Energiemodelle als "Labore" zur Erkundung von smarten und nachhaltigen Energiesystemen

Welche Rolle spielen Unternehmen und Haushalte in smarten und klimaneutralen Energiesystemen? Warum stellt das die Energiemodellierung vor Herausforderungen? Das beleuchten Diana Süsser (IASS) und Andrzej Ceglarz (Renewables Grid Initiative) in ihrem Beitrag.

Die Pariser Klimaziele, der Europäische Grüne Deal und die Strategie für die Energieunion verlangen nach einer klimaneutralen Wirtschaft und Gesellschaft bis Mitte des Jahrhunderts. Dafür muss unser Energiesystem tiefgreifend transformiert werden: von Strom und Wärme über den Transport bis hin zur Industrie. Deshalb ist es besonders wichtig, dass sich verschiedene Akteure – wie Unternehmen und Haushalte – aktiv an der Energiewende beteiligen.

Die Energiewende verändert unser Energiesystem strukturell: Die Energieproduktion wird dezentraler, rückt näher an die Wohngebiete und Industrieanlagen heran, die den Strom verbrauchen. Digitale Lösungen, wie smarte Strommessgeräte, werden eingesetzt. Unser Energiesystem wird gekoppelt sein und maßgeblich auf erneuerbaren Energien basieren. Zudem wird das Energiesystem demokratischer: Akteure wie Haushalte und Unternehmen werden als Prosumer (Produzenten und Konsumenten) aktiver an der Energieerzeugung beteiligt sein, sodass eine Energieverteilung nicht nur für sie, sondern auch von ihnen erfolgen wird. Diese Entwicklungen erfordern eine neue Art der Vernetzung zwischen elektrischen Übertragungs- und Verteilnetzen, die wiederum auf smarten Lösungen basieren müssen.

Modelle als Labore zur Erkundung unserer Energiezukunft

Politiker*innen und Unternehmer*innen müssen heute Entscheidungen über die Gestaltung unseres zukünftigen Energiesystems treffen, auch wenn diese mit vielen Unsicherheiten verbunden sind. Wissenschaftler*innen können die Entscheidungsfindung durch den Einsatz von computerbasierten Energiemodellen unterstützen.

Energiemodelle können als virtuelle “Labore” agieren, in denen verschiedene Zukunftsszenarien für unser Energiesystem erforscht werden können. Im Rahmen des Projekts Laboratorium für eine nachhaltige Energiewende (SENTINEL) verbessern wir Energiemodelle basierend auf den Bedürfnissen ihrer Nutzer*innen und stellen diese offen zur Verfügung. Gemeinsam mit verschiedenen Interessenvertreter*innen aus Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft entwickeln wir Fragestellungen, die die Modelle beantworten sollen, definieren Herausforderungen der Energiewende in bestimmten Fallstudien und entwickeln und diskutieren gemeinsam verschiedene Transformationspfade.

Energiemodelle werden stetig komplexer und sind in der Lage, zeitlich und räumlich besser aufgelöste Ergebnisse zu liefern. Ein Schwachpunkt der Modelle ist jedoch die mangelnde Einbeziehung verschiedener Akteure, wie Haushalte und Industrie. Ihr Verhalten und ihre Einstellungen in Bezug auf nachhaltige Maßnahmen werden oft außer Acht gelassen, spielen jedoch eine entscheidende Rolle für den Erfolg der Energiewende. An den zwei folgenden Beispielen zeigen wir auf, warum Unternehmen und Haushalte so wichtig für eine smarte und nachhaltige Energieversorgung sind.

Smarte Vernetzung erneuerbarer Stromproduzenten und -konsumenten

Die dezentrale Energieproduktion ermöglicht es Unternehmen und Haushalten sich als demokratisch gleichberechtigte Teilnehmer*innen am intelligenten Markt der Zukunft zu beteiligen. Smartere und miteinander verbundene Strommärkte ermöglichen es Unternehmen und Haushalten, zugleich Stromproduzenten und -konsumenten zu werden und/oder ihre Energie an den Markt zu verkaufen. Sie werden in der Zukunft also immer wichtigere Rollen im Energiesystem einnehmen. Neben anderen Faktoren, wie dem erhöhten Erneuerbarenanteil, bringt der Einstieg dieser neuen Marktteilnehmer den Bedarf für Speicher und sogenannte smarte oder intelligente Netze mit sich, die Produktionsschwankungen dynamisch ausgleichen können. Eine solche partizipative und dezentrale Energieerzeugung hat viele Vorteile, darunter die finanzielle Beteiligung lokaler Akteure, kürzere Transportwege und reduzierte Energieübertragungsverluste.

Nachfrageseitige Flexibilität für stabile Netze

Auf dem Weg zu einem dekarbonisierten Energiesystem wird die nachfrageseitige Flexibilität eine wichtige Rolle bei der Stromversorgung von Gebäuden und Industrie sowie bei der Stabilität des Netzes spielen. Smarte Geräte, wie Heizungen oder Waschmaschinen, können heute schon so programmiert werden, dass sie laufen, wenn erneuerbare Energie verfügbar und am günstigsten ist. Aber auch Unternehmen werden in Zukunft flexibler produzieren als heute. Die Nachfrageflexibilität leistet so einen wichtigen Beitrag für die Netzstabilität. Forschungsprojekte, wie FlexCoop, entwickeln neue Instrumente für die nachfrageseitige Flexibilität sowie neue Geschäftsmodelle auch für Energiegenossenschaften.

Diese zwei Beispiele verdeutlichen, dass Unternehmen und Haushalte im Energiesystem der Zukunft eine wichtige Rolle einnehmen und die Energiewende aktiv mitgestalten können. Eine erfolgreiche Übernahme solcher Bedürfnisse und Belange in Energiemodelle erfordert jedoch die Entwicklung von inklusiven und partizipativen Ansätzen, die einen Austausch von Ideen und Perspektiven vieler Akteure ermöglichen. Dementsprechend ist es wichtig zu gewährleisten, dass komplexes Wissen in Bezug auf Energiemodellierung so aufbereitet wird, dass es auch mit Laien diskutiert werden kann.

Ein Beispiel aus der Praxis: Entwicklung eines Energieszenarios für Europa

Ein gutes Beispiel liefert hier das PAC-Projekt: Es hat ein Energieszenario für Europa entwickelt, das mit dem Pariser Abkommen vereinbar ist. Geleitet wurde die Entwicklung des Szenarios dabei von Akteuren der Zivilgesellschaft. Während die Renewables Grid Initiative die Koordination übernahm, lag die Umsetzung bei CAN Europe und dem European Environmental Bureau. Einerseits soll das Szenario ein konkreter Vorschlag für eine europäische Energieinfrastrukturplanung sein, die die Entwicklung hin zu einem auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystem gewährleistet. Andererseits dient das PAC-Projekt als Plattform für den Austausch zwischen zahlreichen Stakeholdern, die unterschiedliche Energiewirklichkeiten repräsentieren.

Im Rahmen des PAC-Projekts fanden mehrere Workshops statt, die einen persönlichen Austausch zwischen Modellierer*innen aller Akteursgruppen ermöglichten. Die Treffen zielten vor allem darauf ab, aus technischer Sicht zu verstehen, wie das Energiesystem gestaltet und in Energiemodellen abgebildet werden sollte. Am Ende dieses Prozesses stand ein Szenario, das der Politik einen Alternativvorschlag zu den gängigen Szenarien der Netzbetreiber bot und sich für die schnelle Entwicklung eines auf erneuerbaren Energien basierenden Systems einsetzt.

Konkret und mit Bezug auf die oben besprochenen Beispiele wurde in einem der Workshops im Hinblick auf eine smartere Vernetzung die Bedeutung einer stärkeren Berücksichtigung des Verteilnetzes in der Übertragungsnetzplanung hervorgehoben – also ein stärkerer Fokus auf die lokale Ebene. Dies könnte z.B. durch einen regelmäßigen und präzisen Informationsaustausch zwischen Verteilnetzbetreibern und Übertragungsnetzbetreibern oder durch eine staatliche Struktur zur Zusammenarbeit bei der Szenarienentwicklung geschehen. Im Hinblick auf das Thema Flexibilität ermöglichte der Austausch eine Diskussion zu konkreten Themen: z.B., wie wichtig es ist, Zeitskalen für den Flexibilitätsbedarf zu modellieren sowie das Verhalten von Verteilungsnetzen in verschiedenen europäischen Ländern in Modellen widerzuspiegeln.

Diese Entwicklungen zeigen, dass weitere Forschung notwendig ist, um verschiedene Herausforderungen und Bedürfnisse der gesellschaftlichen Akteure, einschließlich der von den Energieprosumern der Zukunft, besser zu verstehen und diese auch in Energiemodellen besser abzubilden.

Dieser Beitrag erschien zuerst am 15.4.2021 auf dem nachhaltig.digital-Blog.

Am 29.04.2021 wird Diana Süsser auf der Veranstaltung „Smart Grid“ mit einem Impuls über Energiemodellierung zur Erkundung von smarten und nachhaltigen Energiesystemen dabei sein. Die Möglichkeit zur Anmeldung und weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie hier.