DIE DIGITALISIERTE DEZENTRALE ENERGIEVERSORGUNG VON MORGEN GESTALTEN - PWC
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Die digitalisierte dezentrale
Energieversorgung von
morgen gestalten
Eine Untersuchung
zu den aktuellen
Herausforderungen der
Branche und den Lösungs
möglichkeiten auf Basis
smarter Technologien. Mit
Handlungsempfehlungen
aus dem Hause PwC.Die digitalisierte dezentrale
Energieversorgung von
morgen gestalten
Eine Untersuchung
zu den aktuellen
Herausforderungen der
Branche und den Lösungs
möglichkeiten auf Basis
smarter Technologien. Mit
Handlungsempfehlungen
aus dem Hause PwC.Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten Herausgegeben von der PricewaterhouseCoopers GmbH Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Von Joachim Albersmann, Gunther Dütsch, Jule Martin, Hannes Theile, Emre Erken und Dominik Kern November 2017, 40 Seiten, 16 Abbildungen, Softcover Alle Rechte vorbehalten. Vervielfältigungen, Mikroverfilmung, die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Medien sind ohne Zustimmung des Herausgebers nicht gestattet. Die Inhalte dieser Publikation sind zur Information unserer Mandanten bestimmt. Sie entsprechen dem Kenntnisstand der Autoren zum Zeitpunkt der Veröffentlichung. Für die Lösung einschlägiger Probleme greifen Sie bitte auf die in der Publikation angegebenen Quellen zurück oder wenden sich an die genannten Ansprechpartner. Meinungsbeiträge geben die Auffassung der einzelnen Autoren wieder. In den Grafiken kann es zu Rundungsdifferenzen kommen. © November 2017 PricewaterhouseCoopers GmbH Wirtschaftsprüfungsgesellschaft. Alle Rechte vorbehalten. „PwC“ bezeichnet in diesem Dokument die PricewaterhouseCoopers GmbH Wirtschaftsprüfungs gesellschaft, die eine Mitgliedsgesellschaft der PricewaterhouseCoopers International Limited (PwCIL) ist. Jede der Mitgliedsgesellschaften der PwCIL ist eine rechtlich selbstständige Gesellschaft.
Vorwort
Vorwort
Wir leben in einer Zeit, in der die logische Verknüpfung, Einbindung und zeigt Ansätze auf, wie sie bewältigt
Energiesysteme der Welt großen und Steuerung. Der Energiemarkt werden können. Dabei werden auch
Veränderungen unterzogen werden. wird in Zukunft voraussichtlich von die Potenziale und Nachteile neuer
Mehrere Klimaabkommen haben der dezentralen Stromerzeugung und Technologien wie dem Internet der
zum Ziel, den weltweiten Schadstoff von Speichertechnologien dominiert Dinge (Internet of Things, IoT), Big Data
ausstoß zu begrenzen. Dieses und und im Zuge dessen werden neuartige und Blockchain analysiert und der
weitere damit verbundene Ziele wie Geschäftsideen, die die Steuerung und Nutzen neuer Speichertechnologien,
der Ausbau erneuerbarer Energien den wirtschaftlichen Betrieb dieser vor allem im Rahmen der Sektoren
stellen die Energiewirtschaft vor große Anlagen ermöglichen, an Bedeutung kopplung, beleuchtet.
Herausforderungen. Die Energiesysteme gewinnen. Dieser Technologie
werden dezentraler in der Produktion wandel wird das Handeln energie Um die Meinung von Marktakteuren
und durch die wachsenden Anteile der wirtschaftlicher Akteure auf Jahre über die Perspektive und Bedeutung
erneuerbaren Energieerzeugung auch bestimmen und muss von ihnen der neuen Technologien beim Wandel
volatiler. Wurde vor der Öffnung der beherrscht werden. des Energiesystems zu ermitteln,
Energiemärkte der Strom vor allem in haben wir eine flankierende Befragung
zentralen Großk raft werken erzeugt Der Markt für Technologien der durchgeführt, deren Ergebnisse in
und über die Höchstspannungsnetze intelligenten Vernetzung ist heute unsere Betrachtungen eingeflossen sind.
transportiert, wird die Energie heute noch weitgehend fragmentiert. Viele Wir danken allen Umfrageteilnehmern
zunehmend dezentral und in kleineren Hersteller aus unterschiedlichen herzlich für die Zeit, die sie uns
Anlagen aus erneuerbaren Energien Sektoren versuchen, ihre Produkte gewidmet haben, und für ihren
produziert und in die Verteilernetze und Dienstleistungen im Rahmen von wertvollen Input!
eingespeist. Durch die niedrigen Industrie 4.0 im Markt zu platzieren.
Grenzkosten von kleinen Anlagen, die Dabei bedienen sich die Hersteller Abschließend haben wir das zukünftige
Strom aus erneuerbaren Energieträgern verschiedener Standards, was zu Zielbild, das aus der Untersuchung
erzeugen, sinken die Großhandels einer gewissen Unübersichtlichkeit resultiert, skizziert. Wir zeigen, worauf
preise für Strom. Die Folge ist, dass sich der von den verschiedenen Sektoren Unternehmen bei der Integration neuer
besonders mit Kohlek raftwerken und verwendeten Technologien führt. Die flexibler, dezentraler Technologien und
älteren Gaskraftwerken in Deutschland Eigenschaften und Definitionen von neuen digitalen Geschäftsmodellen,
schon jetzt kaum noch Geld verdienen Industrie 4.0 in Sektoren wie dem wie zum Beispiel einem virtuellen
lässt. Sollten sich dazu noch die CO2 - Maschinen- und Anlagenbau oder Kraftwerk, achten müssen. Zudem
Preise signifikant erhöhen, um die der chemischen Industrie können erfahren Sie, wie PwC Sie auf Ihrem
zukünftigen Klimaziele zu erreichen, gleichwohl auf die Energiewirtschaft Weg zu diesem Zielbild individuell und
wären Kohlek raftwerke mit großer übertragen werden. Sie betreffen die entsprechend den Besonderheiten von
Wahrscheinlichkeit endgültig nicht Digitalisierung von Wertschöpfungs IoT, Big Data und Blockchain begleiten
mehr rentabel zu betreiben. Viele ketten, Produkten und Dienstleistungen und unterstützen kann.
Versorger setzen sich angesichts sowie die Entwicklung neuer Geschäfts
des Niedergangs dieses zentralen modelle. Besonders in der Entwicklung Wir wünschen Ihnen eine aufschluss
Geschäftsfelds zunehmend mit neuen neuer digitaler Geschäftsmodelle reiche Lektüre und freuen uns auf Ihr
Technologien und Geschäftsmodellen tun sich viele energiewirtschaftliche Feedback.
auseinander. Akteure schwer. Doch es gibt eine
Reihe weiterer Herausforderungen und Michael Kopetzki
Eine große Herausforderung ist es, Regularien, die die Entwicklung der Partner
die Großkraftwerke durch dezentrale vernetzten Energiesysteme maßgeblich
Kleinstanlagen in ganz Deutschland beeinflussen werden. Folker Trepte
zu ersetzen. Nicht die Installation Partner
oder der Betrieb dieser Anlagen Die vorliegende Untersuchung stellt
werden in Zukunft Schwierigkeiten diese Herausforderungen für das Boris Scholtka
bereiten, sondern vielmehr ihre deutsche Energiesystem genauer vor Partner
Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten 5Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis..............................................................................................7
A Zusammenfassung...........................................................................................8
B Welche Herausforderungen treiben die Entwicklung des
Energiesystems voran?..................................................................................12
1 Atom- und perspektivischer Kohleausstieg....................................................12
2 Dezentralisierung..........................................................................................13
3 Volatile Erzeugung durch EE-Anlagen........................................................... 14
4 Sektorenkopplung: E-Mobilität und Wärmewende........................................15
C Wie kann Digitalisierung zur Gestaltung dezentraler
Energiesysteme beitragen?............................................................................18
1 Welche Rolle spielt das IoT für Smart Grids, intelligente Messsysteme
und virtuelle Kraftwerke?..............................................................................18
2 Wie kann Digitalisierung die Sektorenkopplung unterstützen?.....................21
3 Welche Möglichkeiten bietet die Anwendung von Big Data Analytics?...........22
4 Anwendungen der Blockchain in dezentralen Energiesystemen....................23
4.1 Wie kann die Blockchain in dezentralen Energiesystemen
eingesetzt werden?........................................................................................24
4.2 Was sollte beim Einsatz der Blockchain beachtet werden?.............................25
4.3 Welche rechtlichen Fragen gilt es noch zu klären?.........................................28
4.4 Wie wird die Blockchain bisher im Energiebereich eingesetzt?......................29
4.5 Wie sehen Unternehmen die Chance für ihr Geschäft?...................................30
5 Welche Vorteile bieten moderne Speichertechnologien dem
intelligenten Energiesystem?.........................................................................31
D Welches Zielbild ergibt sich und was bedeutet das für die
Unternehmen?...............................................................................................32
E Wie wir Sie unterstützen können...................................................................33
1 Unser Ansatz..................................................................................................33
2 Unser Vorgehen.............................................................................................33
F Angaben zu den Umfrageteilnehmern...........................................................34
Quellenverzeichnis.................................................................................................37
Ihre Ansprechpartner..............................................................................................38
6 Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestaltenAbbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1 Deutsche Atomkraftwerke und das Jahr ihrer Stilllegung.......................12
Abb. 2 Anteil der Energieträger an der Stromerzeugung 2016...........................13
Abb. 3 Prognostizierter Absatz von E-Autos.......................................................15
Abb. 4 Technologiereifegrad mobiler Wasserstoffanwendungen........................ 17
Abb. 5 Schematische Darstellung eines IoT-Ökosystems....................................18
Abb. 6 Aufbau einer IoT-Infrastruktur...............................................................19
Abb. 7 Bedeutung des IoT für dezentrale Energiesysteme..................................20
Abb. 8 Bedeutung des IoT für virtuelle Kraftwerke............................................20
Abb. 9 Marktentwicklung des IoT in der Energiewirtschaft...............................20
Abb. 10 Jährliches Redispatch-Volumina.............................................................21
Abb. 11 Öffentliche vs. private Blockchain...........................................................25
Abb. 12 Volumen der Bitcoin-Blockchain.............................................................26
Abb. 13 Volumen der Ethereum-Blockchain.........................................................26
Abb. 14 Entwicklung der Blockchain...................................................................27
Abb. 15 Könnten Sie sich vorstellen, die Blockchain einzusetzen?.......................30
Abb. 16 Gewichtung der Blockchain nach möglichen Einsatzfeldern...................30
Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten 7Zusammenfassung
A Zusammenfassung
Welche Herausforderungen Energieträgern wie Wind und Sonnen
treiben die Entwicklung des strahlung, stellt das Energiesystem
Energiesystems voran? vor neue Herausforderungen. Das
Die Reaktorkatastrophe von Fukushima schwer vorhersehbare Produktions
im Jahr 2011 markierte einen Wende volumen dieser Anlagen gestaltet die
punkt in der deutschen Energie Planung der Bereitstellung von Regel
politik: Der Atomausstieg bis 2022 energie deutlich komplexer als bei
ist beschlossen und langfristig soll konventionellen Kraftwerken. Mit
auch der Kohleausstieg gelingen. Mit Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen,
dem „Impulspapier Strom 2030“ und Power-to-X-Technologien und virtuellen
den Beschlüssen des Pariser Klima Kraftwerken existieren bereits Lösungen
abkommens auf internationaler Ebene für diese Herausforderungen. Auch
wurde bereits die Richtung künftiger eine nachhaltige Wärmeerzeugung
Energiepolitik vorgegeben. Durch kann mithilfe dieser Technologien
Vorgaben zur CO2 -Reduktion, zum optimiert und wirtschaftlich wie auch
Ausbau der erneuerbaren Energien und netzdienlich betrieben werden.
zur Schaffung wirksamer Flexibilitäts
mechanismen können die energie Eine der größten Herausforderungen
wirtschaftlichen Akteure voraus für das Energiesystem wird jedoch die
schauend planen und ihre Investitionen Elektrifizierung des Verkehrssektors
entsprechend ausrichten. in den nächsten Jahren sein. Eine
flächendeckende Ladeinfrastruktur
Da der Strom zukünftig nicht und die zusätzliche Flexibilität
mehr aus einigen wenigen Groß durch hinzukommende Speicher
kraftwerken, sondern aus vielen kapazitäten könnten das in Deutschland
kleinen Erzeugungsanlagen vorhandene Verteilernetz überlasten
kommen wird, wird das Energie und so einen Ausbau der unteren Netz
system zunehmend dezentralisiert ebenen erfordern. Mit einigen bereits
sein. Um dennoch die Versorgungs existierenden Projekten in diesem
sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Bereich zeigt sich ein großes Potenzial
Nachhaltigkeit zu gewährleisten, in der Optimierung von Ladevorgängen.
müssen die dezentralen Anlagen Zusammen mit Flexibilitäts
intelligent und effizient miteinander mechanismen und der Erforschung
vernetzt und gesteuert werden. und Weiterentwicklung der Batterie-
Auch die erhöhte Volatilität, bedingt und Brennstoffzellentechnik könnte
durch den wachsenden Anteil der die Verkehrswende als Baustein der
Stromerzeugung aus erneuerbaren Sektorenkopplung gelingen.
8 Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestaltenZusammenfassung
Welche Rolle spielt das Internet Um etwaigen IT-Sicherheitsrisiken, Im Assetmanagement kann auch
der Dinge für Smart Grids, die bei der Kommunikation über Predictive Analytics zum Einsatz
intelligente Messsysteme und das Internet tendenziell höher sind kommen. Mithilfe dieser Technologie
virtuelle Kraftwerke? als beispielsweise bei einer fest lassen sich das Anlagenverhalten und
Das Internet der Dinge bzw. IoT ist verdrahteten Verbindung, vorzubeugen, der damit verbundene Wartungs
ein entscheidender Baustein für die sollte von Anfang an ein belastbares aufwand, beispielsweise aus den
Gestaltung intelligenter dezentraler IT-Sicherheitskonzept mit in die Planung Simulationen eines digitalen Zwillings,
Energiesysteme. Es muss als über einbezogen werden. Die überwiegende vorhersagen. Die Wartung von Anlagen
geordnete Ebene, in der Daten erhoben, Mehrheit der energiewirtschaftlichen und damit verbundene Abläufe in der
aggregiert und versendet werden, Akteure sagt dem IoT eine große bis Supply Chain können so kosten- und
fungieren. Neben der intelligenten sehr große Entwicklung in der Energie ausfallzeitminimal gestaltet werden.
Vernetzung von Primär- und Sekundär wirtschaft voraus. Das ergab die von Durch die Auslegung der Big-Data-
technik kann das IoT auch kleinere uns durchgeführte Umfrage. Dabei Algorithmen auf unstrukturierte
Verbraucher und Speicher wirtschaftlich bescheinigen dem IoT 63 % eine große, Daten kann eine Anpassung an
in die Optimierung von Erzeugung, 31 % eine sehr große und lediglich 6 % neue Rahmenbedingungen schnell
Verbrauch und Transport einbinden. eine geringe Entwicklung. erfolgen. In der Energiewirtschaft,
die derzeit erhebliche regulatorische
Durch Applikationen, die auf dem IoT Welche Möglichkeiten bietet und gesellschaftliche Veränderungen
aufbauen, kann sich mit datenbasierten die Anwendung von Big Data bewältigen muss, ist diese Eigenschaft
Geschäftsmodellen wirtschaftlicher Analytics? von Vorteil.
Mehrwert generieren lassen. Die Big Data kann die entscheidende Brücke
Daten liefert das IoT in Echtzeit zwischen dem IoT und Smart Markets Ein Nachteil von Big-Data-Anwendungen
durch Einbeziehung netzwerkfähiger schlagen. Mit Big-Data-Algorithmen liegt jedoch im hohen Bedarf an Rechen-
Sensoren. Diese Echtzeitdaten werden sind schnelle Datenströme, Datenv ielfalt und Speicherkapazität. Auch kommt dem
benötigt, um Smart Grids und Smart in unstrukturierter oder strukturierter Datenschutz angesichts des massiven
Markets optimal und kapazitäts Form, große Datenmengen und Daten Sammelns von Daten eine übergeordnete
steigernd zu betreiben. Da beim unsicherheiten bzw. Ungenauigkeiten Rolle zu.
IoT die bestehenden Strukturen des keine unüberwindbaren Probleme mehr.
Internets genutzt werden können, also Big Data Analytics kann hochpräzise Durch künstliche Intelligenz (KI)
keine eigene, teure Netzinfrastruktur Prognosen über Verbrauch und können Big-Data-Anwendungen
erforderlich ist, lassen sich Kosten Erzeugung liefern. noch leistungsfähiger werden, da sie
sparen – was einer breiten Anwendung Algorithmen intelligent und lern
von smarten Applikationen (z. B. Smart fähig macht. In Zukunft sollen sich
Home, E-Mobility und Smart Storage) Algorithmen ohne menschliches
zugutekommt. Energiewirtschaftliche Zutun weiterentwickeln und auf sich
Akteure könnten so weitere Geschäfts verändernde Rahmenbedingungen
modelle in Verbindung mit den reagieren können.
gesetzlich vorgeschriebenen Smart
Meter Gateways entwickeln.
Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten 9Zusammenfassung
Was sollte bei der Anwendung gegenwärtigen öffentlichen Block In der Umsetzung von Blockchain-
von Blockchain in dezentralen chains auf 3 Transaktionen pro Sekunde Geschäftsmodellen liegen allerdings
Energiesystemen beachtet beschränkt. Diese Rate zu verbessern bereits heute Chancen mit großem
werden? wird aktuell mit der Einführung des Kundenbindungspotenzial. In Zukunft
Die Blockchain zeichnet sich als verteiltes neuen Validierungskonzepts Proof of könnten Blockchain-Anwendungen
System durch hohe Transparenz, hohe Stake versucht. Auch die Verwaltung aufgrund ihrer dezentralen Struktur
Sicherheit und niedrige Transaktions von Berechtigungen erweist sich in und ihres Flexibilitätspotenzials für
kosten aus. Besonders vor dem dezentralen Systemen als kompliziert. die Netzstabilität und die Versorgungs
Hintergrund zukünftiger regionaler Möglicherweise können hier Smart sicherheit sehr nützlich sein.
Smart Markets kann die Blockchain in Contracts Abhilfe schaffen. Diese
dezentralen Energiesystemen als Peer- werden als Programmcode in einen Vor der Anwendung der Blockchain
to-Peer-Transaktionsplattform genutzt Layer vor die Blockchain geschrieben muss eine Entscheidung über den zu
werden. Durch das vollständige Nach und dienen der Automatisierung von verwendenden Blockchain-Typ getroffen
halten von Transaktionen ermöglicht sie Transaktionen. Die Auswirkungen werden. So kann eine Blockchain-
nahezu fälschungssichere Herkunfts solcher automatisierten Prozesse Anwendung auf eine öffentliche Block
nachweise oder Zertifikate, beispiels in einer dezentralen Regelung chain wie Ethereum zugreifen oder
weise für Strom. Durch den Einsatz von sind gegenwärtig jedoch schwer auf einer eigenen privaten Blockchain
Smart Contracts ist es möglich, diese abzuschätzen. Unvorhergesehene laufen. Öffentliche Blockchains bieten
regionalen Marktplätze effizient zu regelungstechnische Effekte bei einer einen Sicherheitsvorteil, sind aber in
steuern. dezentralen Steuerung könnten ein der Regel noch langsamer als kleinere
Hemmschuh für die breite Anwendung private Blockchains, die einen anderen
Vor dem Einsatz der Blockchain sollte der Blockchain sein. Konsensmechanismus haben.
man sich jedoch im Klaren darüber
sein, dass die Anwendung der Block Auch zivilrechtliche Hürden beim Unsere Umfrage unter energie
chain auch Nachteile mit sich bringt. automatisierten Vertragsabschluss durch wirtschaftlichen Akteuren zeigt
Das gegenwärtige Validierungs Smart Contracts sowie energierechtliche hinsichtlich der Blockchain ein
konzept (Konsensmechanismus) Proof und regulatorische Vorgaben stellen unentschlossenes Bild. 56 % der
of Work einiger öffentlicher Block aktuell noch Herausforderungen für Befragten gaben an, sich vorstellen zu
chains verursacht einen sehr hohen die Anwendung der Blockchain dar. können, die Blockchain einzusetzen.
Energieverbrauch und verringert Peer-to-Peer-Stromhandelsmodelle sind Dagegen sehen sich 38 % zukünftig
die Transaktionsgeschwindigkeit. im heutigen Energierechtsrahmen nur nicht als Anwender dieser Technologie.
Während bei Visa 2.000 Transaktionen in Form eines vertraglich abgebildeten Fast alle befragten Akteure sehen
pro Sekunde möglich sind, sind die Dienstleistungsmodells denkbar. die Blockchain als Chance für die
Versorgungsindustrie. Bedrohungs
szenarien stehen bei ihnen nicht
im Vordergrund. Letztendlich wird
aber der Umgang mit den Nachteilen
der Blockchain über die zukünftige
Akzeptanz und Einsatzfähigkeit der
Technologie entscheiden.
Das Internet der Dinge bzw. IoT
ist ein entscheidender Baustein
für die Gestaltung intelligenter
dezentraler Energiesysteme.
10 Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestaltenZusammenfassung
Welche Vorteile bieten moderne Betreiber sein virtuelles Kraftwerk auch
Speichertechnologien dem entsprechend aufrüsten und sich mit
intelligenten Energiesystem? den neuen Technologien auseinander
Moderne Speichertechnologien setzen.
könnten viele Probleme des Energie-,
Wärme- und Verkehrssektor lösen. Der Technologiewandel hin zu IoT,
Mit Batterien lässt sich überschüssiger Big Data und Blockchain wird die
Strom speichern und bei Bedarf wieder intelligente Integration dezentraler
in das Netz einspeisen. Gasspeicher Anlagen einfacher machen; die
können den wirtschaftlichen Nutzen Unternehmen können sich verstärkt
von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen der Entwicklung ihrer Geschäfts
(KWK-Anlagen) steigern, indem Gas modelle widmen. Werden im Zuge
in Zeiten günstiger Preise eingekauft des technologischen Wandels mehr
und bis zum Verbrauch vorgehalten dezentrale Anlagen intelligent vernetzt,
wird. Mit Wärmespeichern lassen schafft das neue Anforderungen an
sich Wärmesenken ausgleichen und technische und organisatorische
das Wärmenetz – auch bei volatiler Prozesse. Diese Prozesse müssen
Wärmeerzeugung durch erneuerbare flexibler und offener werden, damit
Energien – stabil halten. Zudem schneller und effektiver auf neue
könnten Betreiber von Speichern in Technologien und Trends reagiert
zukünftigen Smart Markets neue werden kann. Besonders die Prozesse
Erlöspotenziale erschließen. Durch der Bereiche Handel, Beschaffung,
die zeitliche Überbrückung von Abrechnung und Technical Field
Erzeugung und Verbrauch lässt sich mit Service, die alle wichtiger Teil eines
Speichern auch die Sektorenkopplung intelligenten, dezentralen Energie
optimal umsetzen. Die Akzeptanz systems sind, müssen zukünftig genauso
von Speichertechnologien wird mit flexibel wie ein Anlagen- und Netz
dem technologischen Fortschritt betrieb sein.
voranschreiten. Es gilt, neue aktive
Materialien zu erforschen, Batterien Für Stadtwerke sowie kleinere
mit hoher Energiedichte bei gleichzeitig bis mittlere Energieversorgungs
hoher Leistungsdichte zu entwickeln unternehmen (EVUs) ist die
und die Wirkungsgrade von Speichern Entwicklung digitaler Geschäfts
zu erhöhen. modelle jedoch meist eine große
Herausforderung. Ihnen fehlen häufig
Was verändert sich durch IoT, Big das nötige Fachpersonal und eine agile
Data und Blockchain und was Organisationsstruktur. Vorteil dieser
bedeutet dies für Versorgungs Unternehmen ist aber ihr langjähriger
unternehmen? Kundenstamm und die Vielzahl an
Es ergibt sich ein neues Zielbild für das Kunden- und Anlagendaten, die jeden
virtuelle Kraftwerk: Es wird analog Tag verarbeitet werden.
zum klassischen Vertriebsgeschäft
mit seinen vielen Einzelkunden viele Große EVUs verfügen heute schon über
Anlagen gleichzeitig steuern, inklusive viele digitale Geschäftsmodelle und ein
einer völlig neuen Wechseldynamik entsprechendes Know-how. Meistens
bei der Vermarktung dezentral nutzen sie aber zu viele Systeme
erzeugter Strommengen – aber anders gleichzeitig. Hier könnte mithilfe einer
als das klassische Vertriebsgeschäft offenen und flexiblen Plattform Abhilfe
wird es das auch in Echtzeit können. geschaffen werden, da auf einer solchen
Die neuen Technologien bieten die Anwendungen schnell und effektiv
nötige Performance, Intelligenz und entwickelt und ausgerollt werden
Integrationsfähigkeit. Dazu muss der können. Auch lässt sich so zügig auf
neue Trends und Regularien reagieren.
Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten 11Welche Herausforderungen treiben die Entwicklung des Energiesystems voran?
B Welche Herausforderungen treiben die
Entwicklung des Energiesystems voran?
1 Atom- und perspektivischer Kohleausstieg
Mehrere große Herausforderungen Spätestens seit der Reaktorkatastrophe Langfristig soll auch der Kohleausstieg
werden das deutsche Energiesystem von Fukushima im Jahr 2011 befindet gelingen. Der anvisierte Ausstieg aus
in den nächsten Jahren beeinflussen. sich das deutsche Energiesystem der Strom- und Wärmeerzeugung aus
Sie führen dazu, dass energie in einem fundamentalen Wandel. konventionellen Energieträgern soll
wirtschaftliche Akteure ihre bisherigen Als Reaktion auf die Katastrophe der Schaffung einer CO2 -neutralen,
Geschäftsmodelle überdenken müssen. beschloss die deutsche Bundes zukunftsfähigen Energieversorgung
Je früher die Akteure sich mit den neuen regierung den schrittweisen Ausstieg dienen.
Herausforderungen und Technologien aus der Atomenergie bis zum Jahr 2022.
beschäftigen, desto leichter wird ihnen
die Entwicklung neuer Geschäfts Abb. 1 Deutsche Atomkraftwerke und das Jahr ihrer Stilllegung
modelle fallen.
Auch gibt die Politik mit dem Impuls
papier Strom 2030 und dem Pariser
Klimaabkommen eine deutliche Schleswig-
Richtung vor. Mit den Vorgaben zur Holstein
CO2 -Reduktion, zum Ausbau der Brokdorf (2021) Mecklenburg-
erneuerbaren Energien, zur Bildung Vorpommern
eines tendenziell kleinteiligeren Hamburg
Marktes in der Energiewirtschaft und
zur Schaffung effizienter Flexibilitäts Emsland (2022) Bremen
mechanismen haben die Akteure ein Berlin
gewisses Maß an Planungssicherheit Niedersachsen
und können ihre Investitionen
Brandenburg
entsprechend ausrichten. Sachsen-
Anhalt
Nordrhein-
Grohnde (2021)
Westfalen
Sachsen
Thüringen
Hessen
Rheinland-
Pfalz
Neckarwestheim I und II (2022)
Saarland
Bayern
Philippsburg I
und II (2019) Baden-
Württemberg Isar I und II (2022)
Grundremmingen B (2017)
Grundremmingen C (2021)
12 Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestaltenWelche Herausforderungen treiben die Entwicklung des Energiesystems voran?
2 Dezentralisierung
Es ist geplant, dass die Energie Der Strom wird perspektivisch nicht und Investitionsstandort Deutschland
versorgung zukünftig hauptsächlich mehr aus einigen großen Kraftwerken wichtige Versorgungssicherheit eine
durch Erneuerbare-Energien-Anlagen mit mehreren Gigawatt (GW) Leistung, große Herausforderung.
(EE-Anlagen) aufrechterhalten wird, sondern aus vielen dezentralen
doch einzelne EE-Anlagen lassen sich Anlagen mit Leistungen im Kilo- Im Jahr 2016 stammten 33,4 % des
derzeit nur bis zu einer Leistung von oder Megawattbereich kommen. Die erzeugten Stroms aus erneuerbaren
wenigen Megawatt (MW) skalieren. voranschreitende Dezentralisierung Energien. Der Großteil dieses Stroms
Das führt zu einer dezentraleren und ist für die Gewährleistung der Netz wird in kleinen dezentralen Anlagen
volatileren Energieerzeugung. stabilität und die für den Industrie- gewonnen.
Abb. 2 Anteil der Energieträger an der Stromerzeugung 2016
24,7 % 18,2 % 14,7 % 14,3 %
Braunkohle Steinkohle Kernenergie Windkraft
8,7 % 8,5 % 6,9 % 3,6 %
Biomasse Gas Solarenergie Wasserkraft
Quelle: Fraunhofer ISE.
Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten 13Welche Herausforderungen treiben die Entwicklung des Energiesystems voran?
3 Volatile Erzeugung durch EE-Anlagen
Die Herausforderung bei der Die physikalischen Eigenschaften von Regelenergie beweisen. Durch
Dezentralisierung besteht in der des Stroms erfordern, dass Strom ihre hohe Flexibilität, bedingt durch
intelligenten Vernetzung der Anlagen. angebot und -nachfrage ständig unterschiedliche Betriebsweisen bei
Diese muss so sein, dass stets ausgeglichen sein müssen. Wird nun gleichzeitig hohem Wirkungsgrad,
ausreichend Kapazitäten vorhanden auf der Erzeugungsseite vermehrt bieten sie eine wirtschaftliche
sind, um die Nachfrage zu decken. volatil Strom erzeugt, kann das zu Alternative bei der Bereitstellung von
Zudem ist eine viel größere Flexibilität temporären Differenzen von Angebot Regelenergie. Mikro-KWK-Anlagen
erforderlich. Das Zusammenspiel von und Nachfrage führen. Die Folge sind können intelligent in ein dezentrales
Smart Markets und Smart Grids bietet Schwankungen der Stromnetzf requenz, Energiesystem integriert werden und
hierfür intelligente Lösungen. Ein Smart die ausgeglichen werden müssen, leisten somit einen wichtigen Beitrag
Grid ist laut der Bundesnetzagentur um das Netz stabil zu halten. Dazu zur Systemstabilität.
(BNetzA) ein konventionelles Netz, stellen Anlagen oder auch Verbraucher
das durch informations- und regel und Speicher den Übertragungs Auch moderne Speicher oder Power-
technische Komponenten erweitert netzbetreibern (ÜNBs) Regelenergie to-X-Technologien bieten effektive
wurde. Dank Echtzeitdaten und zur Verfügung. Bisher kam diese Möglichkeiten, um ein volatiles
darauf aufbauenden intelligenten Regelenergie aus konventionellen Energiesystem zu stabilisieren. Eine
Algorithmen und Anwendungen sowie Großk raftwerken, in denen sie sich weitere Alternative stellen virtuelle
eines Smart Markets kann die Kapazität gut in die Fahrpläne integrieren ließ. Kraftwerke (VKWs) dar. Durch
eines solchen Netzes erhöht werden. Mit steigendem Anteil an dezentralen die gebündelte Optimierung und
Ein Smart Market bildet hierbei die Anlagen mit volatiler Erzeugung Vermarktung ermöglicht ein VKW,
marktwirtschaftliche Plattform, mit wird die Planung der Bereitstellung dezentrale Anlagen effizient zu
deren Hilfe erzeugte und verbrauchte von Regelenergie jedoch zunehmend betreiben. Mehr zu diesem Thema
Strommengen wirtschaftlich und schwieriger. KWK-Anlagen konnten erfahren Sie in der PwC-Studie Markt
effizient verteilt und liquide regionale sich bereits als effektiver Lieferant und Technik virtueller Kraftwerke2.
Märkte gebildet werden können.
Teilnehmer eines solchen Marktes
sind Erzeuger, Verbraucher, Prosumer
oder auch Energiedienstleister, zum
Beispiel Aggregatoren. Smart Grids
und Markets helfen zudem dabei, die
Kapazität konventioneller Netze durch
Erzeugungs- und Lastverlagerungen
optimal auszunutzen.1
Der deutsche Strommarkt wird in
Zukunft voraussichtlich von der
dezentralen Stromerzeugung und
von Speichertechnologien dominiert.
Geschäftsideen, die die Steuerung und den
wirtschaftlichen Betrieb dieser Anlagen
ermöglichen, gewinnen an Bedeutung.
1
Vgl. Bundesnetzagentur (2011).
2
PwC, Markt und Technik virtueller Kraftwerke, 2016, abrufbar auf www.pwc-wissen.de/pwc/de/shop/publikationen/Markt+und+Technik+virtueller+Kraft
werke/?card=20646.
14 Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestaltenWelche Herausforderungen treiben die Entwicklung des Energiesystems voran?
4 S
ektorenkopplung: E-Mobilität und Wärmewende
Mit der Sektorenkopplung soll die jedoch noch viele Investitionen in
Energiewende auf die Bereiche Wärme die Forschung und Entwicklung
und Verkehr ausgeweitet werden. Diese im Bereich E-Mobilität notwendig.
zwei Sektoren zeichnen sich durch Zudem besteht das Risiko, dass eine
einen hohen Verbrauch von Energie aus flächendeckende Ladeinfrastruktur die
konventioneller Erzeugung aus. Um vorhandenen Verteilernetze überlasten
die weltweiten Klimaziele des Pariser könnte; in diesem Fall müssten die
Klimaabkommens zu erreichen, muss unteren Netzebenen ausgebaut
auch in diesen Bereichen der Wandel werden. Das Center of Automotive
hin schadstoffarmen Betriebsweisen Management (CAM) prognostiziert ein
vollzogen werden. Wachstum des weltweiten Absatzes
von Autos mit Elektroantrieb auf
Ziel der deutschen Bundesregierung ist 40 Millionen Fahrzeuge pro Jahr bis
es, bis zum Jahr 2030 sechs Millionen 2030 (siehe Abb. 3) – die Belastungen
Elektroautos auf deutsche Straßen durch Elektroautos werden also weiter
zu bringen. Zur Zielerreichung sind zunehmen.
Abb. 3 Prognostizierter Absatz von E-Autos
bis 2030 Wachstum auf
40 Mio. E-Autos/Jahr
möglich (optim. Szenario)
45 45 %
40 bis 2025 Wachstum auf 40 %
(BEV, PHEV, REEV), in Mio.
Marktanteil Elektroautos
35 25 Mio. E-Autos/Jahr 35 %
globaler PKW-Absatz
möglich (optim. Szenario)
30 30 %
25 25 %
20 bis 2020 geringe Dynamik: 20 %
Anstieg auf 6 Mio. E-Autos/Jahr
15 15 %
möglich (optim. Szenario)
10 10 %
5 5%
0 0%
2015 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
Anteil Elektro (konservativ) Absatzszenario Elektro (konservativ)
Anteil Elektro (optimistisch) Absatzszenario Elektro (optimistisch)
Quelle: Centre of Automotive Management, AutomotiveINNOVATIONS, 2016.
Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten 15Welche Herausforderungen treiben die Entwicklung des Energiesystems voran?
Um dieser Herausforderung zu mittlerweile mit Elektrobussen Eine weitere ernst zu nehmende
begegnen, gibt es bereits einige betrieben. Die Besonderheit liegt hier Alternative zur Batterie ist die Wasser
interessante Konzepte. Eines davon in der induktiven Ladetechnologie. stoff-Brennstoffzelle und damit die
stammt vom Windkraftanlagenbauer In dem Projekt namens „emil“ hat man sogenannte Wasserstoff-Mobilität.
Enercon. Dessen Schnellladelösung auf ein Schnellladesystem gesetzt, Die Reaktion von Wasserstoff in der
lädt bereits nach dem „High Power das Busse mit 200 kW lädt. Dazu wird Brennstoffzelle läuft ohne Kohlenstoff
Charging 2“-Standard, der das Laden eine 600 V starke Gleichstromleitung ab und das Produkt ist Wasser. Dies
mit einer Leistung von bis zu 350 kW benötigt.5 Auch in Großstädten wie macht die Wasserstoff-Brennstoffzelle
ermöglicht. So können E-Autos Frankfurt, München oder Hamburg zu einer sauberen Lösung. Der Wasser
innerhalb weniger Minuten auf 80 % sollen in Zukunft Elektrobusse auf stoff kann zudem aus überschüssigem
des State of Charge geladen werden. Die mehreren Linien eingesetzt werden. erneuerbar erzeugtem Strom produziert
Schnittstellentechnologie von Enercon Dennoch ist der Elektrobus noch werden. Dieses Verfahren läuft als
unterstützt zugleich die Netzstabilität, immer ein Nischenprodukt und wie umgekehrte Brennstoffzellenreaktion in
indem sie während des Ladevorgangs schnell neue E-Mobilitäts-Konzepte Elektrolyseuren ab und es kann durch
durch die bedarfsgerechte Bereitstellung tatsächlich umgesetzt werden, hängt intelligenten Handel des überschüssigen
von Blindleistung zur Aufrechterhaltung auch stark vom technologischen Stroms in einem Smart Market wesentlich
der Netzspannung sorgt.3 Fortschritt im Bereich der Batterien zur Wirtschaftlichkeit und Stabilität des
und Brennstoffzellen ab. Hier Energiesystems beitragen.
Ein weiteres Konzept wurde im könnte sich das zweidimensionale
Jahr 2016 in Helmstedt vorgestellt. Nanomaterial Graphen als mögliche In einer Shell-Studie wurde die
Dort wird eine Schnellladesäule Alternative zu dem bislang verwendeten technologische Reife mobiler Wasser
von einer PV-Anlage und einem mit dreidimensionalen Elektrodenmaterial stoffanwendungen auf der Grundlage
ihr verknüpften Stromspeicher mit erweisen. Batterien mit Graphen der Technology Readiness Levels der
Strom versorgt. Überschüssiger Strom elektroden weisen eine höhere NASA bestimmt. Dabei beschreibt
wird hier ebenfalls in das lokale Energie- und Leistungsdichte auf Level 9 den höchsten Reifegrad. Brenn
Verteilnetz eingespeist. Entwickelt als ihre Vorgänger. Bis das Graphen stoffzellensysteme in Pkws wurden
und umgesetzt wurde das Konzept jedoch in industriellem Maßstab auf Level 8 eingestuft. Demnach sind
von der TU Clausthal, der Wolfsburg hergestellt werden kann, werden aber sie ein „qualifiziertes System mit
AG, dem Energieforschungszentrum wohl noch einige Jahre vergehen. Nachweis der Funktionstüchtigkeit im
Niedersachsen und der Avacon AG.4 Darüber hinaus gilt es, die Verteilung Einsatzbereich – Produkt“.6
von aktivem Material in Elektroden
Besonders der ÖPNV kann einen (z. B. Lithiumatome in einer Kohlenstoff
wichtigen Beitrag zur Verkehrswende struktur bei Li-Ion-Batterien) zu
leisten und es gibt bereits einige optimieren, die Produktionskosten
Projekte, die zeigen, wie Konzepte im von Batterien zu senken und weitere
Bereich der E-Mobilität funktionieren potenzielle aktive Materialien zu
können. In Braunschweig wird die erforschen.
am stärksten frequentierte Buslinie
3
Vgl. Enercon (2017).
4
Vgl. PV Magazine (2016).
5
Vgl. Braunschweiger-Verkehrs-GmbH (2017).
6
Shell (2017), S. 46.
16 Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestaltenWelche Herausforderungen treiben die Entwicklung des Energiesystems voran?
Abb. 4 Technologiereifegrad mobiler Wasserstoffanwendungen
TRL
9 9 Raumfahrt
8–9 Flurförderzeuge
8 8 Pkw
7–8 Busse
7 7 Nahverkehr
6–7 Rangierlok 6–7 Zweirad 6–7 leichte LKW
6
5–6 Luftfahrt 5–6 Schifffahrt
5
…
0
Quelle: Shell, Wasserstoff-Studie, 2017.
Über den Verkehrssektor hinaus soll die Neben Niedertemperatur-Brennstoff
Energiewende auch auf den Wärme zellen wie alkalische Brennstoffzellen
sektor ausgeweitet werden. Die Wärme (AFC) und Polymermembran-Brenn
erzeugung ist ebenso wie die Strom stoffzellen (PEMFC), die Leistungen
erzeugung aus erneuerbaren Energien bis in den mittleren dreistelligen kW-
volatil. Es sind demnach Flexibilitäts Bereich bereitstellen können, gibt es
maßnahmen, wie zum Beispiel Hochtemperatur-Brennstoffzellen wie
latente Wärmespeicher oder flexibel Karbonat-Schmelze-Brennstoffzellen
zuschaltbare Kapazitäten, notwendig. (MCFC) und Oxidkeramik-Brennstoff
Hier bieten KWK-Anlagen die höchste zellen (SOFC). Diese werden bei
Effektivität. Sie erzeugen gleichzeitig Temperaturen zwischen 600 und 700°C
Strom und Wärme, was zudem den (MCFC) bzw. 700 bis 1.000°C (SOFC)
Wirkungsgrad der Gesamtanlage betrieben und erreichen Leistungen von
signifikant erhöht. Eine KWK-Anlage bis zu mehreren MW. Diese haben das
wird klassisch mit konventionellen Potenzial, einen erheblichen Beitrag
Energieträgern befeuert, kann aber auch zur flexiblen Wärmeversorgung zu
ein Brennstoffzellensystem mit Wasser leisten, und können durch die hohen
stoff oder einem umweltf reundlichen Temperaturen auch industrielle Prozess
Synthesegas als Edukt sein. wärme bereitstellen.
Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten 17Wie kann Digitalisierung zur Gestaltung dezentraler Energiesysteme beitragen?
C Wie kann Digitalisierung zur Gestaltung
dezentraler Energiesysteme beitragen?
Im Folgenden werden die Möglichkeiten energiewirtschaftlichen Akteuren
der Digitalisierung und ihrer Werkzeuge über die Perspektive und Bedeutung
vorgestellt, die zur Bewältigung der der neuen Technologien beim Wandel
vorgenannten Herausforderungen des Energiesystems durchgeführt. Die
genutzt werden können. Zusätzlich Ergebnisse sind in die Ausführungen
haben wir eine Umfrage unter dieses Kapitels eingeflossen.
1 W
elche Rolle spielt das IoT für Smart Grids, intelligente
Messsysteme und virtuelle Kraftwerke?
Abb. 5 Schematische Darstellung eines IoT-Ökosystems
IoT
Alle Komponenten des IoT kann man Funktionen wie Monitoring-, Analyse-,
zusammengenommen als ein Öko Prognose- oder Optimierungstools
system bezeichnen. Dieses IoT-Öko enthalten. Zur besseren Kompatibilität
system, bestehend aus Sensoren, der Applikationen mit dem Ökosystem
Aktoren, Gateways, Steuerungen, kann man diese auf einer Plattform
Plattform und Cloud, bildet die Grund entwickeln und so auf entsprechende
lage für Applikationen, die einen Programmierungs- oder Laufzeit
wirtschaftlichen Mehrwert erbringen umgebungen sowie Datenbanken
sollen, indem sie beispielsweise Daten zurückgreifen. Durch die Schnittstellen
verarbeiten, um so Maschinen oder vielfalt lassen sich zudem zahlreiche
Prozesse zu optimieren. Dabei können sie Geräte oder Funktionen einbinden.
18 Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestaltenWie kann Digitalisierung zur Gestaltung dezentraler Energiesysteme beitragen?
Applikationen oder Plattform Abb. 6 Aufbau einer IoT-Infrastruktur
anwendungen müssen dabei nicht auf
einer eigenen, teuren Infrastruktur
laufen; Betreiber einer IoT-Anwendung
können die Infrastruktur, Plattform Applikationen
oder Software eines Cloud-Anbieters
gegen Gebühr nach individuellem
Cloud
Bedarf nutzen und ihre eigene
Plattform
Programmiertätigkeit auf das
Customising beschränken. Die für die
Applikationen benötigten Echtzeit
daten lassen sich mittels Sensoren SPS/
Gateways
erheben, in Gateways aggregieren Controller
und dann in die Cloud übermitteln.
Umgekehrt können Steuerungssignale
in Steuerungen verarbeitet und an die Sensoren/
jeweiligen Aktoren übermittelt werden. Aktoren
Die Kommunikation kann dabei primär
über das Internet stattfinden. Dazu
sind netzwerkfähige Sensoren und
Aktoren notwendig. Diese werden durch
kleiner werdende Prozessoren und
Mikrocontroller sowie die zunehmende Bei einer Kommunikation über das immer mehr Geräte im Haushalt mit
Verbreitung von Systems-on-a-Chip, Internet sollten im Vorfeld besondere dem Internet kommunizieren. Diese
etwa RaspberryPi oder Intel Edison, IT-Sicherheitsvorkehrungen getroffen Geräte könnten mit einem Smart-
immer wirtschaftlicher und so für werden. Dazu zählen unter anderem Meter-Gateway, also einer Drehscheibe
kleinste Komponenten von Systemen der Schutz vor Cyberangriffen und die für die intelligente Steuerung von
interessant. Energieautarke Sensoren Fähigkeit, Störungen möglichst schnell Verbrauchern, Erzeugern und Speichern
und Aktoren können besonders in zu entdecken und zu beheben. Ein in Haushalten oder Gewerbebetrieben,
rein mechanischen Komponenten belastbares Sicherheitskonzept sollte verbunden werden. Dies versetzt
Anwendung finden, da es hier häufig daher von Anfang an in die Planung energiewirtschaftliche Akteure in die
ineffizient und unwirtschaftlich wäre, einbezogen werden. Lage, gänzlich neue Geschäftsmodelle
diese Komponenten mit Sensoren, die in zu entwickeln und anzubieten.
das Kommunikationsnetz des Systems Welche Rolle spielt das IoT mit seinen
(z. B. Feldbus) eingebunden sind, oben skizzierten Eigenschaften für In unserer Befragung standen 56 %
auszustatten. Smart Grids? Smart Grids und auch der energiewirtschaftlichen Akteure
Smart Markets funktionieren nur dann dem IoT eine große Bedeutung für
optimal und kapazitätssteigernd, wenn dezentrale Energiesysteme zu. 38 %
Daten über Erzeugung, Verbrauch attestierten dem IoT sogar eine sehr
und Netze in Echtzeit vorliegen. Das große Bedeutung, da sie das IoT als
IoT ermöglicht die Datenverarbeitung Grundlage für Smart Grids und Smart
in Echtzeit, selbst von den kleinsten Markets sehen. Einige Akteure waren
Verbrauchern und Prosumern innerhalb der Ansicht, dass die Sicherheits
des Netzes. standards für eine Kommunikation
über das Internet für systemkritische
Der von der Bundesregierung Anwendungen zu niedrig sind. Sie sehen
beschlossene Smart-Meter-Rollout kann daher nur eine geringe Bedeutung des
durch das IoT ebenfalls an Akzeptanz IoT für dezentrale Energiesysteme.
gewinnen. Durch das IoT können
Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten 19Wie kann Digitalisierung zur Gestaltung dezentraler Energiesysteme beitragen?
Noch optimistischer sieht das Bild bei Abb. 7 Bedeutung des IoT für dezentrale Energiesysteme
der Bedeutung des IoT für virtuelle
Kraftwerke aus. Hier sehen sogar geringe Bedeutung
6%
56 % eine sehr große Bedeutung.
Dagegen sind jedoch auch 25 % nicht
sehr überzeugt von einer Anwendung sehr große Bedeutung
des IoT in virtuellen Kraftwerken. Sie
sehen, wiederum auch aufgrund von
Sicherheitsbedenken, eine eher geringe
38 %
Bedeutung des IoT in diesem Bereich.
große Bedeutung
Die Sicherheitsbedenken sind bei
der Digitalisierung generell einer 56 %
der größten Hemmschuhe. Ohne ein
ausreichendes Maß an Sicherheit sind
die Risiken für neue Geschäftsmodelle
zu groß. Die IT-Infrastruktur sollte so Abb. 8 Bedeutung des IoT für virtuelle Kraftwerke
geschützt sein, dass sie zu keinem Zeit
punkt ihre Integrität verliert. Besonders kleine Bedeutung
im Falle des IoT, bei dem kleinste
Sensoren und Aktoren mit dem Internet 25 %
verbunden sind, muss sichergestellt
sein, dass Firmware-Updates umfassend
und regelmäßig vorgenommen werden, sehr große Bedeutung
Sicherheitslücken schnellstmöglich
geschlossen werden und keine Bauteile 56 % große Bedeutung
eingebaut werden, die von Angreifern
zweckentfremdet werden könnten. IT-
Sicherheit sollte als unternehmensweite
19 %
Querschnittsaufgabe wahrgenommen
werden. In regelmäßigen Schulungen
sollten die Mitarbeiter mit den neuesten Geht man das Thema IT-Sicherheit einer großen Marktentwicklung des IoT
Gefahren der Cyberwelt vertraut wie oben beschrieben konstruktiv und in ihrer Branche aus. 31 % gehen sogar
gemacht werden. So kann das Risiko, umfassend an, kann man die Risiken von einer sehr großen Entwicklung
von einer Cyberattacke getroffen zu bei der Nutzung des IoT entscheidend aus. Lediglich 6 % der Teilnehmer
werden, erheblich reduziert werden. verringern. Trotz einiger bestehender schätzen die Entwicklung des IoT in der
Betreiber oder Nutzer kritischer Sicherheitsbedenken gehen 63 % der Energiewirtschaft als gering ein.
Infrastrukturen sollten sich darüber im energiewirtschaftlichen Akteure von
Klaren sein, welchen Risiken sie sich
selbst aussetzen, wenn sie veraltete Abb. 9 Marktentwicklung des IoT in der Energiewirtschaft
Software verwenden. Regelmäßige
Software-Updates sind einer der ersten kleine Entwicklung
Schritte zur Vermeidung von Sicherheits
lücken. Deswegen sollten Unternehmen sehr große Entwicklung 6%
generell einen hohen Wert darauf legen,
ihre gesamte IT-Infrastruktur und 31 %
Applikationslandschaft interoperabel
und flexibel zu gestalten. All diese
Anforderungen an die IT-Systeme sollten
eindeutig in einem IT-Sicherheits
konzept erarbeitet und anschließend
implementiert werden. große Entwicklung
63 %
20 Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestaltenWie kann Digitalisierung zur Gestaltung dezentraler Energiesysteme beitragen?
2 W
ie kann Digitalisierung die Sektorenkopplung
unterstützen?
Das Ziel der Sektorenkopplung ist die der Netzbetreiber bereitgestellt. Die
Ausweitung der Energiewende von Kosten dieser Maßnahmen betrugen
der Stromerzeugung auf die Sektoren im Jahr 2015 402,5 Millionen Euro.7
Verkehr und Wärme. Für den Verkehr Diese Kosten werden in Form von
zeigt der Trend in Richtung E-Mobilität. Netzentgelten auf die Verbraucher
Im Wärmesektor können KWK- abgewälzt. Allein im Redispatch
Anlagen nachhaltig erzeugte Wärme betrug das Volumen 2015 16.000 GWh.
energie liefern. Auch Solarthermie Dabei könnte überschüssiger Strom
ist als zukunftsfähige Technologie zu aus erneuerbaren Energieträgern
betrachten. Da sich die Versorgung über regionale Smart Markets
perspektivisch von großen, zentralen einen erheblichen Teil zur Netz
hin zu kleinen, dezentralen KWK- stabilität beitragen. Sind ausreichend
Anlagen bewegt, wird auch die Wärme zuschaltbare Lasten wie P2G-Anlagen,
erzeugung dezentral und sie muss Speicher oder Elektroautos vorhanden,
intelligent vernetzt werden, um die kann der Strom an die Betreiber der
Versorgungssicherheit zu gewähr genannten Anlagen verkauft werden
leisten. Dies betrifft vor allem die und von diesen zur Wärmeerzeugung
Wärmeerzeugung aus Solarthermie, oder zum Laden von Elektroautos
da diese sehr volatil ist – während die genutzt werden. Hier zeigt sich der
Wärmeerzeugung aus Geothermie Nutzen von regionalen Smart Markets
weitestgehend gleichmäßig ist. für die Sektorenkopplung: Die
intelligente Vernetzung ermöglicht
Um in Zukunft die Herausforderungen eine effiziente und sogar netzdienliche
eines dezentralen Energiesystems zu Nutzung von erneuerbar erzeugtem
bewältigen, wird mehr netzdienliche Strom. Echtzeitdaten und moderne
Flexibilität benötigt. Heute wird diese Analysen bzw. Prognose können hier
mithilfe von Redispatch-Maßnahmen wesentlich zur Optimierung beitragen.
und Einspeisemanagement seitens
Abb. 10 Jährliches Redispatch-Volumina
18.000 16.000
16.000
14.000
gesamte Arbeit (GWh)
11.160
12.000
10.000
8.000
5.197
6.000
4.000 2.566 2.965
2.278
2.000
4.256
306
0
2010 2011 2012 2013 2014 2015
nach netztransparenz.de (national)
nach BNetzA ab 2014 (inkl. grenzüberschrietende Maßnahmen)
Quelle: BDEW auf der Grundlage von BNetzA und netztransparenz.de.
7
BDEW 2016.
Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestalten 21Wie kann Digitalisierung zur Gestaltung dezentraler Energiesysteme beitragen?
3 W
elche Möglichkeiten bietet die Anwendung von Big Data
Analytics?
Big Data Analytics ist einer der Mega Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Da bei dieser Lösung möglicherweise
trends in der Informationstechnologie. Wartung von Maschinen und Anlagen. personenbezogene Daten ausgelagert
Häufig wird Big Data als der Treiber Mit Predictive Maintenance können werden, sollten etwaige Bedenken
der Digitalisierung gesehen. Diese der Verschleiß einer Anlage oder durch eine frühzeitige und geeignete
Einschätzung fußt auf den neuen andere wartungsrelevante Ereignisse Kommunikation überwunden werden.
Möglichkeiten der Datenanalyse. Mit mithilfe von virtuellen Simulationen
Big-Data-Algorithmen sind schnelle vorhergesagt werden. Dadurch wird Der nächste große technologische
Datenströme, Datenv ielfalt in es möglich, Wartungsarbeiten kosten- Sprung im Bereich Big Data Analytics
unstrukturierter oder strukturierter und ausfallzeitminimal zu planen und heißt künstliche Intelligenz (KI). KI
Form, große Datenmengen und Daten durchzuführen. macht Algorithmen intelligent und
unsicherheiten bzw. Ungenauigkeiten lernfähig. Durch kontinuierliches
keine unüberwindbaren Probleme mehr. Aus den Echtzeitdatenanalysen lassen „Training“ wird ein Lernprozess
Die vier Vs von Velocity, Variety, Volume sich zudem jederzeit aktuelle Reports ermöglicht, der sich in Zukunft sogar
und Veracity beschreiben die grund erstellen. Davon profitiert die Qualität ohne menschliches Zutun weiter
legenden Eigenschaften von Big Data. des Monitorings und der darauf entwickeln soll. Zurzeit befinden wir
beruhenden Steuerungsentscheidungen. uns in der Phase der sogenannten
Big Data kann die entscheidende schwachen KI; diese ist in der Lage,
Brücke zwischen IoT und Smart Market Ein weiterer entscheidender Vorteil von konkrete Anwendungsprobleme durch
schlagen. Big- Data-Anwendungen Big Data Analytics ist die Eigenschaft, die Simulation von Intelligenz lösen.
können riesige Mengen an Echtzeitdaten dass die Algorithmen rasch an neue Deswegen spricht man hier häufig auch
des IoT optimal analysieren und so Rahmenbedingungen angepasst werden von Maschinenintelligenz. Von einer
datenbasierte Grundlagen für markt können. Die Tatsache, dass sie von starken KI spricht man, wenn diese
wirtschaftliche Aktivitäten an einem Grund auf für unstrukturierte Daten nahezu der menschlichen Intelligenz
Smart Market liefern. So lassen sich in mengen ausgelegt sind, unterstützt diese entspricht. Sie zielt darauf ab,
Verbindung mit Predictive Analytics Fähigkeit. Besonders in der Energie menschliche Emotionen, Selbstbewusst
hochpräzise Prognosen über das wirtschaft, die derzeit beträchtlichen sein und Kreativität abzubilden.8 Mit
Verbrauchsverhalten einzelner Geräte regulatorischen und gesellschaftlichen einer starken KI können Anwendungen
oder ganzer Haushalte erstellen. Auch Veränderungen unterworfen ist, ist noch schneller und umfassender auf
die Erzeugung von Strom, Wärme oder diese Eigenschaft wünschenswert. sich ändernde Rahmenbedingungen
Gas lässt sich sehr präzise voraussagen. reagieren. Sie werden sogar fähig sein,
Bei komplexen Modellen können alle Einziger Wermutstropfen: Big-Data- neue Probleme kreativ zu lösen oder
relevanten Einflüsse für eine Voraussage Anwendungen benötigen enorm viel auch neue datenbasierte Geschäfts
herangezogen werden, beispielsweise Speicher- und Rechenkapazität. Doch modelle eigenständig zu entwickeln.
Wetterprognosen für die Erzeugung hier kann die Cloud-Technologie eine Wann der Durchbruch zur starken KI
erneuerbarer Energien. Lösung bieten. Allerdings sollte dem gelingen wird, lässt sich heute nicht
Datenschutz hier in entsprechendem sagen. Auf jeden Fall sind bis dahin auch
Maße Rechnung getragen werden. noch wichtige ethische Fragen durch
Wir empfehlen, wie schon beim Politik, Gesellschaft und Unternehmen
IoT, diesbezügliche Überlegungen zu klären. Eine rein theoretische
so früh wie möglich in das IT- Betrachtung offenbart aber schon das
Sicherheitskonzept einzubeziehen. Potenzial der Technologie.
8
Vgl. Stuart Russel/Peter Norvig (2009).
22 Die digitalisierte dezentrale Energieversorgung von morgen gestaltenSie können auch lesen
