Digitale Energiewende

Deutschland hat sich der Energiewende verschrieben. Ein hehres Vorhaben, dessen Umsetzung stockt. Besonders heikel: Der gesamtgesellschaftliche Rückhalt schwindet. Die deutliche Erhöhung der EEG-Umlage auf 6,88 ct/kWh ist nur eines der Symptome für ein erkranktes System. Dabei ist die grundsätzliche Stoßrichtung eigentlich klar: irgendwie Erneuerbar. Das Impulspapier des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) “Strom 2030” gibt diese Richtung vor: “Wind und Sonne erzeugen [im Jahr 2030] den größten Teil des Stroms”. Damit baut Deutschland auch zukünftig hauptsächlich auf Windräder und Photovoltaik-Anlagen. Sind solche Anlagen erst am Netz, lassen sich Kilowattstunden (kWh) CO2-neutral und quasi kostenlos produzieren. Brennstoffkosten wie bei Kohlekraftwerken fallen bei diesen Anlagen nämlich nicht an. Aber was nichts kostet, kann auch nicht vernünftig gehandelt werden. Dennoch basiert der Handel an den Strombörsen unverändert auf Kilowattstunden.

Das Problem mit den Grenzkosten

Welche Kraftwerke den Energiebedarf decken dürfen und einen Zuschlag für den Verkauf ihrer Energie bekommen, wird über den Preis für die kWh bestimmt. Dabei entspricht der resultierende Marktpreis für alle Bieter den Grenzkosten des letzten Kraftwerks, das noch nötig ist, um die Nachfrage zu decken. Diese Preisbildung an der Strombörse - Merit Order genannt - ist Beleg für die ökonomische Regel, dass in einem Wettbewerbsmarkt der Preis gleich den Grenzkosten ist. Allerdings führt diese Regel in einem Energiesystem, das von fluktuierenden erneuerbaren Energien (FEE) geprägt ist, zu einem Marktversagen. Denn der Wettbewerbspreis ist hier überwiegend und dauerhaft null. Das Problem kann im einfachsten Fall dadurch gelöst werden, dass man den Wettbewerb beschneidet. Tatsächlich laufen die herkömmlichen Lösungsvorschläge genau darauf hinaus. Konzepte sogenannter Kapazitätsmärkte setzen voraus, dass die Marktorganisation über einen zentralen Einkäufer erfolgt. Genau wie in einem Monopol ist ein effizientes Marktergebnis damit praktisch ausgeschlossen. Die Lösung überzeugt also nicht. Es müssen dringend alternative Lösungsansätze entwickelt werden.

Die Netzrealität ist lokal

Nach Milliarden Jahren des Prototypings lehrt uns die Natur, dass sich Systemoptimierungen stets schon auf kleinster Ebene vollziehen und so das Gesamtsystem im Gleichgewicht halten. Da auch unser Energiesystem im Gleichgewicht sein muss, sollte auch hier eine Mikro-Optimierung stattfinden. Als Steuerungsgröße für eine solche Optimierung dient im Allgemeinen der Preis. Im bisherigen Marktdesign wird der zentral der an der Strombörse gebildet. Er gilt einheitlich für die gesamte Preiszone aus Deutschland und Österreich - eine Makro-Optimierung. Regionale Besonderheiten bleiben damit unberücksichtigt. Die reale Situation in bestimmten Netzbereichen kann aber unter Umständen stark von der deutschlandweit aggregierten abweichen. Auch Transportkosten, die je nach geografischer Lage stark variieren können, finden hier keinen Ausdruck. Damit drückt der Einheitspreis keine verwertbaren Informationen über den spezifischen Zustand einzelner Netzbereiche aus. Stattdessen kann der Spotmarktpreis für Deutschland und Österreich hier sogar diametrale Fehlanreize für einige Netzbereiche setzen und es im schlimmsten Fall belohnen, wenn sich Erzeuger und Verbraucher nicht netzdienlich verhalten.

Das Potenzial digitaler Technologien

Die Energiewirtschaft steht vor ähnlich weitreichenden Veränderungen, wie andere von der Digitalisierung erfasste Wirtschaftsbereiche. In den vergangenen Jahren sind diverse neue digitale Technologien wie Blockchain, Künstliche Intelligenz oder etwa das Internet-of-Things entstanden. Diese neuen Konzepte, die als genuine Digitaltechnologen bisher wenig mit der physikalischen Welt der Energiewirtschaft zu tun hatten, werden diesen Wirtschaftsbereich zukünftig immer stärker durchdringen. Denn sie werden jeden Tag zugänglicher, leistungsfähiger und günstiger. Digitale Technologien könnten ein völlig neues Energiesystem ermöglichen, z.B. indem sie Informationen, die für einen netzgerechten Handel notwendig sind, zu minimalen Kosten in der notwendigen Schärfe und in Echtzeit erfassen und auswerten. Digitale Geräte machen es vorstellbar, mittelgroße und kleine Verbraucher direkt am Energiemarkt zu beteiligen. Der Einsatz dieser technologischen Anwendungen könnte zu grundlegend neuen Märkten führen, die in ihrer Gestalt und Funktionsweise bislang noch nicht vorstellbar waren. Anhand der Grenzkostenproblematik und den Herausforderungen der dezentralen Netzrealität untersucht das Projekt das Potenzial dieser neuen, digitalen Technologien.

Zweistufiger Foresight-Prozess

In einem zweistufigen Foresight-Prozess, der auf sich eine Auswahl unterschiedlicher Methoden aus dem Bereich der Zukunftsforschung stützt, entwirft eine Gruppe aus 15 Energie- und DigitalexpertInnen Lösungen zur Überwindung des Null-Grenzkosten-Problems. Unter Beachtung der regionalen Netzrealität werden zunächst konzeptionell-technische Prototypen entwickelt, die sich auf die Anwendung digitaler Technologien stützen. Im zweiten Schritt entwickelt die Arbeitsgruppe - um zusätzliche Expertinnen und Experten erweitert - unterschiedliche Szenarien in denen diese Technologien zum Einsatz kommen. Die Szenarien beschreiben das jeweilige gesellschaftspolitische und volkswirtschaftliche Umfeld im Jahr 2030. Dadurch werden die politischen, wirtschaftlichen und zivilgesellschaftlichen Anstrengungen erkennbar, die notwendig sind, um die technologischen Lösungen bis 2030 zu realisieren. Die Analyse dieser Anstrengungen ist Ausgangspunkt für die Formulierung konkreter politischer Handlungsempfehlungen im Hier und Jetzt. Damit wollen wir die Diskussion über notwendige, politische Weichenstellungen fördern.

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