Roy, Daniel Thomas: Intelligente Energiesysteme der Zukunft: Die Entwicklung von Smart Metering und Smart Grid im Jahre 2025. Hamburg, Diplomica Verlag GmbH 2015 Buch-ISBN: 978-3-95934-596-5 PDF-eBook-ISBN: 978-3-95934-096-0 Druck/Herstellung: Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2015 Covermotiv: pixabay.de Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
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Vorwort Zentrales Anliegen der vorliegenden Untersuchung ist es, den Einfluss von Smart Metering und Smart Grid auf die deutsche Energiewirtschaft im Jahre 2025 mit Hilfe der Szenarioanalyse zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden insgesamt 18 Experten von neun verschiedenen Marktparteien in knapp 19 Stunden befragt sowie 18 Fragebogen verschickt von denen 17 in der Studie Verwendung fanden. Die Interviews wurden in 93 Seiten transkribiert und einer qualitativen Inhaltsanalyse unterzogen. Zusätzlich wurden 204 Onlineartikel sowie 49 Studien und Artikel auf die gleiche Weise analysiert. So konnten im Verlauf der Szenarioanalyse drei Einflussbereiche mit fünf Untergruppen, 116 Einflussfaktoren, 21 Trends, 12 Schlüsselfaktoren sowie 34 Trendbruchereignissen identifiziert werden, die maßgeblich den Untersuchungsgegenstand beeinflussen. Darauf aufbauend wurden die vier konsistenten Szenarien „The Green Age“, „Zweibahnstraße“, „Agenda 2025“ sowie „Berlicon Valley“ formuliert, Chancen und Risiken für jedes Szenario erarbeitet sowie Handlungsempfehlungen für Energieversorger entwickelt. Das Szenario „The Green Age“ ist von einem positiven Ausblick geprägt, bei dem Staat, Unternehmen und Bürger von der gesamtgesellschaftlichen „grünen“ Nachhaltigkeit profitieren. Das negative Szenario „Zweibahnstraße“ stellt die gehemmte Entwicklung auf Unternehmensseite und eine schwache gesetzliche Regulierung auf der anderen Seite dar, die die Marktdurchdringung der smarten Technologien erheblich beeinträchtigen. In dem Pfadszenario „Agenda 2025“ werden Maßnahmen und Initiativen eines starken Staates vorgestellt, der durch klare Gesetze Investitionsunsicherheiten für Unternehmen mildert und die Bürger nachhaltig sensibilisiert. „Berlicon Valley“ beschreibt, wie länder- und branchenübergreifende Dialoge, Kooperationen und Investitionen Jung und Alt zugute kommen. Die drei Haupttreiber bzw. -hemmnisse sind die Effizienzvorgaben aus dem 202020Ziel, die in Deutschland zu einem erhöhten Anteil an regenerativen Erzeugern führen, die unklare nationale Gesetzeslage, die große Investitionsunsicherheit zur Folge hat, sowie die unzureichende Aufklärung des Endkunden über die Vorteile und Möglichkeiten von Smart Meter/Metering/Grid.
Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis ............................................................................................. 5 Tabellenverzeichnis ................................................................................................. 6 Abkürzungsverzeichnis............................................................................................ 7 1
2
3
Einleitung ......................................................................................................... 9 1.1
Motivation und Zielsetzung ...................................................................... 9
1.2
Aufbau der Studie .................................................................................. 11
Umfeldanalyse der Energiewirtschaft ............................................................ 12 2.1
Regulatorisches Umfeld......................................................................... 12
2.2
Akteure der Wertschöpfungskette.......................................................... 14
2.3
Intelligente Technologien ....................................................................... 17
2.3.1
Zeitgeist „Smart“............................................................................. 17
2.3.2
Smart Metering............................................................................... 19
2.3.3
Smart Grid...................................................................................... 22
Szenarioanalyse als Untersuchungsmethode................................................ 26 3.1
Grundlagen ............................................................................................ 26
3.2
Informationsquellen................................................................................ 29
3.2.1
Literaturanalyse.............................................................................. 30
3.2.2
Expertenbefragung......................................................................... 31
3.2.3
Szenario-Team............................................................................... 33
3.3 4
Prozess .................................................................................................. 33
Ergebnisse der Szenarioanalyse ................................................................... 38 4.1
Einflussanalyse ...................................................................................... 38
4.1.1
Identifikation von Einflussbereichen............................................... 38
4.1.2
Einfluss-Matrix und System-Grid.................................................... 39
4.2
Deskriptoren........................................................................................... 41
4.2.1
Schlüsselfaktoren........................................................................... 41
4.2.2
Trends ............................................................................................ 49
4.2.3
Trendbruchereignis ........................................................................ 52
4.3
Konsistenz-Bewertung ........................................................................... 53
3
5
Szenarien und Konsequenzanalyse .............................................................. 54 5.1
5.1.1
Szenario ......................................................................................... 54
5.1.2
Chancen & Risiken......................................................................... 57
5.2
Zweibahnstraße ..................................................................................... 58
5.2.1
Szenario ......................................................................................... 58
5.2.2
Chancen & Risiken......................................................................... 60
5.3
Agenda 2025.......................................................................................... 61
5.3.1
Szenario ......................................................................................... 61
5.3.2
Chancen & Risiken......................................................................... 64
5.4
Berlicon Valley ....................................................................................... 65
5.4.1
Szenario ......................................................................................... 65
5.4.2
Chancen & Risiken......................................................................... 69
5.5 6
The Green Age ...................................................................................... 54
Handlungsempfehlungen für Energieversorger ..................................... 69
Diskussion ..................................................................................................... 72 6.1
Zusammenfassung ................................................................................ 72
6.2
Kritische Würdigung und Ausblick ......................................................... 73
Anhang .................................................................................................................. 76 Literaturverzeichnis................................................................................................ 95
4
Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Suchanfragen "Smart Meter", "Smart Metering, "Smart Grid"................... 10 Abb. 2: Wertschöpfungskette der Energieversorgung ........................................... 15 Abb. 3: Die Smart-Grid-Vision ............................................................................... 25 Abb. 4: Vorgehensweise der Szenarioanalyse ...................................................... 26 Abb. 5: Szenario-Trichter....................................................................................... 29 Abb. 6: Interviewpartner......................................................................................... 32 Abb. 7: Prozess der Szenarioanalyse.................................................................... 35 Abb. 8: Aggregationsstufen der Szenarioanalyse.................................................. 38 Abb. 9: Einfluss-Matrix........................................................................................... 39 Abb. 10: System-Grid und Auswertung nach EIDOS ............................................ 40 Abb. 11: Expertenbewertung von Schlüsselfaktoren ............................................. 41 Abb. 12: Anteil der regenerativen Energien am Energie-Mix................................. 42 Abb. 13: Quantitativer Nutzen................................................................................ 43 Abb. 14: Anbieterseitiges Investitionsvorhaben..................................................... 43 Abb. 15: Nachfrageseitiges Investitionsvorhaben.................................................. 44 Abb. 16: Verfügbarkeit von Standards................................................................... 45 Abb. 17: Funktionsumfang innerhalb des Smart Grid............................................ 45 Abb. 18: Grad der Vernetzung zu anderen Diensten............................................. 46 Abb. 19: Gesetzliche Regulierung ......................................................................... 46 Abb. 20: Einstellung zur Datenspeicherung........................................................... 47 Abb. 21: Liberalisierung der Strommärkte ............................................................. 47 Abb. 22: Interesse an kommerziellem Stromhandel .............................................. 48 Abb. 23: Anreize und Subventionen durch den Staat............................................ 48 Abb. 24: Bedrohung durch Cyber-Spione.............................................................. 49 Abb. 25: Konsistenzmatrix ..................................................................................... 53 Abb. 26: Szenario-Kreuz........................................................................................ 54
5
Tabellenverzeichnis Tab. 1: EnWG und MessZV – Ausgewählte Gesetze zu Smart Meter .................. 13 Tab. 2: The Green Age: Chancen & Risiken ......................................................... 58 Tab. 3: Zweibahnstraße: Chancen & Risiken ........................................................ 60 Tab. 4: Agenda 2025: Chancen & Risiken............................................................. 64 Tab. 5: Berlicon Valley: Chancen & Risiken .......................................................... 69 Tab. 6: Treiber und Hemmnisse ............................................................................ 73
A-Tab. 1: Gesetzesübersicht ................................................................................. 76 A-Tab. 2: Definitionen der Szenarioanalyse .......................................................... 77 A-Tab. 3: Ansätze der Szenarioanalyse ................................................................ 79 A-Tab. 4: Schwächen der Szenarioanalyse........................................................... 82 A-Tab. 5: Stärken der Szenarioanalyse................................................................. 83 A-Tab. 6: Fragebogen............................................................................................ 87 A-Tab. 7: Trends & Trendbruchereignisse............................................................. 93
6
Abkürzungsverzeichnis &
und
$
Amerikanische Währung Dollar
€
Europäische Währung Euro
AG
Aktiengesellschaft
akt.
Aktualisierte
AMI
Advanced Metering Infrastructure
AMM
Advanced Metering Management
Aufl.
Auflage
bearb.
bearbeitet
Bd.
Band
Bill.
Billion
bzgl.
bezüglich
bzw.
beziehungsweise
CO2
Kohlenstoffdioxid (Treibhausgas)
ca.
circa
EIT
European Institute of Innovation and Technology
EnWG
Energiewirtschaftsgesetz
et al.
et alii (und andere)
erw.
erweitert
etc.
et cetera (und das Übrige)
EU
Europäische Union
EVU
Energieversorgungsunternehmen
e.V.
eingetragener Verein
f.
folgende
ff.
fortfolgende
GmbH
Gesellschaft mir beschränkter Haftung
HAN
Home Area Network
Hrsg.
Herausgeber
Inc.
Incorporation
IKT
Informations- und Kommunikationstechnologie
IP
Internet Protocol
IT
Informationstechnologie
Jg.
Jahrgang
KIC
Knowledge and Innovation Communities
KWK
Kraft-Wärme-Kopplung
7
Ltd.
Limited
MessVZ
Messzugangsverordnung
Mio.
Million
MIT
Massachusetts Institute of Technology
Mrd.
Milliarden
Nr.
Nummer
o.V.
ohne Verfasser
Q
Quartal
S.
Seite
t
Tonne
TWh
Terrawattstunde
USA
United States of America
überarb.
überarbeitete
übers.
übersetzt
u.a.
unter anderem
vgl.
vergleiche
z.B.
zum Beispiel
8
1
Einleitung „Die Dekarbonisierung des Energieverbrauchs stellt eine Jahrhundertaufgabe exorbitanten Ausmaßes dar.“1
1.1
Motivation und Zielsetzung
Im Dezember 1997 beschlossen 34 Nationen das in die Geschichte eingegangene internationale Abkommen „Kyoto-Protkoll“. Übergeordnetes Ziel war die Reduzierung der weltweiten CO2-Emission.2 Jedoch nahm seitdem das jährliche Emissionsvolumen stetig zu, da wachsende Volkswirtschaften in CO2-intensive Infrastrukturen investieren und der Energie- und Transportbedarf weltweit ansteigt.3 Allein in den letzten 35 Jahren hat sich der Energieverbrauch global verdoppelt.4 Weltweit gestiegene Emissionen und Energieverbräuche sowie veraltete Energieinfrastrukturen erhöhen den Handlungsbedarf. 5 Durch die veränderte Wahrnehmung des Klimas verwundert es daher nicht, dass die Weltöffentlichkeit immer genauer auf Ereignisse wie die in 2009 stattgefundene Klimakonferenz in Kopenhagen schaute. Im gleichen Jahr schuf die Europäische Union (EU) das Ressort „Klima“ und auch das durch Deutschland übernommene Ressort „Energie“ soll sich den energiepolitischen Herausforderungen annehmen.6 Die politischen Rahmenbedingungen leiteten bereits 1998 die Liberalisierung der Energiemärkte ein – ein Paradigmenwechsel mit weitreichenden Konsequenzen.7 „Energie ist der Motor der Weltwirtschaft.“8 Im Jahre 2008 wurden weltweit € 36,5 Bill. in Branchen erwirtschaftet, in denen Energie von Bedeutung ist.9 Im gleichen Jahr förderte die Volksrepublik China ihr Energieversorgungsnetz mit ca. $ 35 Mrd.10 Die Vereinigten Staaten stellten im Rahmen des „Green New Deal“ im Jahr 2009 eine Summe in Höhe von $ 54 Mrd. zur Verfügung, von denen allein ca. $ 11 Mrd. für intelligente Technologien bereitgestellt wurden.11 In den nächsten Jahren wird die Tendenz nicht abnehmen. So schätzt die Europäische Union, dass in Europa bis zum Jahr 2030 Investitionen von ca. € 390 Mrd.12 für Netz-
1
Focus MediaLine (2009), S. 30. Vgl. Neves et al. (2008), S. 13. 3 Vgl. Stern (2007), S. 3. 4 Vgl. Bölke (2008), S. 63. 5 Vgl. Beard (2008), S. 8. 6 Vgl. Europäische Union (2009), Stand: 13.12.2009. 7 Vgl. Bozem (2007), S. 15f. 8 Petermann (2008), S. 7. 9 Vgl. McKinsey & Company (2009a), Stand: 23.04.2009. 10 Vgl. SmartGridNews (2009), Stand: 23.06.2009. 11 Vgl. Müller-Jung (2009), Stand: 05.07.2009. 12 Eigene Berechnung; die Europäische Kommission geht von einem nötigen Investitionsvolumen in Europa von € 500 Mrd. im Zeitraum von 2003 bis 2030 aus. 2
9
technologien aufgewendet werden.13 Das Marktpotenzial für ein nötiges Kommunikationsnetzwerk wird auf 100 bis 1000 Mal größer geschätzt als das Internet. Daher versprechen sich global agierende Unternehmen erhebliche Gewinne, wenn sie in Technologien investieren, die die Herausforderungen der Energieversorgung in der Zukunft bewältigen.
14
Die weltweit zunehmenden Forschungsaktivitäten führten z. B. in
Deutschland zu dem Leuchtturmprojekt „E-Energy“. Ziel ist es, in sechs auserwählten Modellregionen ein informations- und kommunikationstechnik (IKT)-basiertes Energiesystem der Zukunft zu erforschen – ein „Internet der Energie“. Die so untersuchten Verfahren, Produkte und Dienstleistungen auf IKT-Basis sollen helfen, CO2-Emissionen und Energiekosten zu senken sowie die Versorgungssicherheit zu erhöhen.15 Vor allem drei Technologien stoßen im Zusammenhang mit den künftigen Herausforderungen weltweit auf wachsendes Interesse: Smart Meter, Smart Metering und Smart Grid. Suchanfragen Smart Meter Smart Metering Smart Grid
2007
2008
2009
Abb. 1: Suchanfragen "Smart Meter", "Smart Metering, "Smart Grid"16
Die Verminderung von Treibhausgasemissionen und die Sicherung der Energieversorgung sind Schlüsselfragen unserer Zeit, die auch in der hochindustrialisierten Wirtschaft Deutschlands zunehmend in den Fokus rücken. 17 Allerdings sind zukünftige Entwicklungen von Unsicherheiten geprägt, die durch eine Vielzahl von Faktoren und Trends beeinflusst werden. Szenarien sollen helfen mit der Unsicherheit und der Komplexität umzugehen.18 Vor dem Hintergrund der immensen Herausforderungen von Klimaschutz und Energieeffizienz ist es das Ziel der vorliegenden Untersuchung, mittels der Szenarioanalyse
13
Vgl. Europäische Kommission (2006), S. 12. Vgl. Economist (2009), S. 69. 15 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (2009), S. 13, Eberspächer (2009), S. 1. 16 Basierend auf Googletrends (2010); Suchbegriff: „Smart Meter“, „Smart Metering“ und „Smart Grid“, Stand: 10.01.2010. 17 Vgl. Bardt (2005), S. 4, Block et al. (2008), S. 4. 18 Vgl. Mietzner / Reger (2007), S. 143. 14
10
