Vision: Energie 2050 – Jedem seinen Energiewürfel

Dieser Artikel erschien 2012. Die Tipps und Techniken können möglicherweise veraltet sein.

von Michael Ziegler (Gastbeitrag), , 5 Kommentare

Wie ist es um die Energieversorgung in deutschen Haushalten und kleinen bis mittleren Unternehmen im Jahr 2050 bestellt? Dazu habe ich, ohne Anspruch auf Vollständigkeit und Durchführbarkeit, meinen Gedanken freien Lauf gelassen. Ich gehe in diesem Artikel einmal mehr und einmal weniger ins Detail. Der Artikel bzw. die Vision soll zum Nachdenken und zur Diskussion anregen.

Beziehe ich meinen Strom im Jahr 2050 noch immer von einem der vier Energieriesen? Oder aber gibt es ein Netzwerk, das sich ausschließlich Erneuerbarer Energien bedient? Aber wer kontrolliert dieses Netzwerk? Eines ist sicher: In meinem 2050 gibt es in Deutschland keine fossilen Kraftwerke und Kernreaktoren mehr. Unsere Energie erzeugen Erneuerbare Energien-Anlagen und teilweise die Menschen selbst. Ich unterstelle in meiner Vision, dass keine weiteren Stromtrassen notwendig sind, da auf das vorhandene Stromnetz zurückgegriffen werden kann. Es genügte die Modernisierung der Stromnetze im Jahr 2020.

 

Energiewürfel

So könnte die Energieversorgung der Zukunft aussehen. (Quelle: Michael Ziegler)

Das neue Stromnetzwerk

Das neue Stromnetzwerk besteht aus allen Erneuerbare-Energien-Anlagen (EE-Anlagen), die in irgendeiner Weise Strom erzeugen und in Deutschland installiert sind. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um Biomasse-Anlagen, Windkraft- oder Photovoltaikanlagen handelt. Alle Anlagen sind untereinander verknüpft, kommunizieren über Schnittstellen miteinander und liefern Daten an eine zentrale Stelle. Neben diesem Verbund bestehen zahlreiche Energiespeicher, die in ganz Deutschland verstreut aufgestellt sind und jede Menge Energie effizient speichern können. Es zeichnete sich bereits sehr früh ein Trend zu einer dezentralen Energiespeicherung ab. Sie nehmen die Energie dort auf, wo sie erzeugt wird und geben sie dort wieder ab, wo sie benötigt wird. Sie speichern die überschüssig erzeugte Energie aus dem gesamten Verbund. Auch die Energiespeicher kommunizieren miteinander und übermitteln alle Daten an eine zentrale Stelle. Durch eine zentrale Datenerfassung ist es möglich, die aktuell erzeugte Energie der EE-Anlagen mit den Wetterdaten zu vergleichen und wiederum mit dem Verbrauch der Verbraucher abzugleichen. So lassen sich Prognosen über mögliche Stromengpässe erstellen und es kann rechtzeitig darauf reagiert werden.

Jeder, der seinen Strom durch die eigene EE-Anlage nicht selber verbraucht, stellt diesen den Energiespeichern zur Verfügung. Vielmehr wird der überschüssige Strom gleich dort eingespeist. Kostenfrei? Nein, dazu komme ich aber später. Jeder, der eine EE-Anlage sein Eigen nennt, bekommt eine Identifikationsnummer und fortlaufende Tickets. Anhand dieser einmaligen Identifikationsnummer kann die EE-Anlage eindeutig dem Betreiber zugeordnet werden. Die Tickets werden täglich fortlaufend neu vergeben. Jedes Ticket enthält die Daten eines ganzen Tages, das die übermittelte Leistung an den Energiespeicher beinhaltet. Die Ticketnummern sind wichtig für die Abrechnung  zwischen Anlagenbetreibern und Stadtwerken.

Die „Kontrolle“ der Energiespeicher obliegt den zahlreichen Stadtwerken, die sich auch noch um die Wärme- und Wasserversorgung kümmern. Diese verantworten einen reibungslosen Ablauf und führen Wartungen sowie anfallende Reparaturen am und im gesamten Versorgungsnetz durch. Die Stadtwerke sind im Jahr 2050 nicht nur „Energieversorger“, sondern auch IT-Unternehmen und Dienstleister. Die Energie in den Speichern ist nicht etwa Eigentum der Stadtwerke, sondern lediglich nur zum Zeitpunkt der Speicherung in dessen Besitz. Die Energie bleibt Eigentum des jeweiligen Betreibers einer EE-Anlage, der den Strom dort eingespeist hat. Das Geschäftsmodell der Stadtwerke beruht lediglich auf der Vermittlung von Energie, sofern diese aus den Energiespeichern entnommen wird. Die Stadtwerke sind verpflichtet, kostendeckend zu wirtschaften und eventuelle Gewinne umgehend in die Versorgungssicherheit der Bevölkerung und neue Technologien sowie den Ausbau von Speichern zu investieren.

 

Der Energiewürfel

Der Energiewürfel ist ein intelligenter und quadratischer Energiespeicher von 1 m3 (deshalb auch der Name), der in jedem Haushalt sowie kleinen bis mittleren Unternehmen steht. Der Energiewürfel kann bis zu 250 kWh Strom speichern. Genügend Energie, um einen Zwei- bis Drei-Personenhaushalt einen Monat lang mit Strom versorgen zu können. Der Energiewürfel kann von Verbrauchern bei Stadtwerken gekauft oder angemietet werden.

Er hat ein Display worüber er programmiert werden kann und ist mit dem Internet sowie dem Stromnetz verbunden. Der Speicher lässt sich aber auch per SMS, per Internet oder über eine App bedienen und einstellen. Die Möglichkeiten sind vielfältig. Der Energiewürfel ist zwischen dem öffentlichen Stromnetz und dem jeweiligen Haushalt zwischengeschaltet. Über das Internet kommuniziert der Energiewürfel mit der zentralen Stelle der Energiespeicher und ruft ständig die aktuellen Strompreise ab. Wenn man so möchte, dann ist die Zentrale vergleichbar mit einer Strombörse. Der Energiewürfel ist auf Grund der bereitgestellten Daten aus der Zentrale in der Lage, einen gewissen Anteil Strom zu kaufen sofern sich abzeichnet, dass die Energie wegen des Wetters knapp werden könnte. Natürlich ist das immer abhängig von der momentanen Kapazität des Energiewürfels.

Sobald der Strom im Energiespeicher sich dem Ende neigt – auch hier kann eingestellt werden, wann der Stromspeicher sich melden soll -, wird der jeweilige Haushalt per E-Mail, SMS oder per Smartphone-App informiert. Der Haushalt kann nun manuell Strom bei der Zentrale ordern oder dies dem Energiewürfel überlassen. Der Energiewürfel kann dann automatisch Strom nachkaufen, wenn der Strompreis einen vorher festgelegten Preis erreicht hat. Wir kennen das aus dem Aktiengeschäft mit dem Setzen eines Limits. Ist dem Haushalt der Strom zu teuer, so kann der Energiewürfel automatisch in der Nachbarschaft weitere Energiewürfel fragen ob diese bereit wären, ein paar kWh (Kilowattstunden) zu einem günstigeren Preis abzugeben. Sofern der Energiewürfel des befragten Haushaltes noch genügend Energie bereitstellt und auf den Verkauf von Strom programmiert ist, ist so ein Strombezug vom Nachbarn möglich (z.B. max. 10 Prozent der Energie können verkauft werden, sofern noch mindestens 50 Prozent an Energie vorhanden ist). Zusätzlich kann der Energiewürfel im Internet Listen abrufen, die privat betriebene Energiespeicher auflisten. Der Verbraucher muss seinen Strom nicht unbedingt bei den Stadtwerken kaufen.

 

Wir fragen unsere Nachbarn nicht mehr nur nach Eiern und Mehl, sondern auch nach Strom

Im Jahr 2050 werden wir unsere Nachbarn nicht nur nach Eiern und Mehl fragen, sondern auch nach Strom. Wie die Abrechnung zwischen den Nachbarn funktionieren kann, lasse ich jetzt mal offen. Vielleicht gibt es so etwas wie Guthaben- oder Schenkungskonten. Wer genau zu diesem Zeitpunkt noch nicht einmal das Geld hat, um Strom von seinem Nachbarn zu beziehen, der kann sein Fahrrad mit dem Energiewürfel verbinden und seinen Stromspeicher durch strampeln, sprich selbst erzeugter Energie, wieder mit etwas Energie aufladen. Vielleicht reicht es ja zum Kochen und/oder für das Licht am Abend. Für eine Viertelstunde kochen müsste man zum jetzigen Zeitpunkt etwa 100 km und für eine Stunde Fernsehen etwa 27 km mit dem Rad fahren.

Der Energiewürfel hat aber noch weitere Vorteile. Er kann tagesaktuelle Berichte über den Verbrauch erstellen. Aus diesen geht unter anderem hervor, welche Geräte sehr effizient sind und welche nicht. Er kann die gewonnenen Daten mit den Geräten aus anderen Haushalten vergleichen und zeigt so weiteres Einsparpotential auf. Er prognostiziert immer aktuell den voraussichtlichen Jahresverbrauch und gibt Warnungen aus, wenn Unregelmäßigkeiten auftauchen. Das Display zeigt den aktuellen Stromverbrauch und weist diesen den jeweiligen Geräten zu. Der Energiewürfel kann auch Geräte steuern und selbstständig an- und ausschalten (z.B. eine Waschmaschine). Der Energiewürfel hat eine gewisse Intelligenz und ist lernfähig. So schaltet er die Waschmaschine erst um 15 Uhr ein und nicht schon um 14 Uhr, da der Strompreis zwischen 14 und 15 Uhr meistens auf einem niedrigen Stand ist und nachdem dieser erreicht wurde, der Speicher erst einmal Energie einkauft. So kann ein Haushalt zusätzlich sparen. Ohne den Energiewürfel wird im Jahr 2050 überhaupt kein Haushalt mehr funktionieren.

 

First in – First out Prinzip

Die Stromentnahme aus den dezentral aufgestellten Speichern der Stadtwerke erfolgt fairerweise nach dem First in – First out Prinzip (FIFO). Dies mag heute nicht umsetzbar sein, im Jahr 2050 aber schon. Damit Betreiber mit einem geringen Stromanteil im Energiespeicher gegenüber Betreibern mit höheren Anteilen nicht benachteiligt werden, gibt es ein Quotensystem. Dieses regelt die Verteilung der Energie und erhöht so zusätzlich die Fairness. An die Energiespeicher wird nicht nur Strom übertragen (Stromleitungen), sondern zusätzlich auch Daten (Internet). Zeichnet sich ab, dass zu viel Strom in den Energiespeichern vorhanden ist – so dass der weiterhin eingespeiste Strom verworfen werden muss – so werden die Energiewürfel mit einem sehr geringen Ladezustand gezwungen, Strom zu speichern. Bevor der Strom verworfen werden muss, dienen die Energiewürfel als zusätzliche Stromspeicher. Sofern auch hier keine Kapazitäten mehr zur Verfügung stehen, müsste überschüssiger Strom gasförmig gespeichert werden. Fairerweise muss ich anmerken, dass die Idee der gasförmigen Speicherung nicht von mir stammt, sondern von Christian Höhle.

Christian Höhle merkt weiter an, dass überschüssiger Strom im Sommer (der nicht mehr in die Energiewürfel oder die Energiespeicher der Stadtwerke aufgenommen werden kann) gasförmig gespeichert, während im Winter durch BHKWs in jedem Haushalt gleichzeitig Strom und Wärme daraus erzeugt werden kann. Da 2050 viel mehr erneuerbare Energien installiert sind, als in Form von Strom verbraucht werden kann – und die Spritpreise voraussichtlich nicht wieder sinken – wird Benzin, Diesel und Heizöl dann vollständig durch EE-Gas verdrängt (sehr geringe Gaspreise durch massive Überkapazität an EE). Die Forschungen der Technik Power-to-Gas sind bereits jetzt schon im vollen Gange.

Dass Stadtwerke zukünftig auch gleichzeitig IT-Unternehmen sind wird dadurch deutlich, da die Energiewürfel, Energiespeicher und EE-Anlagen durch die Vernetzung untereinander anfällig für Angriffe und Manipulationen sein können.

 

Der wirtschaftliche Kreislauf

Der Betreiber einer EE-Anlage transferiert seinen überschüssigen Strom in die Stromspeicher der Stadtwerke. Der Energiewürfel des jeweiligen Verbrauchers fordert Strom aus dem Speicher an und erhält diesen zu einem variierenden Preis, der sich aus Angebot und Nachfrage zusammensetzt. Dadurch, dass die Energiespeicher miteinander vernetzt sind, lässt sich der Bezugspreis immer aktuell berechnen. Der Haushalt bekommt immer dann eine Rechnung von den Stadtwerken, nachdem der Strom geordert wurde. Sobald Strom aus den Speichern entnommen wurde, erhält der EE-Anlagenbetreiber einen prozentualen Anteil, sagen wir 80 Prozent vom Verkaufspreis. Die Stadtwerke behalten eine Vermittlungsprovision in Höhe von 10 Prozent. Der Rest sind die Steuern, die an den Staat abgeführt werden. Der Betreiber einer EE-Anlage muss seinen Strom nicht an die Stadtwerke abgeben. Er kann selbst Speicher betreiben die anderen Verbrauchern ermöglichen, dort Strom zu erwerben. Das erhöht den Wettbewerb untereinander und Strom kann so nicht teurer werden.

Der Betreiber einer EE-Anlage muss für die Investition und laufenden Kosten der Anlage selbst aufkommen, denn Zuschüsse, Subventionen oder sonstige Förderungen werden im Jahr 2050 schon lange nicht mehr angeboten. Die Anlage finanziert sich erstens durch den Verkauf des Stroms selbst und zweitens, profitiert der Betreiber durch die Ersparnis der eigenen Stromkosten. Es fallen schließlich für den Eigenverbrauch keine Strombezugskosten an. Die Energiespeicher hingegen werden vom Staat und den Stadtwerken finanziert. Der Staat erhält Einnahmen durch auf den Strompreis erhobene Steuern und die Stadtwerke finanzieren sich über Vermittlungsprovisionen.

Auf Grund der Vernetzung untereinander ist der Ausfall eines Energiespeichers nicht tragisch, denn durch die Vielzahl an bestehenden Energiespeichern ist eine gewisse Redundanz gewährleistet. Zudem lassen sich Defekte bei diesen Systemen durch Plug-and-Play Komponenten sehr schnell beheben.

 

Sieht so unser Stromnetz und die Stromversorgung der Zukunft aus oder ist es nur ein netter Gedanke?

Sicherlich kann diese Vision nicht 1:1 umgesetzt werden. Dazu sind weitere Anstrengungen und Überlegungen notwendig. Auch konnte dieser Artikel in keiner Weise vollständig zu Ende gedacht werden, denn als Nicht-Techniker – ich bin Kaufmann – ist diese Vision mit großer Sicherheit aus technischer Sicht völlig unausgereift. Zudem sind mir beim Schreiben dieses Artikels noch so viele weitere Ideen gekommen, dass es einfach unmöglich war, diese alle berücksichtigen zu können. Meine Vision soll daher lediglich aufzeigen, wo die Reise hingehen kann. Ob nur ein Bruchteil des geschriebenen eintritt oder gar die komplette Vision Wirklichkeit wird, dass sehen wir in 38 Jahren.

 

Mit diesem Beitrag von Michael Ziegler starten wir eine Serie zu verschiedenen Zukunftsthemen. Vielen Dank, Michael, für diesen interessanten Aufschlag.
 
 
 
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5 Kommentare
  1. Georg Westermann sagte:

    Sehr interessante Darstellung einer Vision. Ich kann mir aber nicht vorstellen, dass der Staat bereit ist, in Energiespeicher dieser Größenordnung zu investieren. Auf der anderen Seite kann ich mir auch nicht vorstellen, dass eine totale Vernetzung aus datenschutzrechtlichen Gründen möglich sein wird. Aus meiner Sicht hat dieser Artikel interessante Ansatzpunkte, deren Umsetzung erprobt werden müsste!

    G. Westermann

    Antworten
  2. Christian Höhle
    Christian Höhle sagte:

    Hallo Michael,

    zuerst einmal freue ich mich über die Quellenangabe der Bruchstücke, die ich beigesteuert habe – Danke 🙂

    Eine sehr spannende Vision beschreibst Du hier, die ich in vielen Punkten teile! Besonders spannend finde ich, dass diese Vision gar nicht so weit weg ist, wie man zunächst vielleicht glaubt.

    Dein Energiewürfel existiert in großen Teilen heute schon, besitzt aber eine etwas andere Form 😉 Der Energiewürfel lernt, was um ihn herum passiert, und handelt entsprechend. Genau das tut auch unser Sunny Home Manager. Er erlernt den Verbrauch des Haushalts und sorgt wie in Deiner Vision beschrieben dafür, dass z.B. die Waschmaschine erst dann gestartet wird, wenn Mittags das Kochen beendet ist und der Batteriespeicher in Form eines Sunny Backup Systems voll ist.

    Noch sinnvoller wird das ganze, wenn unsere Energieversorger wirklich einmal variable Stromtarife einführen, die sich auch untertägig ändern können.

    Ich betreibe übrigens zu Hause schon heute einen Energiewürfel. Er hat 10m x 7m Kantenlänge, eine PV-Anlage auf dem Dach, einen 6,5kWh Batteriespeicher im Keller und ermöglicht mir schon heute, günstigen PV-Strom vom Dach in die Batterien einzulagern und den Strom dann zu nutzen, wenn keine PV zur Verfügung steht. Meine Haushaltsgeräte nutzen automatisch den günstigsten Strom (in diesem Fall PV-Strom), sodass kaum noch Netzbezug entsteht – und das ohne viel Zutun meinerseits. Positiver Nebeneffekt: Meine PV-Anlage mit 9,36kWp liefert an einem guten Sonnentag etwa 60-70kWh. Wenn diese Anlage 10-15kWh liefert, reicht das bereits, um für diesen Tag autark zu sein. Das ist an den allermeisten Tagen im Sommerhalbjahr so.

    Damit die Haushaltsgeräte sich der Erzeugung anpassen können, ist übrigens kein neuer Gerätepark nötig – der Home Manager kann schon heute große Teile des existierenden Gerätebestandes durch unseren intelligenten Zwischenstecker, die SMA Funksteckdose, automatisieren.

    In diesem Sinne: Die Zukunft startet heute 🙂

    Sonnige Grüße,
    Christian

    Antworten
    • Michael Ziegler sagte:

      Hallo Christian,

      vielen Dank für deinen Kommentar. Freut mich, dass du schon einen Energiewürfel dein Eigen nennen kannst, auch wenn dieser im Vergleich zu meinem Würfel in der Vision noch überdimensional groß ist. Ich weiß, du meinst deine PV-Anlage 😉

      Dennoch ist heute schon vieles möglich. Im Moment ist es aber ganz klar eine Kosten- und vor allem Platzfrage. Ich freue mich schon darauf, dass Energiewürfel zu Massenprodukten werden und der Technologiefortschritt es ermöglicht, dass die Frage nach dem Platz und dem Preis nur noch eine Nebensache ist.

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  3. Cornelia Daniel sagte:

    Super Michael! Bevor ich mir meine PV-Anlage gekauft habe, hatte ich immer dieses komische Bild im Kopf, wo sich Leute mit „Kanistern“, Stromwürfeln oder was auch immer bei mir um Strom anstellen. Ich hoffe nicht, dass es wirklich so weit kommen wird, aber solange es so friedlich verläuft wie Milch oder Eier auszuborgen, könnte das sogar ein schönes Bild sein.

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  4. Sylvia Steigerwald sagte:

    Ich finde die Vision von Herrn Ziegler äußerst spannend. Ich könnte mit vorstellen bei einem Engpaß meinen Nachbarn mit Strom auszuhelfen. Zudem gefällt mir die hoffentlich eintreffende Tatsache, dass es 2050 keine fossilen Kraftwerke, geschweige denn Atomkraftwerke mehr geben wird. Den viel beschriebenen Blackout sollte es durch diese Vernetzung und Technik dann auch nicht geben, oder?

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