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Klaus KornwachsUniversität Ulm, acatech München, Berlin,

Büro für Kultur und Technik, Argenbühl

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Energie braucht Vernunft

Die Rückseite der Smart Grids

Energiewende mit intelligenten Netzen –

Smart Grids in Baden Württemberg Fellbach, 3. 12. 2014

Klaus Kornwachs

Büro für Kultur und Technik2

Energie braucht VernunftDie Rückseite der Smart Grids

1. Energiewende – Aussicht auf Leadership?

2. Umgang mit Energie: Begrifflich, historisch, technisch,

politisch

3. Energie als Wirtschaftsgut: Ware oder Gemeingut?

4. Faire Versorgung und vernünftiger Gebrauch

5. Intelligente Verteilung: Smart Grids brauchen eine Smart

Economy

http://energiewende.baden-wuerttemberg.de/de/startseite/

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Klaus Kornwachs

Büro für Kultur und Technik

Es ist die Kraft der Sonne, die, in der Kohle, in den Wasserfällen,

in der Nahrung aufgestapelt, alle Arbeit in der Welt verrichtet. Wie

gewaltig diese Kraftabgabe ist, die die Sonne über uns ausschüttet,

wird klar, wenn wir erwägen, daß die Wärme, die die Erde bei

hoher Sonne und klarem Himmel empfängt, nach den

Forschungen von Langley einer Energie von 7.000 Pferdekräften

für den Acre gleichkommt.

Wenngleich unsere Ingenieure einstweilen noch nicht den Weg

gefunden haben, diese riesenhafte Kraftquelle auszunutzen, so

zweifle ich doch nicht, daß ihnen dies schließlich gelingen wird.

Wenn einst die Kohlenvorräte der Erde erschöpft sind, wenn die

Wasserkräfte unserem Bedürfnis nicht mehr genügen, dann

werden wir aus jener Quelle alle Energie schöpfen, die notwendig

ist, um die Arbeit der Welt zu vollenden.

Dann werden die Zentren der Industrie in die glühenden Wüsten

der Sahara verlegt werden, und der Wert des Landes wird danach

gemessen werden, inwieweit es geeignet ist für die Aufstellung

der großen ›Sonnenstrahlenfallen‹.

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256

-279

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Klaus Kornwachs





politisch




Economy

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Hypothese:

Die Energiewende wirkt sich verändernd auf die

Entwicklung in anderen Schlüsseltechnologen aus.

Die „öffentlichen“ Triebkräfte der Energiewende sind:

• Klimaschutzziele

• Ausstieg aus der Kernenergie in Europa (Betrieb,

Entsorgung, Brennstoff)

• 50% effizienter,

• 80% Erneuerbare Energiequellen,

• minus 90% Treibhausgase bis 2050 (in BW)

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Klaus Kornwachs


Politisch-Ökonomische Motive für die Energiewende

• Führerschaft in Technologien mit erneuerbarer Energie

• Führerschaft in nuklearen Entsorgungstechnologien

• Impulse für Smart Grids und Speichertechnologien

zum Export

• Unabhängigkeit von fossilen und nuklearen

Energieträgern

• Autarkie

• Neue Geschäftsmodelle

Inhärente Zielkonflikte

Entkopplung von Wachstum des Wohlstandes von

der Zunahme des Ressourcenverbrauchs

Klimaschutzzielenur mit Energiewende?

Landschaftsschutz

Mikroökonomischleistbar

Makroökonomischtragbar

NIMBY – not in my backyard

Faire Verteilung von Vor-

und Nachteilen

Entsorgung

Versorgungs

sicherheit

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Klaus Kornwachs


Agenda setting

• Smart Grids als Voraussetzung für dezentrales

Energiemanagement

• Förderung dezentraler Speichertechnologien

• Impulse für Smart Grids und Speichertechnologien

• Anreize für Investitionen in smarte Lösungen

• Regulatorische Freiräume

• Zielkonflikte klar erkennen und benennen

Klaus Kornwachs




2. Umgang mit Energie: Begrifflich, historisch,

technisch, politisch




Economy

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Fast alles …

Das Wachstums des Energiebedarfs ist ein Spiegel des

Wachstums des Bedarfs an dem, was man alles mit

Energie machen kann – also auch unseres Verhaltens

Primär: Substitution von Arbeitsleistung

Mobilität

Aufrechterhaltung von Strukturen

Kommunikation

Produktion

Entsorgung

aber: > 50% Heizen und Kühlen

Klaus Kornwachs


• Bereitstellung von Energie zum Gebrauch bedeutet, dass die Freisetzung der Energie kontrolliert, nicht plötzlich geschehen muss. Je größer das Volumen der Bereitstellung, umso schwieriger die Kontrolle. Dies begrenzt die handhabbaren Volumen.

• Erzeugen = Umwandeln von einer verfügbaren Energieform in eine andere – nützlichere

• Speichern: Aufrechterhaltender Verfügbarkeit = Metastabiler Zustand – Gefährdung der sofortigen Freisetzung

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Klaus Kornwachs


• Transport: Trägertransport – Speichertransport Energieübertragung , -leitung = sofortiger Gebrauch

• Gebrauch Verbrauch (Erhaltungssatz) ist Verwandlung in nützliche Energieform (Bewegung, Wärme, Licht, Kommunikation etc.) minus dissipative Restenergie

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Aufschlüsselung des elektrischen Energieverbrauches in

deutschen Single-Privathaushalten (2006)http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Haushalt-Energieverbrauch.svg

Gibt es notwendige und weniger notwendige Bedürfnisse?

… und dies zu welchen Zeiten?

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Klaus Kornwachs


Bio

Sonne

Wind

Fossil

Fission

Fusion

Abfall

…

Energiewandlung, Speicherung, Verteilung

Strom

Wärme

Kraftstoff

…

Haushalte (2,19)

Industrie (2,62)

Dienstleistungen (1,3)

Mobilität (2,57)

…

( = in Petajoule/Jahr (2011)

Klaus Kornwachs


Quelle: Physik-Journal 12 (2013), Nr. 12, S. 38

Annahme: 2050 Ausbau Photovoltaik 275 GW peak verfügbar + Wind offshore + Wind onshore

Wetterkonditionen wie im Januar 2013 (dunkel, windschwach) und April 2013 (hell, windig).

Deckungslücke rot (durch konv. oder Speicher), Überschuss liegt bei Dreifachen

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Sichtweisen der Technologieentwicklung

• Die schrittweise Ersetzung

• Nutzen externer Energie

• Ersetzen energetischer durch informationelle Prozesse

• Nutzen von Information

• Erzeugen von Information

Klaus Kornwachs


|1800 |1900 | 2000

1. Industrielle Revolution Einführung mechanischer Produktionsanlagen

2. Industrielle Revolution Arbeitsteilige Massenproduktion von Gütern mit Hilfe

elektrischer Energie (Fordismus, Taylorismus)

3. Industrielle Revolution Elektronik, IKT weitere

Automatisierung

4. Industrielle

Revolution

(Industrie 4.0)Das entstehende

Produkt steuert den

Produktionsprozess

selbst

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|1800 |1900 | 2000

1. Industrielle Revolution 2. Industrielle Revolution

3. Industrielle Revolution

4. Industrielle

Revolution (4.0)

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Abbildung nach

http://www.oekosystem-

erde.de/html/energiegeschichte.

html, in Anlehnung an Barbara

Murck: Environmental

Science. A Self-Teaching

Guide.Wiley, N.Y. 2005 und BP

Statistical Review of World

Energy June 2011/

Internat. Energieagentur Key

Energy Statistics 2010.

Rocco, Bainbridge, Tonn, Whitesides (2013), p. 378

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Klaus Kornwachs



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Klaus Kornwachs


Leistung aller neu installierten Kernkraftwerke (durchgezogener Rahmen) bzw. aller zerstörten oder

permanent stillgelegten Kernkraftwerke (gepunkteter Rahmen) - aufgeschlüsselt nach Jahren und

Ländern. In der Legende sind ISO-3166-1-Codes der Länder angegeben. Der Saldo ist (Leistung

neu installierter Kraftwerke) - (Leistung zerstörter / permanent stillgelegter Kraftwerke).

http://de.wikipedia.org/wiki/Kernenergie

Klaus Kornwachs





politisch




Economy

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Klaus Kornwachs


Vier Stufen des Energieverwertungsprozesses:

Erschließung der Primärenergiequelle

Verfügbarkeit und Manipulation der Energieträger (Transport, Speicherung)

„Verbrauch“ (= dissipative Umwandlung in Wärme, Kraft,

Bewegung, Strahlung, Prozesse)

Entsorgung von Abfallenergie und den aus dem

Verwertungsprozess resultierenden Abfallstoffen (erneuerbare Träger, Minimierung und Nutzung von Abfallenergie)

nR: Fossil

Kern

R: Sonne

Biomasse

Wind

Wasser

Gezeiten

Wellen

Strömung

Geothermie

Biomasse

Treibstoffe

Ethanol

Wasserstoff

Druckuft

½ mv2= mg h

Glucose

Ladung

Freisetzen

Verbrennen

Umwandeln

Nutzen

Nachnutzung

Verbringung

Entstückung

Abbauen

Lasten Vorteile

Erschließung

der P.-E.-Quelle

Verfügbarkeit der

Energieträger

“Verbrauch” Nutzung

Entsorgung

Abfallenergie

Abfall Träger

nE Bergbau Kohle, Uran, Gas

E Kollektoren

Anbau

Windräder

Staumauer, Turbine

Sperren

Bohren

nE Grundbesitz

E tägliche Proliferation

Grundbesitz

verfügbarer Wind

Grundbesitz, Gravitation

Freiheit der Meere

Grundbesitz

Umwandlung

Konvektionierung

Lagerhaltung

Transport (Trassen)

Vertrieb

Handelsspannen

Geschäftsmodelle

Preis des Energieträgers

Preis der Energiemenge

Wirkungsgrad der Umwandlung

Umwandlung (Geräte)

Nutzung- alles, was man mit

Energie machen kann

Schutz vor Abwärme, Strahlung etc.

Lagern Unschädllich machen

Schutz von Mensch und

Umwelt

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Öffentlich, Industrie, Privat Lasten Vorteile

Erschließung

der P.-E.-Quelle

Verfügbarkeit der

Energieträger

“Verbrauch” Nutzung

Entsorgung

Abfallenergie

Abfall Träger

nE Bergbau Kohle, Uran, Gas

E Kollektoren

Anbau

Windräder

Staumauer, Turbine

Sperren

Bohren

nE Grundbesitz

E tägliche Proliferation

Grundbesitz

verfügbarer Wind

Grundbesitz, Gravitation

Freiheit der Meere

Grundbesitz

Umwandlung

Konvektionierung

Lagerhaltung

Transport (Trassen)

Vertrieb

Handelsspannen

Geschäftsmodelle

Preis des Energieträgers

Preis der Energiemenge

Wirkungsgrad der Umwandlung

Umwandlung (Geräte)

Nutzung- alles, was man mit

Energie machen kann

Schutz vor Abwärme, Strahlung etc.

Lagern, Unschädllich machen

Schutz von Mensch und

Umwelt

Klaus Kornwachs


Womit man bei der Energiewende Geld verdienen kann:

• mit systemisch Technologien, die Erzeugung + Transport

+ Verteilung + Speicher + Verbrauch + Dienste intelligent

vernetzen

• mit IKT gestützte Plattformen für den Austausch von

Daten (Steuersignalen, Messdaten, Daten zur Aktorik …)

• mit der Organisation von Märkten (regionale und zentrale)

für den Handel mit regionaler Flexibilität

• mit Speicherung

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politisch




Economy

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• Energie als Gut bedarf einer gerechten Verteilung. Die Ökonomisierung ist ein Versuch hierzu. Ob man letztlich einen Strommarkt als wachsend klassisch konzipieren kann, ist fraglich. Alternativ wäre Energie als Allmende zu verstehen. Dies würde ein anderes Modell der Bewirtschaftung erfordern.

These

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Büro für Kultur und Technik33H.-J. Bullinger, K. Kornwachs: Die neuen Technologien Strukturen und

Anwendungen. In: Marchtaler Pädagogische Beiträge 9 (1986), S. 7 19

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DER SPIEGEL Nr. 49 vom 1.1.2.2014, S. 76

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Zwischen genau

diesen Ebenen

werden

Geschäftsmodelle,

Regeln und

Akzeptanzfragen

entschieden

Quelle: BDI – Nach: Untergruppe IKT, Smart Grids 9.4.2013

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o Systemtheoretische Analysen und

Darstellungen der organisatorisch-technischen

Zusammenhänge (Hardware, IKT, Organisation ,

Geschäftsmodelle, Zeitstrukturen

Auf dieser Ebene

entscheidet die

verfügbare

Technologie

Quelle: BDI – Nach: Untergruppe IKT, Smart Grids 9.4.2013

Klaus Kornwachs





politisch



5. Intelligente Verteilung: Smart Grids brauchen eine

Smart Economy

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Klaus Kornwachs


Beitrag der Smart Grids zur Energiewende:

Kopplung der unterschiedliche Energiequellen und -senken

Lastmanagement (Netzweinspeisung Verbrauch)

Einspeisungs- und Verbrauchsspitzen von vielen 1000 MW

gefährden die Netzstabilität

Speichermanagement

Auflösung der klassischen Wertschöpfungskette (Erzeugung

– Verteilung – Vertrieb) in dezentrale Strukturen

Neuen Rolle der Akteure: Netzbetreiber, Energieversorger,

Telekommunikation, Energiedienstleister, Prosumer

Klaus Kornwachs


Neu:

Nicht nur die Informations-und Kommunikationstechnik

intelligenter machen

nicht nur die Technik mittels Informations- und

Kommunikationstechnik verbessern

sondern auch das Verfügbarmachen von Energie intelligent

organisieren

dezentral

nachhaltig und umweltfreundlich

gesellschaftsverträglich

wirtschaftlich

fair

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Warum speichern:

• Reduzierung der Abhängigkeit vom Versorger, Autarkie

des Verbrauchers

• Dezentrales Puffern von Angebot und Verbrauch (Spitzen)

• Lücke zwischen Erzeugung und Bedarf

• Überschüssige Energie später nutzbar machen

• Notstromversorgung

• Stabilisierung des Netzes

• Vereinfachung des Smart Grid

• Einkaufen, wenn billig, verbrauchen oder verkaufen,

wenn teuer

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Speichermöglichkeiten

Pumpspeicher

Wärme / Kältespeicher

Druckluftspeicher

Rotationsspeicher

Batterien

Power to Gas (P2G)

Netz als Speicher?

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Verbesserungen von Technologien seit 1990Starner (2002). S. 1

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F. Schüth: Energiespeicher der Zukunft. In: Spektrum der Wissenschaft April

2012, S. 72, und Physik Journal 13 (2014), Nr. 10, S. 33

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Klaus Kornwachs


Wachstumstreiber für Energieverbrauch:

• Energiehunger der Schwellenländer

• Unser Mobilitätswünsche

• Unsere Konsumgewohnheiten

• Industrielle Prozessenergie

• Unkluge Steigerungen in Technologie und Wirtschaft

Klaus Kornwachs


Wachstumstreiber für Energieverbrauch:

• Energiehunger der Schwellenländer

• Unser Mobilitätswünsche

• Unsere Konsumgewohnheiten

• Industrielle Prozessenergie

• Unkluge Steigerungen in Technologie und Wirtschaft

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Wachstumstreiber bei der Energiewende:

Technologische Innovationen und Preise

Die Energiewende könnten den Prosumern (Producer

und Consumer) attraktive wirtschaftliche Anreize zur

Eigenerzeugung und Energieverbrauchsreduktion

bieten.

Wenn sich Veränderungen des eigenen Verhaltens

rechnen, dann tut sich was.

Die Lastwechsel in den Tages-, Wochen- und Jahreszyklen betragen

mehrere GigaWatt pro h. Um die Netze stabil zu halten und die

Verschwendung von installierter Leistung zu vermeiden, müssen die

Lastwechsel dringend ausgeglichen oder gepuffert werden.

Dazu werden thermische Speicherwerke in der Dimension von

Großkraftwerken und von Chemie-Anlagen notwendig. Diese Kraft-

Wandlungs- & Speicherzentren hätten auch die Fähigkeit, überschüssige

elektrische Energie in Methan, Octan oder Cetan zu wandeln. (Power to

Gas)

Technologisch hinsichtlich des noch zu erreichenden Wirkungsgrades

umstritten

M. Doster, Dekra, Sitzung TN IKT acatech Nov. 2014

Für dieses Industrieprogramm müssten hohe 2-stellige Milliarden EUR

Beträge investiert werden.

Zur Finanzierung könnte eine Investment/Fonts- oder Beteiligungs-

Gesellschaft oder Genossenschaft „Energie-Versorgungs-

Lebensversicherung“ nach EU-Recht gegründet werden,

Die Anteilseigner sind Eigentümer der Anlagen zur Energieerzeugung, der

Energiespeicherung und der Energieübertragung.

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Klaus Kornwachs Office for Culture and Technology

• Weder der Energieverbrauch noch der Rohstoffverbrauch (wofür auch immer) wird beliebig wachsen. Dies wird auf Dauer die klassischen Bewirtschaftungsmodelle und Verbrauchergewohnheiten ändern. Die Gesellschaft wird sich an Fließgleichgewichte gewöhnen und ihre Adaptionsfähigkeit weiter entwickeln müssen.

• Das alte Rollenmuster: Erzeuger, Netzbetreiber, Technik-Hersteller, Verbraucher wird sich auflösen und delokalisieren

• Genossenschaftliche Modelle könnten dezentral wichtiger werden als zentralistische Vorstellungen

These zur Diskussion

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Contact

Prof. Dr. Klaus Kornwachs

ehem. Lehrstuhl für Technikphilosophie

BTU Cottbus

Erich Weinert Strasse 1 / LG 10

03044 Cottbus

Studienzenhtrum für Geisteswissenschaften

Universität Ulm Oberer Eselsberg N14

89069 Ulm

Tel.: 0731-50-23460

Büro für Kultur und Technologie

Strickers Höhe 22

88260 Argenbühl-Eglofs

Email: klaus @ kornwachs.de

Home Page www. kornwachs,de

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Klaus Kornwachs


Weiterführende Literatur:

Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 10/2012

BDI: Ebenen der Smart Grids. Nach: Untergruppe IKT, Smart Grids 9.4.2013

Bebel, August: Die Frau im Sozialismus S. 428/429

Binder, Jann: - Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) - Smart Grids-

Plattform Baden Württemberg 1. Sitzung Arbeitsgruppe „Beitrag zur Energiewende“ Stuttgart IHK, 18.03.2013

Bullinger H.-J., Kornwachs, K: Die neuen Technologien Strukturen und Anwendungen. In: Marchtaler Pädagogische

Beiträge 9 (1986), S. 7 19

Bullinger, Hans-Jörg (Hrsg.): Technologieführer - Grundlagen, Anwendungen, Trends. Springer, Berlin Heidelberg

2007

Murck, Barbara : Environmental Science. A Self-Teaching Guide.Wiley, N.Y. 2005 und BP Statistical Review of

World Energy June 2011/ Internat. Energieagentur Key Energy Statistics 2010. In: http:// www.oekosystem-

erde.de/html/energiegeschichte.html,

Rocco, M.; Bainbridge, W.; Tonn, B.; Whitesides, G. (eds.): Convergence of Knowledge, Technology and Society.

Springer, Cham, Heidelberg 2013

RWE Energie AG: Energiefluss Deutschand 1995 http:// dh.drsnet.de/dh/v6/?page=6&perpage=10

Starner, T.: Technology Trends Favor Thick Clients for User-Carried Wireless Devices. Georgia Institute of Technology

2002, S. 1

Thomson, J.J.: Address of the President of the British Assoc. for the Adv. Of Science. In: Science (30) 1909, 256-279

VDI - Verein Deutscher Ingenieure: Technikbewertung - Begriffe und Grundlagen. Richtlinie 3780. Düsseldorf 1991

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