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12/3/2014
1
Klaus KornwachsUniversität Ulm, acatech München, Berlin,
Büro für Kultur und Technik, Argenbühl
1
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
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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‹.
Über
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In:
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30)
1909,
256
-279
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Büro für Kultur und Technik6
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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
Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik8
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
Büro für Kultur und Technik9
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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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
Büro für Kultur und Technik12
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
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Klaus Kornwachs
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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
Büro für Kultur und Technik
• 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
Büro für Kultur und Technik
• 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
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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
Büro für Kultur und Technik
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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Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik19
Sichtweisen der Technologieentwicklung
• Die schrittweise Ersetzung
• Nutzen externer Energie
• Ersetzen energetischer durch informationelle Prozesse
• Nutzen von Information
• Erzeugen von Information
Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik20
|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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Rocco, Bainbridge, Tonn, Whitesides (2013), p. 106
Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik
Rocco, Bainbridge, Tonn, Whitesides (2013), p. 378
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Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik25
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
Büro für Kultur und Technik26
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
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Büro für Kultur und Technik27
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
Büro für Kultur und Technik30
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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Büro für Kultur und Technik31
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
Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik
• 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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Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik33H.-J. Bullinger, K. Kornwachs: Die neuen Technologien Strukturen und
Anwendungen. In: Marchtaler Pädagogische Beiträge 9 (1986), S. 7 19
Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik
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
Büro für Kultur und Technik38
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
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Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik39
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
Büro für Kultur und Technik40
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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Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik41
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
Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik42
Speichermöglichkeiten
Pumpspeicher
Wärme / Kältespeicher
Druckluftspeicher
Rotationsspeicher
Batterien
Power to Gas (P2G)
Netz als Speicher?
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Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik
Verbesserungen von Technologien seit 1990Starner (2002). S. 1
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Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik
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
Büro für Kultur und Technik45
Wachstumstreiber für Energieverbrauch:
• Energiehunger der Schwellenländer
• Unser Mobilitätswünsche
• Unsere Konsumgewohnheiten
• Industrielle Prozessenergie
• Unkluge Steigerungen in Technologie und Wirtschaft
Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik46
Wachstumstreiber für Energieverbrauch:
• Energiehunger der Schwellenländer
• Unser Mobilitätswünsche
• Unsere Konsumgewohnheiten
• Industrielle Prozessenergie
• Unkluge Steigerungen in Technologie und Wirtschaft
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Klaus Kornwachs
Büro für Kultur und Technik47
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
49
50
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
Büro für Kultur und Technik
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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