Ein Energiezellensystem

Der Umstieg auf eine nachhaltige Energieversorgung aus erneuerbaren Energiequellen zählt zweifelsohne zu eine der wichtigsten Herausforderungen unserer Zeit. Dabei geht es vor allem im Stromversorgungssystem nicht nur um den Ersatz der bisherigen Primärenergie. Denn die Nutzung von Sonnen- und Windenergie führt dazu, dass nun statt ein paar Tausend Großkraftwerke plötzlich Millionen Kleinkraftwerke notwendig sind. Zudem verändert sich damit ganz entscheidend die Erzeugungscharakteristik. Während bei fossilen Energieträgern die Energie in der Ausgangssubstanzen (Kohle, Gas, Öl, Uran) gespeichert ist, fehlt diese Bevorratung bei Wind und Sonne. Diese verhalten sich zudem äußerst volatil, das heißt, sie stehen nicht immer und dann mit sehr unterschiedlicher Intensität zur Verfügung. Fallweise gibt es auch noch ganz erhebliche Abweichungen von den Prognosen, was immer aufwändigere Maßnahmen erfordert, um die Systemstabilität zu gewährleisten.

Eine nachhaltige Energieversorgung erfordert einen sicheren Umgang
mit Komplexität

Aus system- und komplexitätswissenschaftlicher Sicht ist daher zwingend ein neues Systemdesign erforderlich, um die vielfältigen Herausforderungen beherrschbar zu halten. Der derzeit eingeschlagene Weg weist gefährliche Sackgassen auf, die vor allem auf unsere bisherige “großtechnische” und lineare Denkweise zurückzuführen sind. Der bisherige fast ausschließliche Fokus auf die dezentrale Stromerzeugung aus volatilen Energiequellen greift daher viel zu kurz. 

In der Natur hat sich in einer sehr langen Entwicklungsgeschichte eine zelluläre Struktur durchgesetzt. Alle Lebewesen weisen eine zellulare Organisation auf. Dieses Know-how sollten wir auch für technische Lösungen nutzen. Vor allem dort, wo es um überlebenswichtige Lebensadern (kritischen Infrastrukturen) geht. Vernetzung schafft komplexe Systeme, die einer eigenen Logik folgen. Daher macht ein zellulärer Ansatz („Energiezellen“, Microgrids, dezentrale Balancegruppen, etc.) auch im Stromversorgungssystem Sinn. Gleichzeitig kann damit auch die unverzichtbare Robustheit wieder erhöht werden. Die Energiewende stellt daher nicht nur eine technische Herausforderung dar, sondern erfordert einen Kultur- und Denkwandel. 

Und was ist mit den Smart Grids?

Smart Grids – „intelligente Stromnetze“ – sind in aller Munde, wird doch erwartet, dass damit die zunehmenden Herausforderungen durch die fluktuierende Stromproduktion in den Griff bekommen werden kann. So manche Hochglanzproschüre verspricht, alle Probleme durch eine umfangreiche IT-Vernetzung zu lösen. Wie dabei gleichzeitig die zunehmenden Problem in der IT-Sicherheit gelöst werden, wird nicht verraten. Eine Symbiose zwischen der bisherigen Strom- mit der relativ jungen IT-Welt erscheint auch aus unserer Sicht unverzichtbar. Beim Weg dahin gibt es aber noch große Differenzen, denkt die heutige IT- und Stromwelt doch vorwiegend an eine zentralisierte Vernetzung und Steuerung, was ein absolutes No-Go darstellt, da damit die Systemsicherheit nicht gewährleistet werden kann. Siehe auch Making the power grid safer by planning for failure.

Das Smart Grid im Zeitalter von Cyberwar

Tomi Engel von der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie hat dazu einen hervorragenden Vortrag gehalten, der genau diese Problemstellungen aber auch Lösungsansätze beschreibt, wie sie auch wir hier verfolgen. Er liefert daher einen zusätzlichen Blick auf das Energiezellenmodell. Der Vortrag steht als PDF zur Verfügung. 

Das Smart Grid im Zeitalter des Cyberwar from shack e.V. Hackerspace Stuttgart on Vimeo.

Folgende weitere Artikel von ihm beschäftigen sich mit dem Thema Energiezellensystem/dezentrales Stromnetz:

Daher sollte es auch beim Smart Grid nicht um eine zentralisierte IT-Vernetzung, sondern um ein robustes, dezentralisiertes Stromversorgungssystem = Energiezellensystem gehen. Die IT wird dabei eine wichtige Rolle spielen, aber sie darf nicht das Stromnetz von der IT-Versorgung abhängig machen. Die Stromversorgung muss auch ohne den Optimierungsmöglichkeiten der IT funktionieren und zumindest eine Rückfallebene ohne IT sicherstellen können. Alles andere wäre blauäugig und gefährlich, wie jüngste Ereignisse zeigen (siehe etwa First known hacker-caused power outage signals troubling escalation).

Energie ist nicht nur Strom!

Häufig wird zwar von einer Energiewende gesprochen. Bei näherer Betrachtung geht es jedoch meistens nur um die Stromwende, was viel zu kurz greift. Denn wir haben beim Verkehr und bei der Wärme- und Kälteversorgung einen noch viel höheren Energieverbrauch, als im Stromsektor. Daher ist es zwingend notwendig, alle Bereiche zu betrachten. Das hier energetisch einiges an Potenzial vorhanden ist, zeigt etwa das Beispiel von Großsolaranlagen, wo mit Hilfe von Sonnenenergie Warmwasser und damit Wärme erzeugt wird. Natürlich ist das nach unseren heutigen Maßstäben nicht so (kosten)effizient, da eine zusätzliche Erzeugungsquelle erforderlich ist, um die Wärme auch dann aufbringen zu können, wenn keine Sonne scheint. Aber durch die sinnvolle Nutzung von Synergiepotentialen kann die Umweltbelastung deutlich gesenkt werden. Würde man nicht nur die reinen Energiekosten, sondern auch absehbare Schadens- und versteckte Nebenkosten einrechen, würden die Dinge oft anders aussehen. Aber da haben wir leider noch blinde Flecken. Daher ist die Energiewende nicht nur eine Technik- sondern vor allem Kulturwende. Wir müssen das aber erst akzeptieren lernen. 

 

 

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werden so bald als möglich wieder zur Verfügung gestellt.