Sonntag, 18. Juni 2017

Wirbelnde Energie

Sich mit Energie zu beschäftigen bedeutet sich Potentialen zu widmen. Potentiale werden unter dem Aspekt der Fähigkeit Arbeit zu verrichten betrachtet. Dabei resultieren Potentiale sowohl aus statischen Ursachen sowie aus dynamischen Prozessen verschiedenster Energieträger.

Obwohl Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann (Energieerhaltungssatz), befindet sich das, was wir Energie nennen, in einem stetigen Umwandlungsprozess. Energieflüsse entstehen beispielsweise zwischen heißen und kalten, von konzentrierten zu zerstreuten Zuständen, zwischen positiven und negativen Ladungsansammlungen oder in Magnetfeldern. Um Energie zu nutzen, suchen wir also die Unterschiede zwischen Zuständen - die Potentialunterschiede als Differenzen.

Die Physiker reduzierten verschiedenste Potentiale und daraus resultierende Energieflüsse auf wenige Grundursachen, die elektrische und magnetische Felder, schwache und starke Kernkräfte sowie die Gravitation umfassen. Auf der Suche nach der Kernursache gelang die Vereinigung der elektrischen und magnetischen Energie zur elektromagnetischen Energie. Bei hohen Energien und kleinen Abständen folgte die Vereinigung zur elektroschwachen Kraft. Im heutigen Standardmodell der Teilchenphysik gelang auch die Verbindung mit der starken Wechselwirkung der Atomkerne. Die Gravitation entzieht sich aber bis heute der Vereinigung. Moderne Spekulationen der theoretischen Physik vermuten noch weitere Energiepotentiale, die unter der fünften Kraft begrifflich zusammengefasst werden. Grundsätzlich besteht kein Grund, die Suche zu stoppen. Nur fünf Prozent des Universums können wir heute erschöpfend erklären. Zu weiteren 25 Prozent unter dem Begriff der dunklen Materie haben die Physiker nur eine dunkle Ahnung sowie bezüglich der restlichen 70 Prozent mit dem Label dunkle Energie besitzen die Wissenschaftler keinerlei Erkenntnis. Auf Basis dieses Umfanges an Nichtwissen zu Beginn des dritten Jahrtausends nach fünf Jahrhunderten moderner Physik seit der Aufklärung verbleibt noch viel unentdeckter Raum für Energiepotentiale.

Unabhängig vom aktuellen Stand der Erkenntnis oder der zugehörigen Theorien verbleibt die Frage, ob abseits der abzulösenden fossilen und nuklearen Energieträger sowie der nachhaltigen Energiequellen Sonne, Wind, Wasser und Erdwärme weitere, heute noch nicht erschlossene Energiepotentiale der Nutzung zugeführt werden können. Vielfältige Ansätze werden erforscht und bezüglich ihrer technischen Nutzbarkeit untersucht.


Um sich diesen Möglichkeiten anzunähern, betrachten wir nachfolgend ein Potential im Sinne der Fähigkeit, Arbeit zu verrichten und damit Energie zu gewinnen. Zur Veranschaulichung des Potentialbegriffes wird die Gravitation genutzt. Eine Masse M ist von einem Gravitationsfeld umgeben. In einer bestimmten Entfernung zum Zentrum dieser Masse besteht ein Gravitationspotential. Das Gravitationspotential wird mit zunehmender Entfernung zur Masse kleiner. Jeder Punkt des umgebenen Raumes besitzt in Abhängigkeit vom Abstand zur Masse eine bestimmte Potentialstärke. Alle Punkte beschreiben zusammen ein Skalarfeld der Gravitation, also eine Verteilung von Potentialstärken im Raum um die Masse.

Die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, drückt sich dadurch aus, eine sich in diesem Feld befindliche zweite Masse m mittels Kraftwirkung beschleunigen zu können. Voraussetzung hierfür ist die Ausnutzung einer Gravitationsfeldstärke größer Null. Was meinen wir nun hiermit? Ein Gravitationspotential allein reicht nicht aus, um Arbeit zu verrichten. Falls das Potential auf dem Weg zwischen zwei Orten gleich hoch ist, wird keine Arbeit verrichtet. Notwendig ist ein Potentialunterschied entlang der Wegstrecke. Die Änderung des Potentials je Wegstrecke ist Ausdruck der Feldstärke, die in Richtung des Potentialunterschiedes als Vektor zeigt – ein Pfeil, dessen Spitze die Wirkungsrichtung und dessen Länge die Feldstärke angibt. Die Summe aller Potentialunterschiede bildet somit ein Vektorfeld. Die auf die Masse ausgeübte Kraft wird durch das Produkt von Masse m und Feldstärke gebildet, wobei die Feldstärke eines Gravitationsfeldes ein sogenanntes Beschleunigungsfeld bildet. Ist die Änderung des Potentials gleich Null beträgt die Feldstärke des Beschleunigungsfeldes ebenso Null. Damit wirkt keine Kraft auf die Masse, womit sich deren Geschwindigkeit nicht verändert und keine Arbeit verrichtet wird. Im Falle einer Potentialdifferenz entlang des Weges führt die resultierende Feldstärke zur Kraftwirkung auf die Masse und damit zur Beschleunigung. Mit der Kraftwirkung auf die Masse entlang des durchlaufenden Weges wird Arbeit verrichtet, womit die Bewegungsenergie der Masse m zunimmt.

Umso größer der Potentialunterschied bezogen auf die Wegstrecke, desto größer ist die Feldstärke und damit die beschleunigende Wirkung auf eine Masse m, die diese Wegstrecke durchläuft. Die Zunahme an kinetischer Energie ist aber mit dem maximal zu durchlaufenen Weg, der durch den Abstand zwischen der das Gravitationsfeld bewirkenden Masse M und der darin beschleunigten Masse m gegeben ist, begrenzt. Das Gravitationsfeld besitzt also mit dem Schwerpunkt der Masse M eine Quelle. Die Feldlinien starten an einem Ursprung, wodurch die Dauer der Beschleunigung und somit der Energiegewinn begrenzt ist. Analog zum Gravitationsfeld einer Masse können die Wirkungen des elektrostatischen Feldes eines geladenen Körpers beschrieben werden. Zur Verrichtung von Arbeit werden ebenso Differenzen im elektrostatischen Potential entlang des durchlaufenen Weges genutzt. Auch in diesem Fall besitzen auf Basis der Potentialunterschiede entstehende Felder einen Ursprung.


Wir betrachten nun eine Form ursprungsloser Felder, sogenannte quellfreie Wirbelfelder.

Falls im oben beschriebenen Fall eines Gravitationsfeldes die Masse M als Quelle durch eine weitere Masse m im konstanten Abstand r umkreist wird, ändert sich das Gravitationspotential nicht. Die Rotationsfeldstärke ist in diesem Falle gleich Null. Wenn ein Satellit die Erde auf einer kreisförmigen Bahn umfliegt, wird keine Arbeit verrichtet. Physiker nennen derartige Felder auch konservative Felder. Ein Energiegewinn für den Satelliten erfolgt nur im Falle des Absturzes, also beim Durchlaufen von Punkten mit unterschiedlichen Gravitationspotentialen in Richtung der Quelle. Die analoge Betrachtung gilt auch für elektrostatische Felder, bei denen Potentialunterschiede in Richtung der das elektrische Feld verursachenden Quelle bestehen. Auf der Kreisbahn um die Quelle wird aufgrund fehlender Unterschiede keine Arbeit verrichtet.

Im Gegensatz zum elektrischen Feld besitzen magnetische Felder keine Quelle. Die Feldlinien eines Magnetfeldes sind stets geschlossen und damit ohne Potentialunterschiede. Auf dem Weg entlang der magnetischen Feldlinien wird keine Arbeit verrichtet.

Anders stellt sich die Situation bei der Kopplung von elektrischen und magnetischen Feldern dar. Bewegt sich eine Ladung durch ein magnetisches Feld senkrecht zu den Feldlinien, wirkt eine Kraft auf die Ladung, die sie seitwärts zur Bewegungsrichtung ablenkt und auf einer Kreisbahn beschleunigt. Diese sogenannte nicht-konservative Kraft verrichtet längs eines geschlossenen Weges Arbeit, und zwar umso mehr, je länger der dabei zurückgelegte Weg ist. Da im Beispiel die Beschleunigung und damit die Verrichtung von Arbeit auf einer Kreisbahn erfolgt, wird das verursachende Feld ohne Quelle auch Wirbelfeld genannt.

Das Wirbelfeld resultiert aus der Kopplung von elektrostatischen und magnetischen Feldern, wofür der Begriff Elektromagnetismus steht. Die Ladung erfährt auf der Kreisbahn im Wirbelfeld eine permanente Beschleunigung. An einer Ladung, die sich in Richtung des Wirbels bewegt, wird Arbeit verrichtet und ihre Geschwindigkeit steigt, solange die Ladung auf der Kreisbahn verbleibt, permanent weiter, da es keine die Bewegung begrenzende Quelle oder Senke gibt. Da es aber keine statischen Wirbelfelder gibt, muss ständig elektromagnetische Energie zugeführt werden. Limitierend für die Endgeschwindigkeit der Ladung wirken einerseits technische Gegebenheiten, aber anderseits natürlich auch die physikalische Grenze der Lichtgeschwindigkeit.


Wie schon angesprochen, ist zu beachten, dass weder elektrostatische Felder noch statische Magnetfelder Wirbelfelder erzeugen. Solange also elektrische und magnetische Energie bezüglich ihrer Potentiale getrennt betrachtet wurden, blieb die technische Nutzung bis 1830 noch eine Anwendungsnische. Mit der nachfolgenden Untersuchung der Kopplung im Elektromagnetismus begann der Siegeszug einer neuen Technologie, die insbesondere Nikola Tesla mit der Erfindung des Elektromotors, der Untersuchung der elektromagnetischen Strahlung sowie der drahtlosen Energieübertragung als Grundlage der Radiotechnik vorantrieb. Die theoretischen Grundlagen konzipierte der schottische Physiker James Clerk Maxwell im Jahre 1864. Die grundlegende Theorie der klassischen Elektrodynamik in Form der Maxwell-Gleichungen verband Effekte ruhender und bewegter Ladungen sowie deren Felder zur Beschreibung elektromagnetischer Phänomene. Aus diesen Gesetzmäßigkeiten folgerte Maxwell die Existenz der elektromagnetischen Wellen. [Wikipedia. Abgerufen am 06.06.2017.
https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Maxwell-Gleichungen&oldid=164927226]

Die Potentiale elektromagnetischer Energie basieren auf der nachfolgend skizzierten Kopplung elektrischer und magnetischer Energie. Elektrische Wechselfelder im Beisein eines magnetischen Feldes, wobei die Energieflussrichtungen der beiden Felder senkrecht aufeinander stehen, bewirken wiederum im rechten Winkel zu beiden Feldern die Bewegung eines elektrischen Leiters. Darin besteht der Funktionsmechanismus eines Elektromotors. Alternativ wird durch einen bewegten Leiter im Beisein eines in senkrechter Richtung zum Leiter befindlichen Magnetfeldes ein elektrisches Feld erzeugt, wobei dieser Mechanismus im Stromgenerator seine technische Anwendung findet.

Die Maxwellschen Gleichungen liefern die physikalische Beschreibung, indem sie Wirbelfelder als Mechanismus offenbaren. Erstens umfassen die Gleichungen Gesetze zu elektrischen und magnetischen Feldern. Sie umfassen aber zweitens das Induktionsgesetz, das Änderungen der magnetischen Flussdichte mit der Erzeugung eines elektrischen Wirbelfeldes in senkrechter Richtung zum Magnetfeld verbindet. Veränderungen elektrischer Ströme führen wiederum zu einem magnetischen Wirbelfeld ebenso in senkrechter Richtung.


Soweit so gut. Die Maxwellschen Gleichungen sind Grundlage unseres elektrischen Energiesystems sowie Antrieb des weltweiten Wirtschaftssystems. Erstaunlich ist etwas Anderes.

Wie oben schon ausgeführt, sprechen wir in der Physik von der vereinigten elektromagnetischen Wechselwirkung, der schwachen und der starken Wechselwirkung sowie der Gravitation. Die theoretisch umgesetzte Vereinigung der elektromagnetischen mit schwacher und starker Wechselwirkung betrachten wir hier nicht weiter. Eine Vereinigung mit der Gravitation ist trotz jahrzehntelanger Anstrengungen und verschiedener Ansätze seit Albert Einstein noch nicht gelungen.

Gleichzeitig gibt es aber seit Mitte des 20. Jahrhunderts Indizien aus experimentellen Versuchen und ersten praktischen Aufbauten, dass eine Kopplung von Energieflüssen zwischen magnetischen Feldern und dem Gravitationsfeld sowie aber auch zwischen elektrischen Feldern und dem Gravitationsfeld zu vermuten ist. Nun besitzen wir keine Theorien, die die Kopplung zwischen elektrostatischen oder magnetischen Feldern mit der Gravitation beschreiben. Über die Beteiligung von Wirbelfeldern können wir hier nur spekulieren.

Da hier nicht auf die umfangreichen experimentellen Ansätze eingegangen werden kann, unterbleiben vorerst weitere Betrachtungen zur Kopplung dieser Felder.


Aber interessant wären doch derartige Betrachtungen, oder?
Schaut man hinter die Kulissen, lassen sich vielfältige, mutige Akteure finden. Der Elektromagnetismus wurde zuerst experimentell untersucht und später auf Basis dieser Ergebnisse theoretisch durch Maxwell beschrieben. Wir sollten also nicht den technisch Begabten mit dem heutigen Stand der Wissenschaft arrogant gegenübertreten, sondern ihren Mut befördern. Die für jeden überall und jederzeit verfügbare Energie sollte es wert sein.


Andreas Kießling
Wirbelnde Energie

Dienstag, 9. Mai 2017

Land der Mythen oder der Chancen

Öffentlicher Brief

Sehr geehrter Herr Dr. Peters,

mit diesem öffentlichen Brief soll ein Beitrag zur aufgeworfenen Diskussion um Mythen der Energiepolitik geleistet werden. Um den offenen Blick auf den hier abgegebenen kontroversen Beitrag zu ermöglichen, möchte ich zuerst betonen, dass zwar einige im Rahmen ihrer Kolumne abgegebenen Aussagen in Frage gestellt, aber gleichzeitig wichtige Denkanstöße für einen erweiterten Blick auf Energiepolitik aufgenommen werden.
Zu Beginn gebe ich das Bekenntnis ab, im Leben auch Opfer verschiedener Mythen gewesen zu sein. Dazu gehört als Ostdeutscher der frühere Glaube an die Gesellschaftsordnung, in der wir aufwuchsen. Doch wir mussten erkennen, dass Zentralismus zu mangelnder Entwicklungsfähigkeit, Starrheit und letztendlich zum Systemzusammenbruch führt. Ich werde darauf im Zusammenhang mit der Diskussion um die Vorteile eines dezentralen Energiesystems zurückkommen.  Zu den Mythen gehörte auch der Glaube an die Kernenergie als billige, saubere und überall verfügbare Energieform. Dieser Glaube war der eigentliche Beweggrund, warum ich den Traumberuf des Physikers wählte. Die Diplomarbeit verteidigte ich im Juni 1986, zwei Monate nach der Katastrophe von Tschernobyl, womit ein Umdenkprozess begann. Letztendlich ist es auch ein Mythos, dass die Menschheit zu den Sternen fliegen muss. Aber wir nehmen uns dieser Herausforderung an, weil uns das Unbekannte reizt, die Suche nach dem Neuen uns zum Menschen macht und weil dies möglicherweise unser langfristiges Überleben sichert. Hier stellt sich die Frage, ob Mythen grundsätzlich mit einem behaupteten Wahrheitsgehalt verbunden sind, der bekämpft werden muss. Teilweise hinterlassen ihre Artikel unter der Überschrift „Mythen der Energiepolitik“ diesen Eindruck. Wir wissen nicht, ob der Weg zu den Sternen für die Menschheit erfolgreich ist. Aber ich denke, einig kann man sich in der Sicht sein, dass ohne den Weg zu den Sternen, die zeitliche Dauer der Existenz der Menschheit begrenzter ist, als wenn wir uns im Weltraum diversifizieren, neue Ressourcen finden und neue Entwicklungsanreize erfahren. Außerdem können Mythen anregend sein, um zu träumen, neue Wege zu suchen und neue Erfahrungen zu machen. Wenn aber der Mythos zum Dogma wird, lauert die Gefahr der Erstarrung. Bewegungslosigkeit behindert dann Entwicklung und diese Gefahr birgt sicherlich auch Energiepolitik. Eine gute Lösung bedeutet nie, dass es zukünftig nicht neue Lösungen gibt. Es gilt Offenheit zu bewahren. Bei allen nachfolgenden Kritikpunkten bezüglich ihrer negativen Beurteilungen zur Solar- und Windenergie sowie dezentraler Ansätze befördere ich gern ihre Forderung nach Offenheit für zukünftige technologische Entwicklungen, um neue Chancen zukünftigen Generationen nicht zu verbauen und den Weg zu den Sternen zu bereiten.
Im Rahmen dieser Sichtweise werde ich mich nachfolgend mit einigen ihrer Ausführungen auseinandersetzen, um dann aber auch Brücken für eine offenere Sichtweise auf Energiesysteme der Zukunft zu bauen.

Dezentrale Architektur des Energiesystems
Nachfolgende Ausführungen haben das Ziel, kritischen Sichten auf dezentrale Ansätze für das Energiesystem der Zukunft alternative Überlegungen gegenüberzustellen. Ihre Ausführungen verbreiten sie im Namen des Deutschen Arbeitgeber Verbandes e.V., der sicherlich nicht die Sicht der Mehrheit deutscher Arbeitgeberverbände sowie des Dachverbandes widerspiegelt. Bezüglich einer derartigen Vereinigung ist aber mit hoher Sicherheit, davon auszugehen, dass die Erweiterung wirtschaftlicher Chancen im Interesse einer solchen Organisation ist und insofern sich die Abwägung zwischen zentralen und dezentralen Ansätzen der Wirtschaftlichkeit als Zielrichtung widmen sollte.
Unbestritten sind die Herausforderungen bei der Gestaltung des Energiesystems sehr vielfältig und komplex, was die Suche nach einem gemeinsamen Vorgehen in der Energiepolitik schwierig gestaltet. Oft verfehlen die Diskussionen um Erneuerbare Energien und die Dezentralisierung des Energiesystems aber die wirkliche Stärke der Erneuerbaren. Bei genauer Betrachtung geht es oft nur um den Erhalt vergangener Wertschöpfungsprozesse und es werden die Möglichkeiten neuer und vielfältig erweiterter Wertschöpfung im Umfeld quasi unbegrenzt und überall vorhandener Ressourcen übersehen. Der Systemumbau bietet bei offener Sichtweise auf das gesellschaftliche Gesamtsystem höchste Chancen für neues ökonomisches Wachstum mit zusätzlichen Möglichkeiten für Unternehmen, Menschen, Kommunen und Regionen sowie für die Stärkung Deutschlands im internationalen Kontext. Diese Chancen beweisen, dass Wachstum und Schonung des natürlichen Kapitals der Erde kein Gegensatz sind.
Dabei gilt es natürlich, das europäische Verbundsystem zu sichern, da es mit seinen ausgleichenden Effekten dazu beiträgt, die Versorgungssicherheit in Europa auf einem sehr hohen Stand zu halten. Aber ein Gesamtsystem als Verbund vielfältiger dezentraler Systeme schafft einerseits Möglichkeiten der Selbstgestaltung in Kommunen und Regionen und erhöht Akzeptanz durch subsidiäres Handeln, aber wird anderseits dem auch von der EU-Kommission ausgegebenen Anspruch zur Entwicklung eines wettbewerblicheren Energiesystems gerecht.
Subsidiarität und Verbundenheit führen zum Vorschlag eines Energiesystems mit regionalen Erzeugungs-, Speicherung- und Ausgleichmechanismen im Verbund von Strom, Gas (inklusive neuer Wasserstoffinfrastrukturen), Wärme und Mobilitätskonzepten sowie der Abstimmung zwischen regionalen Interessen, gesamtstaatlichen Anforderungen und europäischen Ansprüchen in umfassenden Verbundnetzen. Ein gemeinsames Energiesystem in Europa wird nur dann weiterhin erfolgreich sein, wenn es gelingt, die Vielfalt der wirtschaftlichen Chancen zu entwickeln, lokales und regionales Handeln zuzulassen sowie dabei den Rahmen zu schaffen, dass globales Denken für alle Akteure interessant bleibt und zur Verbundenheit führt.
Die Umgestaltung des Energiesystems erfolgt auf dieser Basis auch in bedeutenden Maße von unten nach oben, wobei hier im förderalen System Deutschlands die Landkreise und die Bundesländer eine entscheidende Rolle spielen. Ein nur aus zentraler Sicht festgelegtes, starres System führt zu keiner Akzeptanz und verhindert Partizipation breiter Interessengruppen zu Gunsten weniger Akteure. Die Chance für neue Arbeitsplätze in Europa sowie für neue Wertschöpfung in den Regionen besteht in der Vielfalt.
Es ist also im Kern die Fragestellung zu beantworten ist, wo die Energiewende stattfindet. Mit dem breiten Engagement für die Energiewende und der damit verbundenen hohen Zustimmungsrate bei der Bevölkerung hat Deutschland die einmalige Gelegenheit, weltweit Impulsgeber für den notwendigen Umbau des Energiesystems zu sein. Mit den wirtschaftlichen Möglichkeiten einer hohen Beteiligung erhöht sich auch die Diversifizierung der Energieangebote als Mittel der Versorgungssicherheit gegenüber zentralen, angreifbaren Systemen.
Zunehmend erkennen die Kommunen die Chancen regionaler Wertschöpfung und treiben die Planung und den Umbau regionaler Energiesysteme voran. Die Kommunen und Kreise erlangen damit zunehmend autonome Gestaltungsfreiheit im Planungshandeln zurück. Dezentrale Energien aktivieren neues Kapital und befördern neues ökonomisches Wirken. Dieses neue Wirken gestaltet wiederum auf neue Weise das Zusammenleben in den Städten und Regionen der Zukunft.

Quellen des Energiesystems
Die unter dem Label des Deutschen Arbeitgeber Verbandes herausgegebenen Artikel beschäftigen sich damit, sogenannte Mythen zur Energiepolitik zu offenbaren. Dabei macht sich der Eindruck breit, dass die Notwendigkeit des Ausbaus Erneuerbarer Energien bestritten wird und am bisherigen Energiesystem mit fossilen Energieträgern und Kernenergie festgehalten werden soll. Beim Versuch die dortigen Ausführungen nachzuvollziehen, fehlt mir das Verständnis für die damit verbundene Zielstellung aus dem Blickwinkel eines Arbeitgeberverbandes. Meinen ursprünglichen Beruf als Kernphysiker – spezialisiert in Kerntechnik und Kernenergetik - sowie als ehemaliger Entwickler kernphysikalischer Messtechnik erwähnte ich schon. Auf Basis dieser Herkunft kann versichert werden, dass der Bau und Betrieb von Kernkraftwerken sicherlich weniger Arbeitsplätze bereitstellt als Bau, Wartung und Energiedienstleistungen rund um erneuerbare Energieanlagen mit gleichem Energieoutput, die noch dazu in einem dezentralen System vielfältig errichtet werden. Inzwischen stellte das World Economic Forum fest, dass der sogenannte „Umkipppunkt“ bei Erneuerbaren Energien bezüglich deren Wirtschaftlichkeit erreicht ist und der weitere Ausbau weltweit als lohnendes Investment erfolgt. Auch im Bereich der fossilen Energiewirtschaft ist dies den Verantwortlichen bereits heute klar. Insofern haben soeben die großen Energieunternehmen der USA gemeinsam Präsident Trump aufgerufen, nicht aus dem Pariser Klimaabkommen auszusteigen, da sie selbst an den zukünftigen Chancen des neuen Energiesystems beteiligt sein wollen. In Deutschland schaffen Unternehmen im Umfeld Erneuerbarer Energien längst mehr Arbeitsplätze als die hoch automatisierten Kohleförderstätten und Kohlekraftwerke.
Aus dem Blickwinkel der Wirtschaftlichkeit und der Chancen neuer Geschäftsmodelle sowie der Möglichkeiten zur Schaffung neuer Arbeitsplätze ist es also schwer nachvollziehbar, warum ein Arbeitgeberverband das Thema einer nachhaltigeren Energiewirtschaft so geringschätzt. Zu beachten ist schon, dass der Begriff Nachhaltigkeit teilweise inflationär eingesetzt wird. Im Kern bezeichnet dieses Wort das Handlungsprinzip zur Ressourcen-Nutzung, bei dem die Bewahrung der wesentlichen Eigenschaften, der Stabilität und der natürlichen Regenerationsfähigkeit des jeweiligen Systems im Vordergrund steht [Seite „Nachhaltigkeit“ (2017). In: Wikipedia]. Die Definition deutet darauf hin, dass Nachhaltigkeit eher Dynamik als Statik beschreibt. Die Entwicklung der Lebensräume und damit der darin eingebetteten Energiesysteme ist ein dynamischer Prozess der Veränderung, der die Systemwandlung beinhaltet. Der Erhalt des Lebens erfordert aber auch eine gewisse Stabilität des Systems und seiner wesentlichen Eigenschaften. Zur Entwicklung des Lebens werden die Systemressourcen der jeweiligen Lebensräume benötigt. Um die notwendige Stabilität des Systems zu sichern, ist zwingend dessen Regenerationsfähigkeit zu gewährleisten, die sich auf Grundlage interner Prozessgeschwindigkeiten aber auch auf Basis des Austausches mit der externen Systemumgebung durch Zuflüsse und Abflüsse ergibt. Dieses fragile Gleichgewicht eines metastabilen Systems wurde durch die übermäßige Nutzung unserer fossilen Ressourcen sowie der natürlichen Angebote unserer Lebensräume gestört. In diesem komplexen Umfeld bewegt sich der Kern der Nachhaltigkeitsdiskussionen. Die Frage besteht darin, wie weit kann das Potential der Vergangenheit ausgeschöpft werden, um die Zukunft unter Erhalt der wesentlichen Systemeigenschaften und unter Ausnutzung der Systemregeneration zu gestalten.
Der Begriff Nachhaltigkeit ist aber ebenso bei der Beurteilung des Einsatzes nuklearer Energiequellen zu verwenden. Zwar ist spaltbares Material langfristig vorhanden. Es findet bei stabilem Betrieb eines Kernkraftwerkes auch kein Ausstoß klimaschädlicher Gase statt. Das inakzeptable Restrisiko für eine radioaktive Katastrophe und die Probleme zur Beherrschung einer stabilen Lagerung von radioaktiven Reststoffen über Jahrhunderttausende widersprechen aber den Nachhaltigkeitsprinzipien zum Erhalt wesentlicher Eigenschaften und der natürlichen Regenerationsfähigkeit des Systems Erde. Hier stellt sich die Frage, wie weit das zukünftige System belastet wird und damit vorab ausgeschöpft werden kann, um wichtige Systemeigenschaften auch in der Zukunft vorzufinden.
Insofern ist die Nutzung fossiler Energieträger nicht per se in die Kategorie nicht nachhaltiger Prozesse einzuordnen. Menschliche Energiegewinnung basierte lange auf der Anwendung eigener Muskelkraft oder der von Tieren, um Bewegungsenergie zu erhalten. Die Muskelkraft beruht wiederum auf der in Pflanzen und Tieren gespeicherten chemischen Energie, die mit der Nahrung aufgenommen wird. Die Energiegewinnung aus der Nahrungskette ist dann solange nachhaltig, wie nicht mehr Leben genommen wird als neu entstehen kann.
Ebenso war die Gewinnung von Wärme für den menschlichen Bedarf beim Heizen und Kochen unter Nutzung organischer, pflanzlicher Rohstoffe, beispielsweise durch die Nutzung von Holz, solange nachhaltig, wie weniger Holz verbraucht wurde als zur gleichen Zeit nachwachsen konnte. Gleichzeitig bewirkte die ausgeglichene Nutzung zwischen Abbau und neuem Wachstum, dass der Kohlendioxid-Anteil in der Luft konstant blieb. Bei einer geringen Bevölkerungszahl auf der Erde konnte dies gewährleistet werden. Unter den Bedingungen des massiven Bevölkerungswachstums zeigt das heutige Schwinden von Waldflächen in Ostasien und in Südamerika nun, dass diese Form der Umwandlung von Energiearten nicht mehr nachhaltig ist. Heute nutzen wir die Ressourcen schneller als sie nachwachsen können und geben mehr Kohlendioxid in die Atmosphäre ab als neu gebunden wird. Die Eigenschaften des Systems Erde ändern sich damit massiv. Überlebensfähige Gesellschaften der Vergangenheit bewahrten die Ressourcen ihrer Umwelt. Bei Raubbau an den Ressourcen im Sinne nicht nachhaltiger Verwendung verschwand Schritt für Schritt die Lebensgrundlage der entsprechenden Gesellschaft und so endete die jeweilige erfolgreiche Entwicklung.
Doch auch schon vor der Periode der Industrialisierung mit intensiver Nutzung fossiler Energieträger nutzte die Menschheit Erneuerbare Energien. Schiffe fuhren mit Windkraft. Seit 2000 vor Christus wird Wasserenergie zum Antrieb mechanischer Einrichtungen genutzt. In der Mehlmühle arbeitete der Müller mit Windkraft. Schon 1500 vor Christus haben die Ägypter begonnen, Sonnenenergie zu nutzen. Zur Zeit des Pharaos Echnaton wurden mit Sonnenenergie die Tore eines Tempels morgens geöffnet und abends geschlossen, indem Sonnenkollektoren Wasser erwärmten und die mechanische Energie aus der Ausdehnung von Wasser gewonnen wurde. Vor der ersten industriellen Revolution bis in die Anfänge des 19. Jahrhunderts wurde die zur Produktion benötigte Energie vorrangig durch Wind- und Wasserkraft gewonnen. Schon 1790 erbrachten in Europa eine halbe Million Kleinwasserräder eine Leistung von ungefähr 1,65 Gigawatt Leistung.
Industrialisierung und der steil steigende Bedarf an Energie beförderten auf Basis der damals leicht erschließbaren Quellen Kohle und Öl sowie der Einführung der Nutzung des Wechselstroms zuerst das zentrale Energiesystem. Diese Veränderung während der ersten und zweiten industriellen Revolution beschleunigte die menschliche Entwicklung, reduzierte aber gleichzeitig die Innovationsfähigkeit der Energiewirtschaft. Die Kohle-, Gas- und Erdölnutzung machte über ein Jahrhundert alle Überlegungen bezüglich neuer Energieträger überflüssig. Der Energiehunger der Menschheit ab Mitte des 20. Jahrhunderts kostete das fossile Angebot extrem aus. Zusätzlich eroberte die Kernenergie ab den 1950-er Jahren die Welt. Das Nachdenken über andere Wege erschien bis in die 1970-er Jahre überflüssig.
Heute verändern diese Wege aber entscheidend die Systemeigenschaften der Erde, wobei noch dazu dieses Energiesystem nicht für alle Menschen bereitsteht. Zwischen eins und zwei Milliarden Menschen besitzen keinen Zugriff auf Strom. Erneuerbare Energien und Dezentralität setzten auch hier an, benötigten dabei aber eine längere Unterstützungsphase. Aber gerade nun, da sich Wirtschaftlichkeit entfaltet und der Systemwandel weltweit bevorsteht, greifen die Ausführungen zu Mythen der Energiepolitik unter dem Banner eines Arbeitgeberverbandes die Interessen der gestrigen Energiewirtschaft auf und vergessen die Chancen des Systemwandels.

Effektivität und Effizienz
Richtig ist, dass die deutsche Energiepolitik zu lange von der Konzentration auf den Umbau des Stromsystems geprägt war. Wärme macht rund 50 Prozent am Endenergieverbrauch aus. Weitere 28 Prozent des gesamten Endenergiebedarfes werden im Verkehrssektor eingesetzt. Zusätzlich entstehen aufgrund der hohen Schwankungsbreite des Angebotes an Erneuerbarer Energie mit den Quellen Wind und Sonne hohe Bedarfe an Speicherkapazitäten. Um unter diesen Bedingungen den Umbau zum erneuerbaren Energiesystem in wenigen Jahrzehnten zu vollziehen, ergeben sich die resultierenden gesellschaftlichen Ziele zur Erhöhung der Energieeffizienz.
Die Erfahrungen der Vergangenheit zeigen uns, dass Wachstum immer mit der Steigerung des Energieverbrauches verbunden war. Heute zeigen sich erste Indizien, dass Wachstum auch mit weniger Ressourceneinsatz erzielt werden kann. Trotzdem lassen sich aufgrund der beschleunigten Entwicklung neuer Technologien nur sehr schwer Zukunftsprognosen abgeben. Neue Technologien wie Nano- und Biotechnologien, neue Materialien, 3D-Druck, usw. generieren Wachstum ohne Steigerung des Energieverbrauches. Nicht auszuschließen sind Technologien mit deutlich höheren Energieeinsatz. Aber gerade im Hinblick auf die Unsicherheit der Prognostizierung des zukünftigen Energiebedarfes sollte im Umfeld eines noch nicht vollständig nachhaltigen Energiesystems der Energieeffizienzsteigerung hohe Aufmerksamkeit gewidmet werden. Aus Sicht eines Arbeitgeberverbandes ist dabei in Betracht zu ziehen, das Fortschritte bei energieeffizienten Technologien neue Chancen für Unternehmen generieren.
Mit dieser Darstellung ist zu erkennen, dass die Verbindung von Erneuerbaren Energien zur Gestaltung nachhaltiger Energiekreisläufe und Energieeffizienz nicht immer zwingend ist, da eventuell ein höherer Durchsatz von Energie in Kreisläufen auf nachhaltige Weise erzielt werden kann und damit Effizienz keine Rolle spielt. Unter Betrachtung der globalen Herausforderung, den Weg der fossilen Energiegewinnung in diesem Jahrhundert zu verlassen, den wachsenden Energiehunger einer sich vergrößernden Menschheit im Prozess der Urbanisierung und Modernisierung zu befriedigen und gleichzeitig die Konversion des Energiesystems zu Erneuerbaren Energien erfolgreich zu gestalten, wird aber schnell klar, dass die deutliche Erhöhung der Energieeffizienz ein unverzichtbares Begleitmittel im globalen Maßstab der Systementwicklung bleibt.
Bei lokaler oder regionaler Betrachtung geschlossener Energiekreisläufe, die teilweise schon in naher Zukunft auf 100 Prozent Erneuerbaren Energien basieren können, ergeben sich aber auch andere Aspekte. Gebäude, Gebäudekomplexe oder Städte entwickeln sich zu lokalen Lebensräumen mit Überschüssen an Erneuerbaren Energien zu bestimmten Zeiten, die über Energieangebote in Beziehung zu ihrer Umwelt treten können. Diese Beziehungen eröffnen neue Geschäftsmöglichkeiten für Unternehmen. Insofern ist möglichweise zusätzlich zur Beurteilung von Effizienz die Bewertung der Effektivität für die gesamte Volkswirtschaft noch viel wichtiger.
Effektivität ist die Wirksamkeit im Sinne der Erreichung angestrebter Ziele als Verhältnis von Wirkungen (Outcome) bezogen auf die Ziele, wobei die Leistungen (Output) eines Systems die Wirkung bestimmen. Effektivität bestimmt die Genauigkeit und Vollständigkeit, mit der Benutzer ein Ziel erreichen. Der Grad der Effektivität beantwortet die Frage, ob die richtigen Dinge bezogen auf das Ziel getan werden [Online Verwaltungslexikon (2016)]. Die gesellschaftlichen Ziele beim Umbau des Energiesystems sind Umweltverträglichkeit, Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und breite Partizipation an der Wertschöpfung. Die Effektivität der Energieverteilung bewertet damit das Verhältnis der quantitativen Veränderungen dieser vier Parameter (Wirkungen) bezogen auf die Zielstellungen. Dezentrale Energien bieten die Chance, Wertschöpfungspotentiale für Kommunen, Regionen, Bürger und neue Unternehmen und damit gesamtgesellschaftliche Wohlfahrtspotentiale zu heben [Prognos (2016)]. Das Heben dieser Potentiale durch Partizipation am dezentralen Energiesystem gegenüber der zentralen Erzeugung mit einem verbundenen System aus Subsystemen (Energiezellen) mit individueller Verantwortlichkeit und autonomen Entscheidungen ist damit ein Bewertungskriterium für Effektivität.
Der Bewertung der gesellschaftlichen Wirkung folgt nun mit der Effizienz die Bewertung der Leistung. Effizienz ist das Verhältnis von Leistungen (Output) zu Aufwänden/Ressourcen und/oder anderen Nachteilen/Opfern (Input) mit dem Benutzer ein bestimmtes Ziel erreichen. Es geht also um Mittel und Wege zur Erreichung der Wirkungen. Der Grad der Effizienz im Unterschied zur Effektivität beantwortet die Frage, ob die Dinge richtig getan werden. Dabei gilt, Effizienz ist wichtig, aber die falschen Dinge effizient zu tun bleibt Verschwendung. Primär sind die Ziele und Zwecke sowie der Grad der Erreichung (Effektivität) und in der Folge die Mittel und Wege sowie ihr Einsatz (Effizienz) zu bewerten [Online Verwaltungslexikon (2016)].
Auf Basis der effektiven Gestaltung des Energiesystems - dezentraler Ansatz mit Regeln zur Verbundenheit - sind effiziente Systeme zu gestalten, um Energiekosten zu senken und Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Die politischen Effizienzziele zum Energieeinsatz können nur in kombinierter Betrachtung aller Endenergien erreicht werden. Der Verbrauch an Endenergie bezüglich Elektrizität und Wärme findet bis zu 50 % in den Gebäuden statt. Die Erschließung von Effizienzpotentialen in den Bereichen Elektrizität, Wärme und Kühlung/Belüftung erfordert ein integriertes und automatisiertes Energiemanagement. Dafür werden vielfältige Dienste im Umfeld von Verbrauchs- und Erzeugungsprognosen, Betriebsfahrpläne sowie auch Wettervorhersagen benötigt, was wiederum Chancen für unternehmerisches Handeln bietet.

Zukunftsblick
Mit Recht kann eine teilweise überzogene Technologiekritik in Deutschland kritisiert werden. Damit ist hier aber nicht die Kritik an der Nutzung der Kernenergie gemeint. So verlockend diese Technologie in den 50-er Jahren erschien und mich persönlich auch zum Studium der Kernphysik bewegte, so notwendig ist heute der Verzicht auf deren Nutzung. Von Anhängern dieser Energiequelle wird oft behauptet, dass Kernenergie in geringerem Maße als Erneuerbare Energie finanziell zum Wachstum gefördert werden musste. Studien mit anderen Ergebnissen werden handwerkliche Fehler unterstellt. Dabei wird in der Regel vollständig unterschlagen, dass hohe Positionen zukünftiger Kosten sowie der Risiken von der Gesellschaft getragen werden, ohne in Vergleichsrechnungen einzugehen. Kernkraftwerksbetreiber sind in Europa mit maximal 1 Milliarde Euro gegen den Super-Gau versichert, den wir in Tschernobyl und Fukushima erlebten. Die gesellschaftlichen Kosten nach einem derartigen Unfall in Europa werden in der Größenordnung von über 100 Milliarden Euro geschätzt. Die Endlagerung der Uran-Brennelemente mit einer Lagerzeit, die die Zeitdauer der Entwicklung der menschlichen Zivilisation überschreitet, ist immer noch ungeklärt. Die Kosten der Endlagerung trägt die Gesellschaft. Die geschätzten Kosten zum Rückbau von überalterten Kernkraftwerksblöcken werden regelmäßig nach oben korrigiert und betragen inzwischen mehrere Milliarden Euro pro Block. Erste Erfahrungen gibt es in Deutschland mit dem Rückbau des Kraftwerkes in Greifswald. Auch in Frankreich, wo sich mehrere überalterte Kraftwerksblöcke befinden, macht man sich zunehmend Sorgen bezüglich der exorbitanten Kosten zukünftig notwendiger Rückbauten. Weiterhin werden zunehmend im Bereich der Kernenergie neue Kraftwerksbauten mit höheren Förderungen ausgestattet. Unrühmliches Beispiel ist der Bau des Kernkraftwerkes Hinkley Point in England, dessen Kosten aus dem Ruder laufen. Dabei werden dem Kraftwerksbetreiber massive staatliche Förderungen zugesichert, z. B. Kreditgarantien in Höhe von mehr als 20 Milliarden Euro zur Absicherung der Baukosten. Weiterhin wird ein mit elf Cent pro Kilowattstunde (kWh) vergleichsweise hoher Abnahmepreis für den in Hinkley Point C produzierten Atomstrom garantiert - dies über 35 Jahre, plus Inflationsausgleich. Konservativ hochgerechnet mit einer Inflationsrate von zwei Prozent macht das eine Vergütung von 22 Cent pro kWh im letzten Förderjahr. Eine große Photovoltaik-Anlage erhält in Deutschland über das Erneuerbare-Energien-Gesetz im Jahre 2016 eine Vergütung von rund acht Cent pro kWh – 20 Jahre lang, ohne Inflationsausgleich [Wolk, Constanze (2016)]. Von der auch seit Jahrzehnten anhaltenden Förderung der Arbeitsplätze beim Abbau der Steinkohle im Ruhrgebiet soll hier gar nicht gesprochen werden. Diese Kosten erscheinen aber im Gegensatz zur EEG-Umlage auf keiner Stromrechnung. Die Diskussion um die Förderung der erneuerbaren Energien besitzt also eine völlige Schieflage zugunsten fossiler Energien und der Kernenergie.
Warum fällt es uns eigentlich so schwer, unseren Blick als Hochtechnologieland auf die Chancen neuer Technologien zu richten?
Sicherlich sind erneuerbare Energietechnologien nicht automatisch in jeder Hinsicht nachhaltig. Beispielsweise werden für Solaranlagen und Batterien wertvolle und seltene Rohstoffe eingesetzt. Nachdem Förderung und Wachstum der Solartechnik bald auf zwanzig Jahre Erfolgsgeschichte zurückblicken kann, ist das Recycling alter Anlagen immer noch eine Herausforderung. Der Anblick klassischer Solarmodule auf den Dächern und die Windanlagen in den Landschaften erfreuen ebenso nicht das Herz jedes Architekten und Landschaftsgestalters. Unabhängig von der Tatsache, wie verletzt Landschaften in den Kohle- und Erdölgebieten sind oder wie große konventionelle Kraftwerksblöcke in der Landschaft wirken, steht die Frage, ob wir weiter nur Kritik an neuen Technologien üben wollen oder Anstrengungen unternehmen, um bessere Lösungen zu finden. Elon Musk – der Gründer von Tesla und SolarCity – hat sich dieser Herausforderung angenommen und Dachziegel geschaffen, die wie die natürliche Dachbedeckung aussehen, aber als Solaranlage wirken. Zukünftig werden auch Häuserwände und Fenster Solarenergie umwandeln.
Es ist auch richtig, dass wir inzwischen wiederum auf bestimmte Lösungen fokussiert sind. Wir beschäftigen uns intensiv mit Windenergie, Solarenergie, Bioenergie, Geothermie und Wasserenergie sowie forschen auch an der heißen Kernfusion. Unsere Umwelt bietet aber weitere Energiequellen, die wir aktuell übersehen und denen sich nur wenige Menschen widmen. Physiker kennen hier vielfältige Ansätze, auf die hier nicht eingegangen werden soll. Wichtig ist nur, dass wir uns den Blick auf neue Chancen erhalten und neue Technologien nicht zu schnell in das Reich der Mythen einordnen, weil die Vertreter etablierter Technologien um ihre Pfründe bangen.
Gemeinsame Anstrengungen für die Zukunft und ein offener Blick nützen der Gesellschaft in ihrer Vielfalt und insbesondere den Unternehmen beim Ergreifen neuer Wertschöpfungschancen und der Schaffung neuer Arbeitsplätze mehr, als das Verteidigen alter Stellungen. Im letzteren Fall mag man national eventuell siegreich sein, aber international den Anschluss verlieren, womit die Marke „Made in Germany“ gefährdet wäre.
Also machen wir uns doch zu den Sternen auf, um noch einmal das Eingangsthema aufzunehmen. Auch dazu benötigen wir neue Energiequellen, denn mit Kohle oder irgendeiner anderen Art von chemischer Energie werden wir die Raumschiffe sicherlich nicht antreiben. Selbst Kernenergie wird uns nicht helfen, die nächsten Sterne in überschaubarer Zeit zu erreichen.



Literatur

Online Verwaltungslexikon (2016) Effektivität, Effizienz. http://www.olev.de/e/effekt.htm (Abgerufen: 15.11.2016)

Prognos (2016). Dezentralität und zellulare Optimierung – Auswirkungen auf den Netzausbaubedarf. Studie im Auftrag der N-ERGIE Aktiengesellschaft. Prognos, Energie Campus Nürnberg, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Berlin und Nürnberg. 07.10.2016

Seite „Nachhaltigkeit“ (2017). In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Nachhaltigkeit&oldid=129064313  (Abgerufen: 08.05.2017)

Wolk, Constanze (2016) Hintergrund: Hinkley Point C. Energiewende-Magazin. Schönau. Ausgabe 20.06.2016. https://www.ews-schoenau.de/energiewende-magazin/zur-sache/hintergruende-zu-hinkley-point-c/ (Abgerufen: 09.05.2017)



Autor
Andreas Kießling besitzt als Physiker und Informatiker mit achtjähriger Erfahrung in der Kommunalpolitik als Ausgangspunkt der Betrachtung regionaler Wirtschaftschancen seinen Wirkungsschwerpunkt in Beratungs- und Lehrtätigkeiten sowie in der Projektentwicklung und -leitung zur Verbreitung neuer, nachhaltiger Energietechnologien in Verbindung mit Informations- und Kommunikationstechnologien, aber auch zur Schaffung eines Rahmens aus Energieökonomie und Energiepolitik sowie zur Eröffnung neuer Möglichkeiten der Gebäude- und Raumgestaltung zwecks Entfaltung subsidiärer Chancen dezentraler und verbundener Energiekreisläufe.
www.energieorganismus.de
www.energycells.eu




Impressum

Andreas Kießling
Land der Mythen oder der Chancen

Herausgeber:
Dipl.-Phys. Andreas Kießling, Rudolf-Diesel-Str. 1F, D-69181 Leimen


Version 1.0, Stand 09. Mai 2017



Diese Veröffentlichung versteht sich als Anregung zur Diskussion über die Chancen eines nachhaltigen und dezentralen Energiesystems und besitzt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Deshalb bittet der Autor herzlich um Feedback, Korrekturen, Ergänzungen und Verbesserungen direkt an energie@andreas-kiessling.de


Alle Rechte vorbehalten Andreas Kießling, insbesondere das Recht der mechanischen, elektronischen oder fotografischen Vervielfältigung, der Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen, des Nachdrucks in Zeitschriften und Zeitungen, des öffentlichen Vortrags, der Verfilmung oder Dramatisierung, der Übertragung durch Rundfunk, Fernsehen oder Video, auch einzelner Text- und Bildteile sowie der Übersetzung in andere Sprachen.


Dienstag, 3. Januar 2017

Zellulares Energiesystem (Zellularer Ansatz)

Definition

Der zellulare Ansatz beschreibt eine Komplexität reduzierende und Flexibilität sichernde Architektur für ein globales Energiesystem mit Energiewandlern, Transportinfrastruktur und Speichern im Verbund mehrerer Endenergiearten (Elektrizität, Wärme, Gas) zum vielfältigen Einsatz als Nutzenergie in Verkehr, Produktion, Technikbetrieb, Gebäudekomfort, usw., wobei das globale System in autonome und gleichzeitig verbundene Systeme zerlegt wird.


Hintergründe und Motivation

Bisher wurde das Energiesystem im globalen Ansatz überregionaler Verbundnetze mit getrennten Transportnetzen für Elektrizität, Gas und Öl, die durch regionale Wärmenetze ergänzt wurden, betrieben. Die Führung des Elektrizitätssystems erfolgte dabei im Rahmen nationaler Regelzonen in Systemverantwortung der Übertragungsnetzbetreiber, wobei Verteilnetzbetreiber die Energie unidirektional zum Energienutzer als passiver Verbraucher verteilten. Hohe Anteile dezentraler und volatiler Energiewandlung, bidirektionale Energieflüsse, Energiespeicherung sowie die Notwendigkeit der Flexibilisierung des Energiesystems durch Spartenkopplung von Elektrizität, Gas, Wärme und Verkehr erfordern aufgrund wachsender Komplexität neue Lösungen zur Systemarchitektur sowie die Systemmitverantwortung der Verteilnetzbetreiber. Eine Lösung zur Komplexitätsreduktion besteht in der Zerlegung eines Systems in selbständig regelbare Teilsysteme. Teilsysteme des Energieverbundsystems können als Energiezellen (kurz Zellen) betrachtet werden, die als autonomes System mit Komponenten zur Energiewandlung, Speicherung und Energienutzung sowie Energietransport beschrieben werden. Anforderungen zur Versorgungssicherheit, Flexibilität und Effektivität für jede Zelle begründen die Verbundenheit von Zellen als ein Energiesystem aus Energiesystemen. Für diese Verbindung von Zellen als Verbundsystem wird auch die Metapher Energieorganismus genutzt, in dem Prosumenten (Produzenten und Konsumenten) durch Eigenverantwortung und Mitwirkung in der Gemeinschaft sowie aktive Verteilnetzbetreiber im Zusammenwirken mit den globalen Akteuren der Ferntransportnetze agieren.

Erstmals erwähnt wird der zellulare Ansatz in [BKN2009], wobei dessen begriffliche Definition in [Kies2015] und im Rahmen der Spezifikation des Demonstrationsprojektes C/sells [Csells2015] weitergeführt wurde. Mit der Studie [PEF2016] wurden Netzmaßnahmen auf Basis des zellularen Ansatzes so kalkuliert, dass der optimale volkswirtschaftliche Vorteil in der Summe aller Akteure entsteht

Energiezellen können auf verschiedenen Aggregationsebenen definiert werden, wie zum Beispiel´
  • Wohnungen und Gewerbeeinheiten innerhalb von Gebäuden,
  • Liegenschaften als Gebäude sowie Gewerbe- oder Industrieareale,
  • Stadtquartiere (integrierter Bereich einer Ortschaft in gemischter Bebauung bezüglich Wohnen und Gewerbe mit gemeinsamen Infrastrukturen),
  • Ortschaft mit eigenem Verteilungsnetz oder Region mit Verbund von Verteilungsnetzen,
  • Region, Land und Staatengemeinschaft mit Regelzonen im Übertragungsnetz.
In diesen Ebenen können sowohl horizontale Verbindungen als auch vertikale Strukturen bestehen, die sich auch teilweise überlappen. Die Zellen bilden autonome Strukturen, die durch Energiekanäle sowie Kommunikationsschnittstellen mit ihrer Umgebung verbunden sind. Die Schnittstellen verbinden andere Zellen mit zellinternen Komponenten, wobei vereinbarte Prozesse und Protokolle die Wirtschaftlichkeit für alle Akteure erhöhen.

So entsteht einerseits die Vernetzung von Zellen auf gleicher Hierarchieebene mit regionalen Energieexport und -import sowie Informationsflüssen über horizontale Verbindungen dieser Ebene. Es entsteht aber auch eine Vernetzung über unterschiedliche Hierarchiestufen, wobei mehrere Zellen einer eingebetteten Ebene zu einer Zelle einer umfassenderen Ebene mittels vertikaler Verbindungen zusammengeführt werden. Die Zellen dieser neuen Ebene bilden wiederum Verbünde, die ebenso horizontale Verbindungen besitzen.

Während die horizontalen und vertikalen Verbindungen die bidirektionalen Energie- und Informationsflüsse zwischen den Zellen ermöglichen, sichert die Informationsinfrastruktur der Energienetze die Organisation der Energieflüsse sowohl innerhalb von Zellen sowie auch Zellverbünden als Gesamtsystem. Mit dieser Struktur ist durch Bildung von Zellverbünden über Systemebenen die Entwicklung eines Gesamtsystems möglich, in dem sich subsidiäre Energiekonzepte in lokalen Wohn- und Arbeitsumfeldern sowie in städtischen und regionalen Lebensräumen mit den Bestrebungen nach europäischen Lösungen zur umfassenden Raumentwicklung in interkontinentaler Verbindung nach Nordafrika und Asien integrieren.



Mit dieser Struktur ist durch Bildung von Zellverbünden über Systemebenen die Entwicklung eines Verbundsystems möglich, in dem sich subsidiäre Energiekonzepte in lokalen Wohn- und Arbeitsumfeldern sowie in städtischen und regionalen Lebensräumen mit den Bestrebungen nach europäischen Lösungen zur umfassenden Raumentwicklung in interkontinentaler Verbindung nach Nordafrika und Asien integrieren.

Aufbau einer Energiezelle

Die prinzipielle Struktur einer derartigen Zelle wurde in [VDE2015] spezifiziert, wobei dort der Begriff des Wandlers genutzt wurde. Das Energiesystem einer Zelle besteht grundsätzlich nur aus Energiewandlern, Energiespeichern und Transportinfrastrukturen. Um die Nutzung der technischen Kategorisierung von Energie in
  • Primärenergie (z.B. Solar, Wind, Bio, Wasser, Öl, Holz, usw.),
  • Endenergie (Elektrizität, Wärme, Gas wie Methan oder Wasserstoff) und
  • Nutzenergie (Antriebe, Schall, Licht, Informationstechnik, Kühlung, hydraulischer Druck)
abzubilden, werden folgende Kategorien zur Einordnung von Energiesystemkomponenten in der Energiezelle genutzt.
  • Netztechnik leitungsgebundener und -loser Transportinfrastrukturen zum Import und Export von Energie zwischen Zellumgebung und Zelle über die Zellgrenzen sowie zur Weiterverteilung innerhalb der Zelle,
  • Erzeugungswandler (i.A. Erzeuger), die über Transportinfrastrukturen zugeführte Primärenergie innerhalb der Zelle in eine der genannten Endenergieformen umwandelt,
  • Endenergiewandler zur Umwandlung zwischen den Endenergieformen Elektrizität, Wärme und Gas, um Flexibilität im Gesamtsystem unter Nutzung der verschiedenen Speicherpotentiale zu erhöhen,
  • Energiespeicher zur temporären Aufbewahrung der Endenergieformen bis zur Nutzung,
  • Lastwandler (Last oder Energienutzer benannt), der Endenergie in benötigte Nutzenergie wandelt
Zur Steuerung der Energieflüsse innerhalb der Zelle dient ein Kommunikationssystem. Dabei stellt ein Gateway als Smart Grid Verbindungspunkt die geschützte Interaktion mit der Umgebung und so mit anderen Zellen sicher. Der Verbund der Zellen wird durch eine koordinierende Integrationsplattform der Informationsinfrastruktur gewährleistet.


Literaturverzeichnis

[BMWi2014] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: „Moderne Verteilernetze für Deutschland“ (Verteilernetzstudie). Abschlussbericht. Studie im Auftrag des BMWi. Berlin, 12. September 2014

[BKN2009] B. Buchholz, A. Kiessling, D. Nestle: Individual customers” influence on the operation of virtual power plants. Power & Energy Society General Meeting 2009. PES '09, IEEE, Calgary, 26-30 July 2009. ISSN: 1944-9925; Print ISBN: 978-1-4244-4241-6. Digital Object Identifier: 10.1109/PES.2009.5275401

[Csells2015] Smart Grids-Plattform Baden-Württemberg e.V. (Verbundkoordination): C/sells - Großflächiges Schaufenster im Solarbogen Süddeutschlands. Projektskizze im Rahmen der Förderinitiative „Schaufenster Intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“ (SINTEG) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Stuttgart, Mai 2015

[DIGR2016] Digital Grid — The "Internet of Energy": http://www.digitalgrid.org/en/ abgerufen am 23.11.2016

[EY2013] Ernst & Young: Kosten-Nutzen-Analyse für einen flächendeckenden Einsatz intelligenter Zähler. Endbericht. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie. Berlin, Juli 2013

[IZES2009] Verantwortlicher Konsortialpartner: IZES, Mitwirkende Konsortialpartner: Prof. U. Leprich, Günther Frey, Eva Hauser (IZES); Prof. A. Junker; C. Hell (Dornbach & Partner), U. Rosen (BET): Ergebnisstudie E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim (moma), Arbeitsschritt 1.4 – Geschäftsmodelle und Vorschläge zu ausgewählten Business Cases. erschienen in moma. Mannheim 15.12.2009

[Kies2015] Kießling, Andreas (Hrsg.); Hartmann, Gunnar: Energie zyklisch denken. Etwa 130 S., E-Book (Amazon). Leimen ISBN 978-3-00-047441-5. https://www.amazon.de/Energie-zyklisch-denken-Andreas-Kie%C3%9Fling-ebook/dp/B00O7UK1PI

[OLEV2016] Effektivität, Effizienz. Online-Verwaltungslexikon: http://www.olev.de/e/effekt.htm abgerufen am 15.11.2016

[moma1201] Verantwortlicher Konsortialpartner: IZES; Mitwirkende Konsortialpartner: IZES: Klann, Uwe; Leprich, Uwe; PPC: Begasse, Simon; Müller, Christine; Wolski, Thomas; MVV: Kießling, Andreas; IWUS: Junker, A.; Dornbach & Partner: Hell, C.; E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim (moma), Arbeitsschritt 1.8 – Studie zu Wirtschaftsperspektiven, 10.01.2012

[PEF2016] Prognos, Energie Campus Nürnberg, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg: Dezentralität und zellulare Optimierung – Auswirkungen auf den Netzausbaubedarf. Studie im Auftrag der N-ERGIE Aktiengesellschaft. Berlin und Nürnberg. 7. Oktober 2016

[RELE2013] Reiner Lemoine Institut: Vergleich und Optimierung von zentral und dezentral orientierten Ausbaupfaden zu einer Stromversorgung aus Erneuerbaren Energien in Deutschland. Studie im Auftrag von Haleakala Stiftung, 100 Prozent Erneuerbar Stiftung, Bundesverband mittelständische Wirtschaft. Berlin. 21. Oktober 2013

[VDE2015] VDE – ETG Task Force Grundsätzliche Auslegung neuer Netze: Positionspapier – Der zellulare Ansatz, Grundlage einer erfolgreichen, regionenübergreifenden Energiewende. VDE-ETG-Studie. Hrsg. vom VDE-Verlag. Frankfurt 06/2015

Freitag, 18. März 2016

Internet der Energie

Seit Beginn des Wirkens des Bundesverband der Deutschen Industrie e. V. (BDI) unter dem Label Internet der Energie, des E-Energy-Programmes sowie der VDE ITG-Fokusgruppe Energieinformationssysteme in den Jahren 2007/2008 wurde die Bedeutung der Digitalisierung des Energiesystems hervorgehoben.
Trotz breit aufgestellter Aktivitäten unter den Begriffen Smart Grids, Smart Markets, Smart Energy, Smart City ist die Bedeutung der Digitalisierung für das Energiesystem bei der Politik noch nicht vollständig in seiner umfassenden Tragweite angekommen.
Dies drückt sich auch darin aus, dass unter dem sinnvollen Begriff des Gesetzes zur Digitalisierung der Energiewende letztendlich nur die Smart Metering-Infrastruktur betrachtet wird, die dann auch noch sehr verzögert und nur mit langem zeitlichen Horizont eingeführt wird.
Insofern ist es nur logisch, dass unter der 10-Punkte-Energie-Agenda des BMWi das Thema Digitalisierung fehlt.

Wahrscheinlich ist der Hinweis auf die Notwendigkeit auf eine erweiterte informationstechnische Infrastruktur zu abstrakt und lässt sich in der Politik zu wenig als Erfolgsthema integrieren.
Die Frage ist also, wie kann diese Infrastruktur und ihr Ergebnis überzeugend der Politik dargestellt werden, um dafür auch eine massenwirksame Vision zu entwickeln.

Der gemeinsame Ausgangspunkt, der noch vor wenigen Jahren in manchen dezentralen Aspekten umstritten war, ist heute Konsens.
Wir gehen den Weg zu einem Energiesystem,
  • das erneuerbar und volatiler wirkt,
  • das einerseits bis in die Liegenschaften und Stadtquartiere dezentraler und vielfältiger wird,
  • das aber anderseits weiter in seiner Vielfalt im europäischen Verbund mit auch zentraleren Anlagen (Offshore) eingebunden sein muss,
  • in dem sich regionale Wertschöpfungschancen für Kommunen in breitem Maße entfalten und
  • in dem viele neue Akteure aktiv werden bis hin zu internationalen Großunternehmen (z.B. Google, Apple, Tesla) und neue Geschäftsmodelle (Energiegenossenschaften, Bürgerwerke, Sharing-Mechanismen, Energie-Community) entstehen.
Diese wachsende Komplexität zu beherrschen, funktioniert nur durch Zerlegung in automatisierte dezentrale Strukturen, die gleichzeitig verbunden wirken und dies bei der Volatilität der Erzeugung am besten in Echtzeit.
Der Automatisierung und den dezentralen Energiemanagern hatte sich das E-Energy-Projekt moma gewidmet.
Heute ist es auch Konsens, dass wir Automatisierung und dezentrale Regelstrukturen benötigen, die sich eingebettet in größere Strukturen wiederholen und zusammen eine Art Energieorganismus als System aus Systemen bilden.

Ohne IKT-Infrastrukturen, die dies wirtschaftlich, sicher, interoperabel und automatisiert zusammenbringen, kann die beschleunigte Entwicklung eines vollständig umgebauten Energiesystems keinen Erfolg haben.
Insofern ist Smart Metering nur ein erster Schritt.
Umfassender wurden Architekturen dazu im Konzept eines Data Access Point Managers (DAM) oder im Energieinformationssystem der VDE ITG-Arbeitsgruppe betrachtet.
In der ersten Runde des Münchener Kreises im AK Energie wurde das Thema einer erweiterten Infrastruktur unter dem Thema Digitalisierung ebenso aufgenommen.
Innerhalb der SINTEG-Ausschreibung des BMWi widmet sich das Projekt C/sells in Baden-Württemberg zusammen mit Bayern und Hessen ebenso diesem Thema unter der Überschrift Infrastruktur-Informationssystem (IIS).

Die Frage ist nun, sollte diese Infrastruktur unter Ausschließlichkeit bestimmter Akteure betrieben werden, wie dies RWE, Rheinenergie oder EnBW vorschlagen oder ist dies eher ein offenes System als Plattform des zukünftigen Smart Energy-Systems, das zwar auch durch eine begrenzte Anzahl von Akteuren zum Erfolg geführt werden wird, aber doch eher im Markt entsteht, obwohl es zukünftigen smarten Markt- und Netzprozessen gemeinsam zur Verfügung steht. Hierfür steht eher eher die EWE-Position.

Unabhängig von der Rollendefinition hängt der Erfolg der Energiewende und die Nutzbarmachung neuer Wertschöpfungschancen bis hin zur Möglichkeit eines weltweiten Technologieexportes entscheidend an der umfassenden und zügigen Ausprägung der Digitalisierung des Energiesystems.
In Baden-Württemberg wurde diese Aufgabe schon vor fünf Jahren in das Regierungsprogramm aufgenommen und war dann Grundlage der Gründung einer Smart Grids Plattform BW, wobei hier der Begriff Smart Grids umfassender im Sinne eines multi-modalen Smart Energy-Systems vielfältiger Akteure gefasst wird. Insofern besteht im Bund noch Nachholbedarf.

Wenn die Digitalisierung des Energiesystems nicht durch deutsche Unternehmen sehr schnell voran gebracht wird, tun es die Googles und Apples dieser Welt.
Also sollte ein gemeinsames Interesse von Wirtschaft und Politik zu wecken sein.

Samstag, 6. Februar 2016

Chancen dezentraler, erneuerbarer Energien in der modernen Stadt

Die mit der Energiewende eingeleitete Transformation des Energiesystems zu erneuerbaren Energien bietet bei offener Sichtweise große Chancen für ökonomisches Wachstum mit Wertschöpfung breiter Akteursgruppen bei gleichzeitiger Senkung des Ressourcenverbrauchs. Beteiligung und subsidiäre Verantwortlichkeit schaffen Akzeptanz für Änderungen und entfalten Wettbewerb. Diese Chancen entfalten sich dezentral als auch überregional, wodurch durch Diversifizierung zusätzlich die Versorgungssicherheit erhöht wird.


Dezentrale Energiesysteme benötigen aber die Modernisierung der Infrastruktur, wofür Begriffe wie Smart City und Smart Grids stehen. Dafür gilt es zuerst die Ziele aus Sicht der Stadtplanung unter Aufstellung regionaler Energiekonzepte zu definieren, um dann die sinnvollen, technlogischen Mittel zu identifizieren und diese in die Entwicklung der nachhaltigen Stadt zu integrieren.
Smartness definiert sich dabei in der Stadt auch unter Nutzung der Intelligenz der lokalen Gemeinschaft, die sich durch die zunehmende Beteiligung der Bevölkerung am Umsetzungsprozess der planerischen Ziele zeigt. Dies verbindet sich heute insbesondere mit dem Begriff der Energiewende und der vielfältigen Beteiligung von Bürgern, Genossenschaften und von lokalen Unternehmen an der Gestaltung regionaler, erneuerbarer Energiekreisläufe. Zunehmend erkennen auch die Kommunen die Chancen regionaler Wertschöpfung und treiben die Planung und den Umbau regionaler Energiesysteme voran. Die Kommunen erlangen damit zunehmend autonome Gestaltungsfreiheit im Planungshandeln zurück.

Die Smart City ist gekennzeichnet durch eine neue Vielfalt im Wirken von Beteiligten in verschiedenen Lebensbereichen wie Energie, Mobilität, Gesundheit, Logistik und Sicherheit, aber auch durch die zunehmende Vernetzung dieser Vielfalt. Dies wiederum erzeugt neue Organisationsformen, die heute durch die Ausbildung neuer sozialer Netzwerke, aber auch durch wirtschaftliche Teilhabemodelle gekennzeichnet sind. Daraus resultieren neue Chancen regionaler Wirtschaftskreisläufe in der Verbindung von Umgebungsnachhaltigkeit und von ökonomischen Wachstum mit dezentralen Planungs- und Managementprozessen im Verbund der Energieflüsse von Elektrizität, Wärme, Gas und Verkehr. Diese regionale Handlungsfähigkeit, auch eingebettet in die zunehmende Globalisierung, garantiert Unabhängigkeit und eigene Gestaltungsfähigkeit.

Dezentrale Energien aktivieren neues Kapital und befördern neues ökonomisches Wirken. Dieses neue Wirken gestaltet wiederum auf neue Weise das Zusammenleben in der Stadt.

Freitag, 8. Januar 2016

Ausblick im neuen Jahr 2016

Sie bauen im großen Stil Kohle ab, setzen auf Ökostrom und Super-Batterien. Fünf Staaten schicken sich an, Russland und Saudi-Arabien als Energiemächte abzulösen. Mit dabei: Deutschland. 

Mit E-Energy wurden seit 2008 in Deutschland die Begriffe Schwarmintelligenz und zellulares Energiesystem eingeführt, die für einen Paradigmenwechsel zum dezentralen Energiesystem als eine Art Energieorganismus standen, in dem Millionen von Stromproduzenten die Gestaltung von Energiekreisläufen in die eigene Hand nahmen.
Mit diesem Umbau entsteht eine Blaupause für die weltweite Gestaltung des Energiesystems, in dem Wind-, Wasser- und Solar-Großprojekte harmonisch mit autonomen und autarken Energiekreisläufen in Koexistenz stehen.
Deutschland hat wahrlich die Chance, zusammen mit anderen Trendtreibern wie Indien, China und der USA die Energiezukunft in Ablösung der alten Mächte Saudi-Arabien und Russland zu bestimmen und neue wirtschaftliche Stärke zu entwickeln.
Nun gilt es in großflächigen Pilotumsetzungen, wie zum Beispiel c/sells in Baden-Württemberg, Bayern und Hessen im Rahmen des BMWi-Förderprogrammes SINTEG , diese Zukunft zu demonstrieren und im Bund die Rahmenbedingungen für innovative neue Geschäftsmodelle und die Gestaltung der erwachenden Energie-Community zu schaffen.


Freitag, 25. September 2015

Chancen für ein German Innovation Valley

Betrachtungen zu deutschen Innovationspotentialen

Die Energiewende ist in erster Linie ein großer und noch nie dagewesener Prozess der Umgestaltung. Hinter der schon sichtbaren Veränderung der Landschaften und Städte verbirgt sich ein noch größerer unsichtbarer Prozess des Umlernens und der neuen Chancen für die Menschen, neue innovative Unternehmen, die Städte und Dörfer sowie Regionen. Untrennbar nehmen wir bisher geglaubte technische Herausforderungen als soziale Chancen wahr.
Die als generell sicher geglaubten Lösungsansätze stellen sich dabei auch oft als Probleme heraus. Bestehende Theorien und Werkzeuge als auch Werte müssen in Frage gestellt werden, bei denen bekannte Hierarchien ins Wanken geraten. Disruptive Innovationen gestalten vollkommen Neues und gefährden Bekanntes. In diesem Widerstreit ist die Energiewende zu gestalten, was viel Mut erfordert.
Dabei ermöglicht das Internet der Dinge neue Formen und Räume der Gemeinschaft und Kommunikation (z.B. als Energie-Community). Dies macht aber die Weiterentwicklung unserer bekannten Infrastrukturen zu miteinander interagierenden Infrastrukturen der Energie, der Information und der Logistik notwendig. In diesem Bereich ein Projekt aufzusetzen, erfordert noch viel Mut, da der Ausgang ungewiss ist.
Unternehmen und Projekte, die diesen Mut aufbringen, benötigen aber auch Unterstützung in Form von Risikokapital sowie ein kreatives Umfeld, das die langfristigen Chancen disruptiver Innovationen für den Standort Deutschland erkennt.
Disruptive Innovationen, umfangreiches Risikokapitel sowie die enge Nähe zu intensiv miteinander interagierenden, kreativen Teams sind die Grundlage des wirtschaftlichen Erfolges im Silicon Valley.
Hiermit möchte ich aufrufen, ein analoges Umfeld und ein Vorhaben zur Digitalisierung des Energiesystems als sicheres, schnelles und vertrauenswürdiges Internet der Energie zu gestalten, das die genannten Chancen als Technologieschlager Deutschlands entstehen lässt.
Alles bewegt sich.
Insofern sind disruptive Veränderungen kein Problem, sondern eine großartige Chance, in einer Zeit in der das Energiesystem reif für Veränderungen ist.

Kriterien der Standortwahl für das German Innovation Valley

Die Frage lautet: An welchem „geografischen Schwerpunkt" können die Vorteile des Standortes Silicon Valley auch in Deutschland abgebildet werden und welche Art von Unternehmen sollten dort ansässig sein?

Hilfestellung zur Einordnung bieten dabei die Quellen von Cristoph Keese mit „Silicon Valley: Was aus dem mächtigsten Tal der Erde auf uns zukommt“, von Ashlee Vancee mit der Biografie „Elon Musk – Tesla, PayPal, SpaceX“ sowie Ulf Pillkahn mit „Die Weisheit der Roulettekugel – Innovation durch Irritation“.

Ulf Pillkahn führt aus, dass in strenger Betrachtung Innovationen nicht in klassische Managementprozesse einzuordnen sind. Innovationen sind marktverändernde Neuerungen, deren Wirken auf den Markt und die Kunden nicht wirklich berechenbar ist. Bezüglich der klassischen Managementfunktionen wie Kontrolle und Steuerung lassen sich Innovationen eher mit einem Blindflug vergleichen.

Die erste Fragestellung lautet nun, an welchen Standorten in Deutschland heute Unternehmen mit dem Willen zu hoher Innovationsfähigkeit angesiedelt sind. Wo schafft das Management das Umfeld für hohe Innovationskraft? Analysen lassen eher den Schluss zu, dass in führenden deutschen Unternehmen die für Innovationen verfügbaren Mittel knapp und die Visionsfähigkeit schwach ausgeprägt ist, während diese Analysen in Start Ups den höheren Innovationsgrad verzeichnen. Eine Standortanalyse für ein deutsches „Innovation Valley“ sucht also geografische Regionen mit Unternehmensclustern, die eine hohe Visionsfähigkeit besitzen und die auch idealerweise Ergänzung finden durch finanzstarke, aber ebenso hoch visionsfähige Unternehmen, die zusätzlich mit hohen Ressourcen für Innovationen ausgestattet sind.
Nun mangelt es in Deutschland nicht an Visionären. Doch leider war in der Vergangenheit zu beobachten, dass erfolgreiche Visionäre entweder in das Ausland gegangen waren (PayPal-Mitgründer und Innovationsförderer Peter Thiel, Gründer von Sun Microsystems Alexander von Bechtolsheim oder beispielsweise auch Sebastian Thrun als Professor für Künstliche Intelligenz und als Vizepräsident von Google zuständig für das selbst fahrende Auto) oder mangels ausreichender Finanzierungsmöglichkeiten nur mittlere Unternehmensgröße erreichten.

Das bereitgestellte Risikokapital in Deutschland und Silicon Valley unterschied sich um Größenordnungen. Während im Silicon Valley allein in den letzten Jahren ungefähr 15 Milliarden Dollar pro Jahr bereitgestellt wurden, umfasste das Risikokapital für ganz Deutschland in den Jahren 2009 bis 2013 nur 1 Milliarde Euro. Eine Trendwende scheint sich 2014 und 2015 abzuzeichnen. Im ersten Halbjahr 2015 umfasst das Risikokapital nur für Berlin 1,5 Milliarden Euro, womit London überflügelt wurde. Aber immer noch werden nur 8 Milliarden in ganz Europa bereitgestellt. Europas aktivste Gelbgeber kommen inzwischen also aus Deutschland. Das Handelsblatt schreibt dazu den Titel: „Das verschlafene Europa wacht auf. Investitionen in High-Tech-Firmen erreichen neue Rekordmarken. Deutschland ist in der Spitzengruppe. Kaum einer dürfte erraten, wo das nächste europäische Start-Up-Paradies entsteht.“
Das zweite Kapitel einer Standortanalyse umfasst also eine Landkarte der Risikokapitalgeber sowie der bereitgestellten Gelder sowie auch die Darstellung von Wegen, um die Höhe der bereitgestellten Mittel deutlich zu erhöhen.

Die dritte Frage nach einem optimalen Standort beschäftigt sich damit, wo Unternehmen angesiedelt sind, die in Branchen wirken, wo heute disruptive Innovationen nach dem Motto Schumpeters der kreativen Zerstörung zu erwarten sind. Dies ist mit der Fragestellung verbunden, ob disruptive Innovationen aus der Banche selbst entstehen können oder vorrangig von Außen entstehen.
Ulf Pillkhan schreibt dazu: „Innovationen werden gemanagt und zwar von Managern. Und da Innovationsmanagement in der Regel nichts mit dem Kerngeschäft zu tun hat, bewegt es sich somit automatisch im Spannungsfeld zwischen „Totalplanung“ und „Durchwursteln“, und der Bereich und die Gestaltung von Innovationen unterliegen durch deren nicht gegebenen Selbständigkeit direkt dem Willen und Wollen des Managements… Innovationen kann man nicht erzwingen, also bieten weder die Bürokratie noch das klassische Management geeignete Rahmenbedingungen. Man kann sie lediglich fördern bzw. geeignete Bedingungen herstellen und so die Wahrscheinlichkeit der Entstehung erhöhen. Eine Voraussetzung dafür ist die intellektuelle Freiheit, deren Freiheit in den Bereichen der Wissenschöpfung am größten sein sollte… Systemimmanent müssen etablierte Unternehmen radikale Innovationen vermeiden, da die Kontrolle und Steuerbarkeit zugunsten unendlichen Neulandes aufgegeben werden muss.“

Betrachtet man nun die wichtigsten Branchen innerhalb des Standortes Deutschland sowie die disruptiven Innovationen im Silicon Valley stellt man fest, dass eine Branche aktuell noch nicht umfassend von Veränderungsprozessen erfasst ist, aber im Zusammenhang mit der weltweiten Notwendigkeit nach hoher Energieeffizienz und dem Wandel zu erneuerbaren Energien die disruptiven Innovationen geradezu herausfordert. Hierbei bieten gerade die Vernetzung im Internet der Dinge sowie der Trend zu autonomen und dezentralen Energieerzeugungs- und –speichermethoden vielfältige Möglichkeiten für Innovationen und die Eröffnung neuer Märkte. Da die obigen Schlüsse zum Innovationsmanagement aber nicht unbedingt erwarten lassen, dass die Haupttreiber disruptiver Innovation zur Energieinfrastruktur aus der klassischen Energiewirtschaft kommen, sollte eine Standortanalyse das Umfeld für Unternehmen untersuchen, die den Mut haben, in die etablierte Branche einzudringen.

Die Digitalisierung im Energiesystem 4.0 im Zusammenhang mit dezentralen, erneuerbaren Energien bietet völlig neue, noch unerschlossene Möglichkeiten disruptiver Innovationen zur Gestaltung neuer Formen der Energie-Community. Damit ist ein Markt im Umbruch, dessen Umfang allein in Deutschland in der gesamten Elektrizitätswirtschaft ca. 500 Milliarden Euro beträgt. Dabei sind noch nicht einmal die anderen Formen der Energiebereitstellung in Form von Gas, Wärme und Treibstoffen einberechnet. Die dritte hier aufgeworfene Fragestellung sollte deshalb insbesondere unter Betrachtung der Energiebranche geführt werden. Bezüglich der Fragestellung 1 nach Unternehmensclustern, die diesen Veränderungsprozess begleiten, finden sich aktuell Standorte beispielsweise in Baden-Württemberg, im Ruhrgebiet, aber auch in Norddeutschland im Raum Oldenburg.

Die Betrachtung dieser Standorte führt aber noch nicht zur eindeutigen Antwort nach einem Standort für das „German Innovation Valley“. Wir stellten hier auch fest, dass Venture-Kapital für innovative Unternehmen wiederum in Deutschland nach einer Dürreperiode nun stetig wachsend in Berlin zu finden ist.
Beim Mappen der Standortanalysen erstens bezüglich Unternehmen, in denen das Management das Umfeld für hohe Innovationskraft schafft, zweitens bezüglich einer Landkarte der Risikokapitalgeber und der bereitgestellten Gelder sowie drittens bezüglich Branchen, wo heute disruptive Innovationen zu erwarten sind, lässt sich keine klare Überlappung der Ergebnisse aus diesen drei Fragestellungen erkennen. Berlin scheint auf dem besten Wege, die Führerschaft bei bereitgestellten Risikokapitel zu übernehmen. Hier sind auch wichtigte Unternehmen mit hoher Visionsfähigkeit angesiedelt oder die wie zum Beispiel Rocket Internet die Unternehmensgründung auf Basis innovativer Ideen ermöglichen. Unternehmen und Forschungsstätten, die sich mit Branchen beschäftigen, die ein hohes Potential für disruptive Innovationen erahnen lassen, sind wiederum an anderen Standorten in besonderer Weise gebündelt. Gerade für die wirtschaftlichen Schwerpunkte in Baden-Württemberg und im Ruhrgebiet bietet sich die Verbindung mit Frankfurt als Finanzierungsstandort an, in dem aber gerade die Risikokapitalkultur im Vergleich zu Berlin noch deutlich stärker zu entwickeln wäre.

Dieser Text bringt also noch keine klare Antwort auf die einleitende Fragestellung. Aber es wurden Kriterien für die Entwicklung eines derartigen Standortes sowie die Chancen in einer sich im Umbruch befindlichen Branche aufgeführt, mit der sich inzwischen auch Unternehmen wie Google und Apple beschäftigen und wo sich also langsam das Zeitfenster zur Nutzung dieser Chancen auf Grundlage einer sich weltweit beschleunigenden Energiewende schließt.