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11.09.2017 17:18 Alter: 11 days

Akademienprojekt „Energiesysteme der Zukunft“

Im folgenden Interview liefert Prof. Dr. Dr. Ortwin Renn, Leiter der Arbeitsgruppe „Risiko und Resilienz im Energiesystem“ und Wissenschaftlicher Direktor am Institut für transformative Nachhaltigkeitsforschung (IASS Potsdam), Einblicke in das Akademienprojekt ESYS.   ©IASS, Foto: L. Ostermann


Mit der Initiative „Energiesysteme der Zukunft“ (ESYS) geben acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina und die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften Impulse für die Debatte zu Herausforderungen und Chancen der Energiewende in Deutschland.

Herr Prof. Renn, wie kam es zum Akademienprojekt ESYS?

Politik, Gesellschaft und Wissenschaft diskutieren schon lange, wie die Energiewende gestaltet werden soll. Klima- und Umweltschutz, Wirtschaftlichkeit und Versorgungsicherheit – das sind die Leitplanken für die Energiepolitik in Deutschland. Zusätzlich ist die Sozialverträglichkeit mit zu bedenken. Sie umfasst Aspekte wie Verteilungsgerechtigkeit, soziale Akzeptanz und sozio-kulturell angepasste Raum- und Landschaftsplanung. Der Umbau des Energiesystems erfordert ein tieferes Systemverständnis und dafür haben die deutschen Wissenschaftsakademien im April 2013 die Initiative „Energiesysteme der Zukunft“ gestartet. Im März 2016 wurde das Projekt bis Ende Februar 2019 verlängert. Rund 100 Fachleute aus Wissenschaft und Industrieforschung erarbeiten über Disziplinen hinweg konsolidiertes Wissen und Handlungsoptionen für eine sichere, bezahlbare, nachhaltige und akzeptable Energieversorgung.

Welche Zielrichtung hat das Akademienprojekt?

Häufig entstehen Impulse für sozio-technische Innovationen an den Schnittstellen zwischen Disziplinen, Branchen und Akteuren. Das Projekt ESYS ist an der Schnittstelle zwischen technischer Entwicklung, neuen Betriebsmodellen und wirtschaftlichen Organisationsformen, staatlicher Regulierungspolitik sowie individuellem und sozialem Verhalten angesiedelt. Um deren Wechselwirkungen zu verstehen, bringen wir Energie-, Umwelt- und Klimafachleute aus der Wissenschaft mit Experten aus Wirtschaft, Politik und Zivilgesellschaft zusammen. Ziel ist, den Umbau der Energieversorgung fachlich fundiert und den Werten der Gesellschaft angemessen zu begleiten. Die aus dem aufbereiteten Wissen entwickelten Handlungsoptionen sollen politische Entscheidungsträger unterstützen, sachlich begründete, wissenschaftlich fundierte und ethisch vertretbare Beschlüsse zum Umbau des Energiesystems zu fassen.

Im Mai 2017 gab es die Stellungnahme der Akademien, das Energiesystem resilient zu gestalten. Was gab dafür den Anstoß?

Die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, scheint nicht die drängendste Herausforderung der Energiewende zu sein. Schließlich gehört die deutsche Stromversorgung zu den zuverlässigsten in der Welt. Allerdings verändert sich das Energiesystem gerade grundlegend. Durch einige dieser Entwicklungen wird das Energiesystem anfälliger gegenüber Belastungen. „Smarte“ Zähler oder Netze können gehackt werden. Außerdem wachsen Wärme-, Gas-, Strom- und Kommunikationsnetze zusammen. Dadurch können Störungen in einem Teilsystem sich auf andere Systeme ausbreiten. All das sorgt dafür, dass mehr Belastungen möglich und sie zugleich schwieriger abzuschätzen sind. Gegenmittel ist ein resilientes Energiesystem. Das Konzept „Resilienz“ steht gegenüber Risikomanagement für einen Perspektivwechsel:

Beim Risikomanagement geht es darum, erwartbaren Belastungen wie technischen Störungen zielgenau beizukommen. Resilienz dagegen versucht, das System so robust wie möglich zu gestalten. Zum System zählen wir dabei nicht nur Stromleitungen, Heizkessel oder Autos. Zum System gehören auch die Erzeuger, Netzbetreiber, Nutzer und die Regeln der Märkte. Wir sprechen von einem „soziotechnischen System“. Ein resilientes Energiesystem bleibt funktionsfähig und liefert Energie, auch unter extrem schwierigen Bedingungen. Und wenn es doch zu Ausfällen kommt, soll die Versorgung so schnell wie möglich wiederhergestellt und aus den Belastungen gelernt werden.

Die Stellungnahme verweist auf einen ständigen Lernprozess?

Deutschland übernimmt mit der Energiewende Verantwortung gegenüber künftigen Generationen. Damit sind aber auch Risiken verbunden. Möglich sind etwa Engpässe bei Rohstoffen wie Platingruppenmetallen, die für künftige Energieinfrastruktur wie Wasserstoff- Elektrolyseure oder Brennstoffzellen unverzichtbar sind. Weitere Entwicklungen, die auf die Resilienz einen maßgeblichen Einfluss ausüben, sind Veränderungen der politischen Rahmenbedingungen: Kommt es nach dem „Brexit“ zu weiteren Austritten aus der Europäischen Union und wie könnte sich das auf Europas Energienetze auswirken? Wie können Krisenherde in Europas unmittelbaren Nachbarregionen unsere Energieversorgung beeinflussen? Wie wirkt sich die Tendenz zur „postfaktischen“ Meinungsbildung künftig auf die Akzeptanz der Energiewende in der Bevölkerung aus? Solche Änderungen der Rahmenbedingungen müssen wir bei der Neukonzeption der Energieinfrastrukturen berücksichtigen. Wir brauchen weitere Schutzkonzepte, Strategien und Notfallpläne, müssen Reaktionen des Energiesystems auf überraschende Belastungen mit berücksichtigen. Aus vermiedenen wie überstandenen Krisen müssen wir immer wieder neu lernen, sonst werden wir auch die Energiewende nicht meistern.

Wer soll das Energiesystem resilient gestalten?

Das ist die gemeinsame Aufgabe von Netz- und Kraftwerksbetreibern, Behörden, politischen Entscheidungsträgern und Wissenschaftlern. Für alle Beteiligten steht systemische Steuerung als Erfordernis oben an. Die ist nötiger denn je. So ist die deutsche Energiewirtschaft durch eine neue Angebotsstruktur von tausenden kleinen Stromanbietern und Prosumenten kleinteiliger geworden und wird sicher noch kleinteiliger werden. Indem Netz und Vertrieb getrennt und die Märkte liberalisiert wurden, sind Preise gesunken und neue Wahlmöglichkeiten entstanden. Dadurch ist aber auch unklarer geworden, wer nun die Verantwortung für das Gesamtsystem trägt. Hier haben Regierungen und Parlamente die anspruchsvolle Aufgabe, alle zur Entwicklung und Umsetzung einer Resilienzstrategie relevanten Akteure zu moderieren und zu koordinieren. Ihre Rolle gleicht der eines Dirigenten. Wie bei einem Orchesterwerk müssen die Resilienz- Dirigenten eine harmonische Balance zwischen Effizienz und Resilienz sicherstellen. Sie müssen im kontinuierlichen Austausch mit diesen Akteuren passende Rahmenbedingungen setzen, dazu gehören: Kooperationen anzustoßen und effektive Resilienzstandards setzen.

Was bedeutet Resilienz denn konkret?

Zunächst haben wir als Arbeitsgruppe verschiedene Szenarien betrachtet, welche die Energieversorgung unterbrechen oder die Energiewende ins Stocken bringen können. Dazu gehören Hackerangriffe auf digitale Energieinfrastruktur, aber auch etwa Wetterextreme, Engpässe bei Rohstoffen, fehlende Akzeptanz und mangelnde Investitionen durch ungünstige politische Rahmenbedingungen. Ausführlich beschrieben haben wir die Szenarien in der parallel erschienenen Analyse: Das Energiesystem resilient gestalten. Szenarien – Handlungsspielräume – Zielkonflikte. In der Stellungnahme haben wir Maßnahmen herausgearbeitet, die gegenüber möglichst vielen dieser Belastungen resilient wirken. Ein Ansatz dafür ist die Redundanz. Das bedeutet, dass es alle wichtigen Elemente im Energiesystem öfter gibt als für den Normalbetrieb nötig – wie im Sprichwort: „Doppelt hält besser.“ Wenn ein Kraftwerksblock oder ein ganzes Kraftwerk ausfällt, übernimmt ein anderer Erzeuger diese Funktion. Das ist heute meist ein anderes Kraftwerk. In Zukunft kann es aber auch ein Batteriespeicher sein. Auch ein Demand-Side- Management könnte den Verbrauch gezielt reduzieren. Im Idealfall fällt dem Nutzer „auf der anderen Seite der Steckdose“ gar nicht auf, was passiert ist. Ein anderer Vorschlag setzt bei den Netzen an. Bei Engpässen können heute Straßen oder Stadtteile nur als Ganzes von der Versorgung getrennt werden. Eine andere Architektur der Verteilnetze könnte möglich machen, Verbraucher nach Relevanz vom Netz zu trennen. Dann würden in Krisen beispielsweise Leuchtreklamen als erstes abgeschaltet, während die Versorgung von Pflegeheimen oder Feuerwehrleitstellen immer gewährleistet bliebe. Eine dritte Maßnahme besteht darin, das Konzept „Resilienz“ in Bildungspläne aufzunehmen. Studien aus Großbritannien zeigen, dass Schülerinnen und Schüler im Extremfall – das können großräumige Stromausfälle sein – viel besser wussten, welchen Risiken sie ausgesetzt waren und wie sie ihr Verhalten am besten darauf ausrichten. Übrigens haben die Jugendlichen dieses Wissen direkt weitergegeben: Auch ihre Angehörigen zeigten sich besser informiert. Eine durchdachte Mischung verschiedener solcher Resilienz fördernden Maßnahmen trägt dazu bei, die Energieversorgung resilient zu gestalten. Zehn davon präsentieren wir in der Stellungnahme vom Mai diesen Jahres.

Lässt sich Resilienz im Energiesystem problemlos durchsetzen?

Mitnichten, hierbei lassen sich Zielkonflikte nicht vermeiden. So sind hohe und genau reglementierte Sicherheitsstandards sinnvoll, um Ausfällen der Energieversorgung langfristig vorzubeugen. Eine rigorose Umsetzung dieser Standards kann das System aber auch unflexibel machen und Improvisation verhindern. Adaptives Management ist aber für ein resilientes Energiesystem essenziell. Hätte 2006 nicht ein Techniker des Atomkraftwerks Forsmark improvisiert und von Hand zwei Notstromgeneratoren eingeschaltet, hätte es zu einer Kernschmelze kommen können. Es ist also durchaus möglich, dass unterschiedliche Aspekte der Resilienz in Konflikt zueinander stehen. Klare Standards helfen, den Notfall besser zu beherrschen, die mangelnde Flexibilität verhindert aber notwendige Anpassungsprozesse und Lernerfahrungen. Vor allem aber gibt es Zielkonflikte zwischen einer kurzfristiger Effizienz und langfristiger Resilienz. Redundante Strukturen, Dezentralisierung und Diversifizierung von infrastrukturellen Leistungen und Überkapazitäten zum Ausgleich von Ausfällen verringern die Effizienz des Systems und machen es zunächst teurer, tragen aber zur Resilienz bei. Und wie steht es um die Finanzierung? So viel ist sicher: Zunächst einmal kosten Resilienzmaßnahmen Geld. Und Resilienz soll Systeme gegenüber ungewöhnlichen Belastungen stärken, die man schwer quantifizieren kann. Daher sind zuverlässige Kosten- Nutzen-Analysen für Resilienzmaßnahmen nicht möglich. Allerdings gibt es beispielsweise eine US-amerikanische Studie zur „Rendite“ von Schutzmaßnahmen gegen Stürme, Fluten oder Erdbeben. Sie kommt zum Ergebnis, dass jeder dafür investierte Dollar später Schäden in Höhe von ungefähr vier Dollar verhindert hat. Auf lange Sicht kann Resilienz sich also durchaus rechnen. Bei Investitionen in die Resilienz des Energiesystems bleibt die Frage zu beantworten, wer die einzelnen Maßnahmen bezahlt.

Was leistet Resilienz?

Resilienz bietet zwar keine Garantie gegenüber Belastungen des Energiesystems wie Schneestürmen, Hitzewellen oder auch fehlender Akzeptanz notwendiger neuer Infrastruktur. Aber sie ist die bestmögliche Versicherung, dass die Energieversorgung auch langfristig stabil sein wird.