Die Digitalisierung ist ein bedeutender Faktor für die Energiewende. Sie kann an allen Stufen der Wertschöpfungskette einen wichtigen Beitrag leisten. So sind Energiewende und Digitalisierung laut der Metaanalyse zur Rolle der Digitalisierung in der Energiewende untrennbar miteinander verbunden. Für diese Metaanalyse hat die Agentur für Erneuerbare Energien 37 Studien, Fachbeiträge und Positionspapiere zur Rolle der Digitalisierung in der Energiewirtschaft untersucht. Im Ergebnis zeigt sich, mit der Digitalisierung der Energiewende sind viele Chancen verbunden, aber auch große Herausforderungen.
Die Metaanalyse zur Rolle der Digitalisierung in der Energiewende
Im Ergebnis der Untersuchung von unterschiedlichen Publikationen stellt AEE Geschäftsführer Philip Vohrer fest:
„Die Energiewirtschaft hinkt in Sachen Digitalisierung anderen Wirtschaftsbereichen weit hinterher."
Dabei kann die Digitalisierung helfen die schwankende Stromerzeugung aus Wind und Sonne auszugleichen. Nur mit digitaler Technik können die vorhandenen Lösungen effizient und intelligent zusammenspielen: Speicher, Biogasanlagen, flexible Verbraucher und schließlich intelligente Netze - das sogenannte Smart Grid. Auch die Stromproduktion aus Erneuerbaren Energien lässt so bündeln, dass sie als „virtuelles Kraftwerk" genauso verlässlich Strom liefert wie ein konventionelles Kraftwerk. Diese Flexibilisierungsoptionen sind allerdings kleinteilig und räumlich weit verstreut. Die Digitalisierung ist der Kitt, der diese Bausteine zusammenhält und zu einem funktionierenden System vernetzt
Die Metaanalyse führt die Aussagen der Wissenschaftler zu Potenzialen und Herausforderungen aus den unterschiedlichen Publikationen zusammen. Das Dokument umfasst 30 Seiten und ist als pdf-Datei beim Forschungsradar Energiewende erhältlich. Zusätzlich gibt es dort eine Reihe von Vergleichsgrafiken zu einzelnen Themen der Metaanalyse.
Untersuchte Themen der Digitalisierung in der Energiewende
Die Installation und Vernetzung von intelligenten Messsystemen ist erst der Anfang für die Digitalisierung in der Energiewende. Auf diesen Schritt bauen viele weitere mögliche Themen und Technologien auf, die Fortschritte in der Energiewende möglich machen.
Virtuelle Kraftwerke
In virtuellen Kraftwerken werden viele kleinere Stromerzeugungsanlagen, Speicher und flexible Lasten gebündelt und über ein gemeinsames Leitsystem gesteuert. Dieser Verbund arbeitet im Idealfall so zuverlässig wie ein konventionelles Kraftwerk. Die Bezeichnung virtuell kommt daher, dass es nicht einen realen Standort gibt, sondern viele Standorte, die zusammen arbeiten.
In einem virtuellen Kraftwerk können sich die einzelnen Teilnehmer mit ihren Stärken und Schwächen gegenseitig ergänzen, wie z.B. bei der schwankenden Erzeugung von Strom aus Solar-, Wind- und Bioenergie. Gemeinsam können die Betreiber des virtuellen Kraftwerkes Energie und Flexibilitäten besser vermarkten als die einzelnen Teilnehmer, denn die einzelnen Anlagen wären zu klein und nicht in der Lage Systemdienstleistungen zu erbringen.
Für die Steuerung eines virtuellen Kraftwerks ist ein digitales Leitsystem notwendig, das in Echtzeit Daten sammelt, automatisch auswertet und die einzelnen Teilnehmer entsprechend steuert. Der Vorteil dieser Kombination von kleinen dezentralen Anlagen ist auch, dass sie sich gebündelt netzdienlich einsetzen lassen, was sich einzeln nicht rechnen würde.
Weitere Vorteile sind nach den untersuchten Publikationen unter anderem:
- geringere Regelenergiekosten durch Ausgleichswirkung
- Vermarktung ohne EEG möglich,
- reduzierte Höchstlast im Verteilnetz
- Reduzierung des Bedarfs an Ausgleichsenergie
- mehr Anlagen mit Erneuerbaren Energien lassen sich mit virtuellen Kraftwerken ins Netz integrieren
Die Publikationen geben aber auch die Herausforderungen zu bedenken:
- Gefahr der potentiellen Bildung von Monopolen
- wirtschaftlicher Betrieb nur durch flexible Einsatzoptimierung möglich, dadurch muss man immer auf der suche nach der optimalen Vermarktung sein
- große Herausforderung an die IT
- Kosten der Vernetzung von Anlagen und Beherrschung der Datenmengen
- Strompreise an der Börse reichen nicht aus zur Refinanzierung der Flexibilitäten
Smart Grid
Das Stromnetz hat heute mit der Energiewende ganz andere Anforderungen zu erfüllen als bisher. Es muss viele, kleine und dezentrale Erzeuger verknüpfen, sowie Speicher und Verbraucher einbinden. Die Lastprofile ändern sich, die Richtung des Stromflusses ist nicht mehr linear und die Einspeisung schwankt. Das erhöht die Anforderungen an die Netzbetreiber, sie müssen das Netz stabil halten und benötigen dazu Informationen in Echtzeit zur Einspeisung, zum Zustand des Netzes und dem Verbraucherverhalten. Ein intelligentes Netz, also ein Smart Grid, erfasst laufend Daten zum Netzbetrieb und kann es automatisch steuern.
Die untersuchten Publikationen erwähnen besonders die Chancen, die sich durch ein Smart Grid ergeben:
- Minderung des Netzausbaubedarfs
- Reduzierung der Netzbetriebskosten
- effizientere Netzsteuerung spart Stromkosten
- Redispatch nur automatisiert notwendig, statt präventiv
- Aufnahme von mehr Strom aus erneuerbaren Energien möglich
- vorausschauende Wartung möglich
Blockchain
Das große Modethema in der Digitalisierung ist die Blockchain. Sie ist auch ein Hoffnungsträger, der einen kleinteiligen Handel zwischen Prosumern ermöglichen soll. Auf diesem Weg soll sich das Netz selbst regulieren und Erzeugung und Verbrauch in Einklang bringen. Noch ist es aber nur eine Vision. Es sind also einige Chancen, die man mit der Blockchain verbindet:
- geringere Transaktionskosten
- vereinfachte und automatisierte Prozesse
- mehr Transparenz und mehr Wettbewerb
- Schaffung eines Echtzeit-Energiemarktes
- verbessertes Bilanzkreismanagement
- verbesserte Netzsteuerung
- Optimierung von Flexibilitäten
- geringere Kosten für Regelenergie
- mehr Teilhabe am Energiemarkt von Verbrauchern möglich
- geringere Stromkosten
- Herkunftsnachweise für Strom
Wo so viel Chancen sind, gibt es aber auch Herausforderungen, die man bewältigen muss:
- Schaffung von rechtlichen Grundlagen
- Vereinbarkeit mit dem Datenschutz
- Haftungsregelungen und Verbraucherrechte klären
- Energie- und Ressourcenverbrauch
- reicht die Transaktionsgeschwindigkeit für einen Echtzeitmarkt aus
- Interoperabilität
- Kosten-Nutzen-Relation
- mögliche Marktkonzentration
Lastmanagement
Ein weiterer untersuchter Bereich war das Lastmanagement, also eine zeitliche und mengenmäßige Verschiebung des Energieverbrauchs. Steuerbare Stromverbraucher helfen das Angebot an Strom mit der Nachfrage in Einklang zu bringen. Für die Kunden kann es sich lohnen, den Strom dann zu nutzen wenn er günstiger ist, also bei flexiblen Strompreisen. Je nach Untersuchung und je nach der Variabilität der Strompreise können erhebliche Einsparungen möglich sein.
Die Untersuchungen haben festgestellt:
- Wirkung von variablen Strompreisen an einzelnen Tagen und Tageszeiten, sowie Jahreszeiten unterschiedlich
- größtes Potenzial zur Lastverschiebung bei Heizung, Warmwasser und Kühlsystemen im privaten Bereich, bei GHD das höchste Einsparpotenzial in der Beleuchtung oder Klimatisierung
- dynamische variable Tarife sind besser geeignet für ein Lastmanagement als starre variable Tarife
- Erfolg im privaten Sektor fraglich durch geringe Preisspreizung
Herausforderungen der Digitalisierung in der Energiewende
Digitalisierung in der Energiewende bedeutet nicht nur viele Chancen auf einen Fortschritt. Wie so oft im Leben ist es nicht Schwarz oder Weiß, es gibt immer Vor- und Nachteile, die man beide benennen und offen diskutieren muss. Einige der möglichen Nachteile sind bereits oben erwähnt.
„Die komplexen Algorithmen funktionieren nur, wenn sie genügend Datenfutter bekommen. Eine zentrale Herausforderung wird deshalb sein, den Zielkonflikt zwischen Datenschutz und dem Datenhunger eines intelligenten Energiesystems zu moderieren", so Philip Vohrer.
Vor allem virtuelle Kraftwerke und Smart Grids sind auf eine hohe Quantität und Qualität von Daten angewiesen. Nur mit den Daten aus dem Netz, von EE-Anlagen und von intelligenten Messsystemen der Verbraucher können sie ihre Aufgaben erfüllen. Aber wo viele Daten gesammelt werden, müssen auch die Fragen der Datensicherheit und des Datenschutzes geklärt werden. So sollte Datensicherheit ein elementarer Bestandteil der IT sein und beim Datenschutz muss in den Projekten geklärt sein, wie die Vorschriften eingehalten werden können. Gerade beim Datenschutz ist es wichtig, dass die Kunden den Anbietern Vertrauen und nicht aus Sorge um ihre Daten sich nicht beteiligen am jeweiligen Service.
Hinzu kommt der große Energieverbrauch in Rechenzentren zur Verarbeitung der Daten, dieser darf nicht vernachlässigt werden. Diesem kann man zum Beispiel so begegnen wie die großen Internet-Plattformen, die Abnahmeverträge für Strom aus Erneuerbaren Energien abschließen.
Weitere Themen der Digitalisierung in der Energiewende
Die untersuchten Themen in der Metaanalyse zur Digitalisierung in der Enegiewende sind vermutlich die größten Themen, die man zur Zeit diskutiert. Aber es gibt auch noch einige weitere Themen, die großes Potential zur Nutzung für die Energiewende haben.
Augmented Reality und Virtual Reality
So habe ich im vergangenen Jahr über die Themen Augmented Reality und Virtual Reality in der Energiewirtschaft geschrieben und wie man sie nutzen kann. Über Virtual Reality hatte ich kürzlich einen interessanten Gastbeitrag, der zeigt wie sie ein trockenes Thema der Energieeffizienz interessanter gestalten kann. In einem anderen Beitrag habe ich gezeigt wie der Netzbetreiber TenneT mit AR und VR seine Arbeit anschaulich präsentiert.
Künstliche Intelligenz
Für die Umsetzung von virtuellen Kraftwerken, Smart Grids, Blockchain und einem dynamischen Lastmanagement, die automatisiert ablaufen, ist eine künstliche Intelligenz notwendig. Dieses Thema spielt auch bei einigen anderen Bereichen eine wichtige Rolle. Dazu gehören die vorausschauende Wartung (predictive maintenance, eine vorausschaue Betriebsführung (predictive analytics), Monitoring und Betriebsführung von Kraftwerken mit erneuerbaren Energien und die Identifizierung von wechselwilligen Kunden.
Smart-City
Ein Bereich, der ganz am Anfang steht, ist das Thema Smart-City. Dieser Bereich ist sehr umfassend und geht weit über die Unterstützung der lokalen Energiewende hinaus. Was die lokale Energiewende betrifft, kann die Smart-City zum Beispiel die dezentrale Energieerzeugung unterstützen und lokale Erzeuger untereinander vernetzen.
Fazit zur Metaanalyse über die Digitalisierung in der Energiewende
Die Metaanalyse zur Digitalisierung in der Energiewende zeigt den aktuellen Stand in den Bereichen Virtuelle Kraftwerke, Smart Grids, Blockchain und Lastmanagement auf. Sie hat aus unterschiedlichen Publikationen und Untersuchungen die Chancen und Herausforderungen dieser digitalen Technologien auf 30 Seiten zusammen getragen und wie Wissenschaftler diese bewerten. Sie zeigt auf, dass die Digitalisierung das Energiesystem mit erneuerbaren Energien insgesamt effizienter machen kann. Aber vor allem ist sie notwendig um die Energiewende vollumfänglich zum Erfolg zu führen.
Konferenz Digitale Energiewelt
Wer noch tiefer in das Thema Digitalisierung in der Energiewende einsteigen möchte, kann dieser bei der zweitägigen Konferenz „ Digitale Energiewelt " am 24. und 25. September in Berlin tun. Diese Konferenz stellt die Chancen und Risiken der Digitalisierung der Energiebranche in den Fokus. Veranstaltet wird sie von der Conexio GmbH, in Kooperation mit der Solarpraxis, und findet auch dieses Jahr wieder beim Gastgeber Vattenfall in Berlin-Mitte statt.
Am 24. September steht das Thema Blockchain und dessen Bedeutung für die Energiewelt im Focus, inwiefern kann Blockchain den Stromhandel und Marktmodelle verändern und den Smart Meter-Rollout unterstützen?
Außerdem erwartet die Teilnehmer der Konferenz ein Energy Start-Up Networking, bei dem junge Unternehmen ihre Ideen in Pitches vorstellen und mit Investoren und Energiekonzernen ins Gespräch kommen.
Der 25. September ist ganz dem Thema Digitale Finanzierung für die Energiewelt gewidmet.
Denn Kryptowährungen, ICO, Tokens &Co haben ein rasantes globales Wachstum hingelegt, können sie eine echte Alternative zu Zahlungsverkehr und Finanzierung in der Energiewirtschaft sein? Und was bedeutet das für die Energiewelt?
Die Konferenz soll verdeutlichen, wie sich Akteure aus dem Energiesektor die neuen Entwicklungen bereits konkret zu Nutzen machen und was Unternehmen daraus lernen können. Seien Sie gespannt und diskutieren Sie mit Referenten wie: Ewald Hesse, Thorsten Zoerner, Fabian Reetz, Karl-Heinz Remmers, Arndt Weißhuhn und Sebnem Rusitschka und vielen weiteren.
