ingenieure der Netzführung im Jahr 2003 nur zwei Mal im gesamten Jahr eingreifen, um das gesamte Stromnetz stabil zu halten. Mit der Energiewende erhöhte sich die Zahl dieser Ereignisse im Jahr 2011 auf 1024 Eingriffe. Und 2015 waren es schon 6325.

 

Und auch die damit verbundenen Kosten steigen. 2015 lagen die Kosten für die Noteingriffe bei rund 1 Milliarde Euro. Im Jahr 2017 waren es bereits 1,4 Milliarden. Nach der Abschaltung der letzten Atomkraftwerke im Jahr 2022 könnten die Eingriffskosten laut Bundesnetzagentur bundesweit auf bis zu vier Milliarden Euro pro Jahr anwachsen. Zahlen muss das der Verbraucher über den Strompreis.

Das 3D-Modell der Energie: Dekarbonisierung – Dezentralisierung – Digitalisierung

Die Umbrüche im Energiesystem lassen sich als „3D-Modell“ zusammenfassen, denn es geht um drei globale Trends. Der erste Trend ist die Dekarbonisierung. Politische Rahmenbedingungen und Vorgaben, Umweltbelastungen und die gemeinsame Sorge um das Weltklima führen dazu, dass sich die Erzeugung von Energie weg von den fossilen Quellen hin zu erneuerbaren Quellen verlagern wird, insbesondere zu Wind und Solar.

 

Mit der Dekarbonisierung einher geht ein zweiter Trend, die Dezentralisierung. Die klassische Energielandschaft, die aus wenigen Großkraftwerken mit nachgelagerten, zentralen Übertragungs- und Verteilkapazitäten bestand, verändert sich grundlegend. Wenn wir eine CO2-arme Energieversorgung aus zunehmend erneuerbaren Quellen anstreben – in Verbindung mit Speichern und Großkraftwerken, die für eine stabile Stromversorgung weiterhin benötigt werden –, brauchen wir eine völlig neue Herangehensweise. Die wachsende Zahl der Erzeuger macht es erforderlich, die Systemsteuerung völlig neu zu gestalten.

 

Um der Komplexität des Energiesystems gerecht zu werden, müssen die Stromnetze intelligenter gemacht und damit die Möglichkeiten der Digitalisierung ausgeschöpft werden. Diese „Smart Grids“ genannten, intelligenten Netze kombinieren unter Einbindung der IT-Systeme verschiedene Erzeuger und Verbraucher, um für die notwendige Stabilität zu sorgen. Diese Fragmentierung führt auch dazu, dass ehemals feste System- und Prozessgrenzen, beispielsweise zwischen Stadtwerken und Netzbetreibern aufbrechen. Es entwickeln sich neue Netzwerke aus Erzeugern und Verbrauchern zu unterschiedlichsten neuen Marktteilnehmern und Dienstleistern. Und daraus wiederum völlig neue Geschäftsmodelle zum Kauf und Verkauf von Energie. Aus dieser Tatsache leiten sich vielfältige Ideen für eine Konvergenz von Industrien, Technologien, Wertschöpfungsketten und gewerblichen Prozessen ab.

Kein Science-Fiction: Künstliche Intelligenz

Der Umgang mit immer mehr Daten im Gesamtsystem Energie – das ist die Herausforderung, mit der es die Industrie zu tun hat. Das immer komplexere Geschehen in dezentralen Energielandschaften trägt einen Großteil zum Wachstum des Datenvolumens insgesamt bei. Die Zahl der vernetzten Geräte ist dafür ein Maßstab. Im Jahr 2003 zählte die Weltbevölkerung 6,3 Milliarden Menschen und es gab 500 Millionen Geräte, die mit dem Internet verbunden waren. Bis zum Jahr 2020 soll sich laut den Prognosen des US-Unternehmens Cisco diese Zahl auf 50 Milliarden erhöhen. Das Datenvolumen insgesamt wächst in gleichem Tempo. Laut einer kürzlich veröffentlichten Studie des Marktbeobachtungsunternehmens IDC soll das weltweite Datenvolumen von heute rund 16 Zettabyte auf rund 163 Zettabyte im Jahr 2025 gewachsen sein – Faktor 10.

 

Eine zukunftsweisende Technologie, mit der die Industrie sich schon heute intensiv befasst, ist Quantencomputing. Quantencomputer besitzen gegenüber klassischen Rechnern eine grundlegend andere Architektur und Funktionsweise, die auf den Eigenschaften der Quantentheorie beruht. Sie verwenden zur Datenspeicherung und -verarbeitung direkt subatomare Partikel und nutzen deren Quanteneigenschaften aus. Dies ermöglicht Quantencomputern potentiell eine im Vergleich zu gängigen Computern unvorstellbar höhere Rechengeschwindigkeit und -leistung. Sie sind perspektivisch in der Lage, mit Komplexitäten umzugehen, die heute noch unbeherrschbar sind. Die Welt der kleinsten Teile wird uns helfen, die Probleme der großen Welt zu lösen. Und das wird nötig sein, wenn die Stromerzeugung unseres Planeten immer erneuerbarer, die Bevölkerungszahl immer größer und Versorgungsdichte mit Strom immer höher wird.

28.11.2018

Peter Gottal

Bildquellen: Panthermedia, Siemens AG

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