Die Energiewende in Deutschland mit der schwankenden Einspeisung von erneuerbaren Energien und deren ungleichmäßige räumliche Verteilung bringt große Herausforderungen für das Energiesystem mit sich. So kann aufgrund des schleppenden Netzausbaus der „grüne“ Strom aus dem windreichen Norden nicht ausreichend verteilt werden. Die daraus resultierenden „Noteingriffe“ der Stromnetzbetreiber zur Verhinderung einer Netzüberlastung oder sogar eines Blackouts verursachen Kosten von rund 700 Millionen Euro im Jahr. Wenn wir im Jahr 2050 unseren Strom zu 100% aus erneuerbaren Energien erzeugen und dabei nicht unsere hohe Versorgungssicherheit einbüßen wollen, dann muss unser Energiesystem intelligenter werden.

Die voranschreitende Digitalisierung des Energiesystems, mit der Integration von Informations- und Kommunikationstechnologien, Big Data und neuen digitalen Lösungen sowie den darauf basierenden Geschäftsmodellen, wird vielfach als große Chance zur erfolgreichen Energiewende gesehen (dena). Ein weitgehend automatisiertes und digital vernetztes Energiesystem, in dem Energieflüsse in Echtzeit gemessen, gesteuert und gehandelt werden, ist die Vision von digitalen Branchenvertreter/innen.

Das physische Energiesystem und dessen Organisation werden zunehmend dezentraler. Eine wachsende Zahl an Akteuren nimmt durch kleinteilige Interaktionen am Energiemarktgeschehen teil, indem sie beispielsweise mit Photovoltaik-Anlagen, Windenergieanlagen oder Wärmepumpen selbst Energie erzeugt und einspeist. So werden auch Akteure, die zuvor als reine Verbraucher agierten, zum Produzenten (sog. Prosumer). Der Koordinationsbedarf im Energiesystem nimmt zu und auch die Organisationsformen ändern sich. So wurden in den letzten zehn Jahren immer mehr Energiegenossenschaften gegründet die sich solidarisch und kooperativ dem Gelingen der Energiewende verschrieben haben und nicht rein rentideorientiert.

Damit ist die Hoffnung verbunden, das Energiesystem würde demokratischer und die Digitalisierung könne mit neuen peer-to-peer Lösungen diesen Prozess verstärken. Brauchen wir am Ende keine Stromanbieter mehr, weil dezentrale Non-Profit-Plattformen, wie sie die Energy Web Foundation entwickelt, den Energiehandel revolutionieren? Neue Akteure und Geschäftsmodelle stellen bisherige Markt- und Wertschöpfungsstrukturen in Frage. Wie realistisch sind Zukunftsperspektiven von einem vollständig digitalen, automatisierten Energiesystem, in dem alle Bürger/innen zu Prosumern werden, über die Blockchain Energie in Echtzeit gehandelt wird und das aus vielen kleinteiligen Energiezellen besteht, die sich im Zweifel auch selbst versorgen können? Sind die Chancen der Digitalisierung auch Chancen für ein sozial gerechtes und ökologisch nachhaltiges Energiesystem? Diese und andere Fragen wurden auf der diesjährigen VÖW Herbstakademie „Digitalisierung im Grünen“ diskutiert.

Von Hackern, Daten und Smart Metern: Wie verwundbar ist ein digitalisiertes Energiesystem? 

Die Integration digitaler Technologien in das Energiesystem ermöglicht einen nie da gewesenen Grad an Vernetzung. Doch dadurch wird das System auch komplexer und die Verletzbarkeit (die sogenannte Vulnerabilität) des Systems steigt – insbesondere gegenüber Cyberangriffen.

Wie einfach es ist, sich in Teile des Energiesystems wie beispielsweise Smart Home-Anwendungen oder Photovoltaik-Anlagen einzuhacken, glaubt man erst, wenn man es – wie wir auf der Herbstakademie – live miterlebt hat. Mit Hilfe der Internet-of-Things- Suchmaschine Shodan und ein paar kleinen „Tools“ können Hacker auf ganze Smart-Home- oder Gebäudeautomatisierungssysteme zugreifen oder sich in Steuerungssysteme hunderter Photovoltaik-Anlagen einloggen – und diese nach Lust und Laune ein- oder ausschalten.

Wie können solche Lücken im System geschlossen werden? Redundanz lautet schon heute eines der wichtigsten Schlagworte für ein resilientes (weniger störanfälliges) Energiesystem. Um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, wird stets mehr Infrastruktur vorgehalten, als für den tatsächlichen Betrieb des Systems notwendig ist. Darüber hinaus soll beispielsweise durch die Diversifizierung systemrelevanter Software, Systembeobachtungszentren sowie Dezentralität mit funktionsfähigen Teilsystemen (die unabhängig vom größeren System autark aufrecht erhalten bleiben können) ein digitalisiertes Energiesystem möglichen Bedrohungen Stand halten (acatech 2017).

Auf der anderen Seite gibt es jedoch Bestrebungen, Devices wie beispielsweise Batteriemanagementsysteme oder mobile Solarsysteme “hackbar“ zu machen. Diese sogenannte Open Source Hardware wird beispielsweise von Libre Solar in einem FabLab in Hamburg St.Pauli entwickelt. Sie soll es ermöglichen, zum Beispiel Solaranlagen, Mini-Windturbinen und Fahrradgeneratoren miteinander zu vernetzen. Denn zu geschlossene und proprietäre Systeme führen häufig zu einer Abhängigkeit und großen Marktmacht von einzelnen Anbietern oder erschweren die Nutzung verschiedener Technologien.

Das Thema IT-Sicherheit und Datenschutz bleibt ein wesentlicher Diskussionspunkt bei der Digitalisierung der Energiewende. Daten sind der Rohstoff der Zukunft, auch und gerade im Energiebereich. Dies zeigt die Diskussion der Netzbetreiber um das „Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende“ und die künftige Aufgabe der „Datendrehscheibe“ (Sieling & Müllers 2017). Und dies ist nur eines der Konfliktfelder, die sich zwischen den Akteuren der Energiewirtschaft ergeben, wenn wir uns auf ein digitalisiertes Energiesystem zubewegen.

Der zellulare Ansatz: Energie aus der Region für die Region

Da Energie immer mehr auf der lokalen Ebene erzeugt werden kann, mischen immer mehr Bürger/innen in der Energieerzeugung mit (trend :research und Leuphana Universität Lüneburg 2013). Neue digitale Lösungen ermöglichen immer bessere Echtzeit-Datenauswertungen und damit eine passgenaue (Um-)Verteilung der selbst erzeugten Energie beispielsweise in Nachbarschaften (Germanwatch 2016). Durch die Bildung von regionalen Energiezellen soll Energie soweit wie möglich auf der lokalen und regionalen Ebene erzeugt, gespeichert und verbraucht werden. Der “zellulare Ansatz” basiert auf dem Subsidaritätsprinzip, das heißt die Aufrechterhaltung der Systemfunktion erfolgt möglichst auf der untersten Ebene. Er ist auf dem Vormarsch und wird bereits in vielen Regionen, wie beispielsweise im SINTEG-Projekt C/Sells, erprobt. Untersuchungen zeigen, dass sich durch diesen Ansatz der Energieübertragungsbedarf erheblich reduziert (VDE-EGT 2016) und deutlich weniger Hochspannungs-Trassen gebaut werden müssten (Peter et al. 2016).

Wie disruptiv ist das Potenzial der Blockchain?

Wird die wahre Revolution im Energiesystem durch die Blockchain ausgelöst? Die Blockchain-Technologie könnte die Dezentralität im Energiesystem weiter vorantreiben. So kann sie beispielsweise ermöglichen, dass private Nutzer/innen untereinander mit Energie handeln können. Die Blockchain ist vergleichbar mit einem virtuellen genetischen Code. Sie besteht aus einem Datensatz, der jede Transaktion zwischen zwei verbundenen „Knoten“ in einem Register („ledger“) aufzeichnet und jede Transaktion als neuen Block hinzufügt, was zu einer vollständigen Aufzeichnung aller Transaktionen zwischen zwei Parteien führt. Ihr Potenzial für die Energiewende wird vor allem darin gesehen, dass sie für jede/n zugängliche peer-to-peer Datensätze generiert, wodurch eine Kontrolle durch einzelne Personen oder Firmen nicht mehr nötig wäre (Johnston 2017). In einem Microgrid in Brooklyn/New York wird die auf Blockchain basierende Kryptowährung „Ethereum“ pilothaft für den lokalen Energiehandel eingesetzt. Über eine peer-to-peer Plattform können die Bürger/innen mittels sogenannter „Smart Contracts“ ihren PV-Strom direkt und automatisiert innerhalb ihrer Nachbarschaft handeln.

Problematisch an der Blockchain ist allerdings ihr immens hoher Energiebedarf. So verbraucht eine einzige Transaktion der Internetwährung Bitcoin, die auf Blockchain basiert, so viel wie 8,5 US-Haushalte am Tag (Digiconomist). Dies steht offensichtlich in keinem Verhältnis zu der Leistung in Form von „Smart Contracts“, welche wiederum eine Energiewende erleichtern sollen, deren Ziel es nicht zuletzt auch ist, den Energieverbrauch unterm Strich zu senken. Um die zukünftige Kommunikation zwischen Erzeugern und Verbrauchern in Echtzeit zu ermöglichen, kann Blockchain sicherlich eine bedeutende Rolle spielen. Derzeit ist sie technisch allerdings nicht ausgereift genug, um Millionen von Transaktionen in Echtzeit zu verarbeiten (Mayer 2017) und deshalb noch recht weit davon entfernt, das Energiesystem zu revolutionieren.

Digital ist nicht ohne weiteres sozial gerecht und ökologisch

Die Digitalisierung wird von vielen als unausweichlichste Entwicklung unserer Zeit angesehen und häufig mit sehr positiven Attributen besetzt. Vernetzung, Dezentralisierung und Demokratisierung sollen das Energiesystem (sozial und ökologisch) nachhaltiger machen. Doch das Ziel der Energiewende ist im Grunde vor allem ein „weniger“. Nur mit einer deutlichen Reduktion des Energieverbrauches – nämlich um 50% bis 2050 – ist eine vollständige Umstellung auf erneuerbare Energien überhaupt realistisch. In der Bewertung digitaler Lösungen sollte Nachhaltigkeit also wesentlich wichtiger werden. Wie ökologisch sinnvoll ist es einerseits Systeme zu digitalisieren? Schließlich steckt hinter allen digitalen Lösungen immer auch etwas Materielles, nämlich Rechenzentren, Kabel, Geräte usw., deren Herstellung und Betrieb wiederum Energie und Ressourcen verbrauchen. Wenn wir ein nachhaltiges Energiesystem wollen, müssen wir uns fragen, welche „Internet-of-Things“ wirklich dafür nötig sind, anstatt unseren Energieverbrauch schlichtweg in Rechenzentren zu verlagern (Santarius 2017).

Inwiefern ist andererseits sozial gerecht, wenn nur der privilegierte Hauseigentümer die Vorteile eines Prosumers nutzen kann. Hilft der Smart Meter wirklich dabei die Energiearmut zu verringern oder hilft er viel mehr den Energieversorgern, die ihren  Kund/innen wesentlich schneller den Strom abstellen können oder sie durch Pre-paid Tarife in das „Heat–or-Eat“ Dilemma stürzen (Purcell 2014)? Diese und ähnliche Fragen müssen in der Diskussion um die Chancen und Risiken der Digitalisierung des Energiesystems künftig mehr Raum einnehmen.

Wir sollten nicht über die Hoffnung stolpern, dass die neuen digitalen Technologien unsere sozialen und ökologischen Probleme lösen könnten, ohne dass wir dafür unser (Konsum)-Verhalten ändern müssten. Das hat bisher kaum funktioniert! Letztendlich sollten wir uns nicht fragen, wo uns die Digitalisierung hintreibt, sondern was für ein Energiesystem wir haben wollen und wie wir die Digitalisierung dafür nutzen können, dies zu erreichen.

 

Dieser Artikel ist auch erschienen in der Berliner Gazette.