Erneuerbare Energien, Energieeffizienz und -speicherung

Als Antwort auf die Herausforderungen des Klimawandels und vor allem der Katastrophe von Fukushima hat Deutschland die Energiewende beschlossen, d.h. u.a. den Ausstieg aus der Kernenergie bis 2022, CO2-Reduktion um 80 Prozent und eine Steigerung des Anteils Erneuerbarer Energien am Strommix auf 80 Prozent bis 2050. In der Umsetzung der Energiewende steckt ein großes technologisches und wirtschaftliches Potenzial. Ungeachtet dessen schreitet sie nur langsam voran, denn die Energiewende ist ein komplexer Prozess, der auf mehreren Ebenen realisiert werden muss und zahlreiche Instanzen einschließt. Politik, Wirtschaft und Bürger sind gleichermaßen gefragt, aktiv zu werden, um den Prozess zu beschleunigen.

Die Energiewende erfordert die schnelle Entwicklung und Umsetzung intelligenter Energiekonzepte. Diese müssen für die Verbraucher mehr sein als Stromsparen durch Verzicht. Wir leben in einem technologieorientierten Umfeld, in dem auch in Zukunft immer ein gewisser Mindestbedarf an Strom, Wärme und Mobilität bestehen wird. Ein intelligentes Energiekonzept muss das berücksichtigen – und zwar entlang aller Aspekte bzw. Komponenten (von der Erzeugung, Verteilung und –Speicherung der Energie bis zur Energieeffizienz) und mit Fokus auf dem Einsatz regenerativer Energiequellen.

Bei der Umsetzung intelligenter Energiekonzepte werden zwei verschiedene Fälle betrachtet: zum einen die Umrüstung bestehender Systeme, wie sie in Westeuropa im Rahmen der langfristig gewachsenen Strukturen ansteht („Energiewende"); zum anderen die Einrichtung neuer Systeme, wie sie z.B. bei der Planung und beim Bau einer neuen Stadt bzw. eines neuen Stadtviertels auf der Agenda steht (z.B. Fujisawa, Japan, s. Haupttitel des Reports, Kapitel 13.2 „Fujisawa Sustainable Smart Town").

Schwächen bieten Entwicklungspotenzial

Die Antwort auf die Frage, was genau ein intelligentes städtisches Energiesystem ausmacht, ergibt sich recht klar aus den systemimmanenten Schwächen unserer traditionellen Energiesysteme. Diese stammen aus einer Zeit, in der Energie scheinbar im Überfluss vorhanden war. Wir haben uns daran gewöhnt, viel mehr Energie zu verbrauchen, als für die jeweiligen Nutzzwecke notwendig wäre. Zudem bringt der technologische Fortschritt immer neue Produkte mit entsprechenden Energieverbräuchen auf die Märkte.

Die Schwächen gegenwärtiger Energiesysteme lassen sich in drei zentralen Punkten zusammenfassen:

Die größte Energiequelle der Gegenwart ist die Energieeinsparung durch die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen sowie Verhaltens- und Konsumveränderungen vom Bürger über öffentliche Einrichtungen bis hin zu Unternehmen und Institutionen. Einsparpotenziale von bis zu 80 Prozent (je nach Verbrauchssektor und Anwendungsbereich) können hier realisiert werden.

Die Verwendung fossiler Ressourcen wie Kohle, Öl, Gas und des Kernbrennstoffs Uran ist nur begrenzt zukunftsfähig, denn diese Rohstoffe unterliegen Endlichkeiten, deren Reichweite zwar voraussichtlich nicht mit der heutigen Generation, wohl aber mit einer der nächsten erreicht sein wird. Zusätzlich sind damit enorme Umwelt-, Entsorgungs- und Klimaprobleme verbunden, und es bestehen große Abhängigkeiten gegenüber politisch meist instabilen Lieferländern.

Mit den neuen Energiesystemen, d.h. der Verlagerung von fossilen auf erneuerbare Energieformen, geht die dritte Schwäche einher: Die gewachsenen Strukturen der Netze sind „Einbahnstraßen". Sie sind darauf ausgelegt, Energie vom zentralen Erzeuger zum Verbraucher zu bringen, nicht aber Strom vom Verbraucher und vielen dezentralisierten Standorten in das Netz einzuspeisen. Im Rahmen intelligenter Energiekonzepte der Zukunft werden Stromnetze benötigt, die dezentrale Erzeugung und „Gegenverkehr" zulassen – und parallel dazu auch noch Informationen über die Zustände aller angebundenen Aggregate überall im Netz verfügbar machen. Ergänzend sind außerdem unbedingt neue, wirtschaftliche Speichertechnologien notwendig. Zudem muss darauf geachtet werden, dass auch mobile Speicher (Elektromobilität) nach Belieben an praktisch jedem Ort nahtlos integriert werden können.

Im Mittelpunkt der Vernetzung von Energiesystemen steht die Umrüstung der passiven Infrastrukturen zu intelligenten, informationsreichen und dialogfähigen Lösungen. Smart Grids, Smart Meters und Smart Storages können als vernetzte Komponenten nicht nur via Elektromobilität und intelligenter Verkehrssteuerung Energieeffizienz und CO2-Ausstoß optimieren. Sie ermöglichen auch eine bessere Steuerung des Verbrauchs, z.B. die Senkung der Spitzenlast durch eine Verlagerung des Stromverbrauchs auf kostengünstigere Niedriglastzeiten (Real Time Pricing).

Mit modernster Smart Grid-Elektronik werden kommunale Stadtwerke zu Intelligent-City-Managementeinheiten, die über virtuelle Kraftwerke die dezentrale Energieversorgung ihrer Stadt passgenau steuern. Diese technologisch komplexer werdenden Systeme müssen jedoch mit erhöhten Sicherheitsmaßnahmen einhergehen, um mit Störungen im System umgehen zu können.

Ein intelligentes Energiesystem beinhaltet neben den genannten Anpassungs- und Vorsorgemaßnahmen dringend die Vermeidung von Energieverbräuchen und die Integration der drei Querschnittsthemen IKT, Bürgerbeteiligung sowie intelligente Finanzierungskonzepte.

Mit vorausschauender Technik wird es möglich, die Balance zwischen Energieangebot und ?nachfrage intelligent zu regeln. Darüber hinaus sind bei der energetischen Umstrukturierung auf städtischer Ebene auch intelligente Formen der Bürgerbeteiligung und Finanzierung gefragt. Diese lassen sich z.B. durch bereits sehr häufig angewendete Maßnahmen wie Bürger-Solarkraftwerke oder ?Windkraftanlagen umsetzen, die häufig genossenschaftlich organisiert umgesetzt werden. Eine solche Lösung sorgt nicht nur für Transparenz, erhöhte Akzeptanz und einen besseren Informationsgrad der Bevölkerung. Sie hilft auch, den wesentlichen Engpass der Finanzierung durch Mobilisierung von privatem Kapital zu überwinden. Neben diesen Bürgerfondsmodellen können zudem verschiedene Arten des Contractings oder auch das innovative vom B.A.U.M.-Vorsitzenden Prof. Dr. Maximilian Gege entwickelte und bereits in der Umsetzung befindliche B.A.U.M.-Zukunftsfonds-Modell (Gege, 2008) eingesetzt werden, um die vorgegeben Ziele im Rahmen der Energiekonzepte auf intelligente Art finanziert zu erreichen.

Praxisnahe Handlungsempfehlungen und erprobte Best- bzw. Good Practice-Beispiele für den Bereich Energie einer intelligenten Stadt sind im Haupttitel des Reports aufgeführt.