Der Anschluss von Gebäuden an ein sektorübergreifendes, dezentrales Energiesystem ist ein bewährtes Mittel, um mehr erneuerbare Energiequellen zu integrieren und die Energieeffizienz weiter zu steigern. Der Betrieb solcher hochgradig vernetzten Energiesysteme wird jedoch immer mühsamer. Daten und Algorithmen werden der Schlüssel sein, um diese Schwierigkeiten zu überwinden und das volle Potenzial der innovativen Systeme zu erschließen.
Zur Erreichung des Klimaziels von Netto-Null-Treibhausgasemissionen im Jahr 2050Es besteht die dringende Notwendigkeit, das derzeitige Energiesystem zu verändern. Die heutigen Konzepte basieren oft auf einem Top-down-Ansatz mit einem allwissenden technischen Blaupause zu integrieren erneuerbare Energiequellen wie Wind, Wasser, Sonne, Erdwärme und Biomasse, während gleichzeitig das Stromnetz gestärkt wird. Aber auch ein Bottom-up-Ansatz ist vielversprechend, um die Widerstandsfähigkeit des Energiesystems zu erhöhen. Dezentrale Energiesysteme die Erhöhung der Selbstversorgung oder die Einbeziehung der Verbraucher verbessern die Anpassungsfähigkeit und Flexibilität des Energiesystems. Kurzum, Teilsysteme auf lokaler, nachbarschaftlicher Ebene bieten neue Möglichkeiten, erhöhen aber auch die Komplexität, insbesondere im Betrieb.
Um die richtigen Weichen für die Bewältigung der Herausforderungen dezentraler Energiesysteme zu stellen, hat das Schweizerische Kompetenzzentrum für Energieforschung in Gebäuden und Quartieren, SCCER FEEB&D, folgende Themen identifiziert sechs Paradigmenwechsel die sich auf Lösungen beziehen, die die Transformation des Gebäudebestands und des derzeitigen Energiesystems in Richtung Netto-Null-Emissionen unterstützen. Die identifizierten Paradigmenwechsel sind nicht erschöpfend, sondern fügen sich nahtlos in weitere Paradigmenwechsel aus anderen Forschungsbereichen oder in verbleibende Paradigmenwechsel ein (Abb. 1).
Ein zentrales Ergebnis ist, dass die gemeinsame Nutzung von Infrastrukturen, Technologien und Daten für die Energiewende entscheidend ist. Um Technologie, aber auch erneuerbare Energiequellen gemeinsam zu nutzen, müssen Gebäude an Infrastrukturen angeschlossen werden, z. B. an Wärme- und Kältenetze und Microgrids. Die Integration verschiedener Technologien und Energieträger schafft Raum für die Entwicklung dezentraler Energiesysteme (Abb. 2). Mit solchen lokalen Energiesystemen können erneuerbare Energiequellen und der Energiebedarf aufgrund der räumlich engen Vernetzung effizient gesteuert werden. Teure Technologien können gemeinsam genutzt werden, so dass wirtschaftlich attraktive Systeme gebaut und betrieben werden können. Die gemeinsame Nutzung bezieht sich auch auf eine wirksame Integration lokaler Energiesysteme in die breitere regionale oder nationale Energieversorgung, z. B. in Strom- und Gasnetze. Für den Betrieb der künftigen CO2-freien Energiesystems in einer zuverlässigen, wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Weise müssen die Betriebsaufgaben auf jeder Systemebene, von der Ebene der Gebäude über die Städte bis hin zu den Nationen, neu definiert werden.
So weit so gut, aber das Teilen erhöht die Komplexität des Energiesystems. Werden verschiedene Technologien kombiniert, entsteht ein interagierendes System, das nicht nur Energie, sondern auch Informationen austauscht. Die zusätzlichen Verbindungen erfordern mehr Informationen, um das Design und vor allem den Betrieb zu beherrschen. Daten und Algorithmen sind der Schlüssel, um das volle Potenzial solcher komplexen Systeme zu erschließen. Virtuelle Assistenten werden benötigt, um den kontinuierlichen Informationsaustausch zu fördern. Sie sorgen dafür, dass die Energieversorgung kontinuierlich an die Bedürfnisse der Verbraucher, aber auch an die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien angepasst wird.
Verbindungen ermöglichen den Übergang, erfordern aber Vertrauen
Meine erste Schlussfolgerung: Der Austausch von Informationen ist notwendig. Je umfassender die dezentralen Energiesysteme aufgebaut werden, desto mehr Informationen müssen ausgetauscht werden. Daher müssen sich die Zusammenhänge im physischen, städtischen Raum im virtuellen, digitalen Raum widerspiegeln. Die digitale Ebene der dezentralen Energiesysteme wird dafür sorgen, dass die interagierenden Technologien effizient und effektiv als Gesamtsystem betrieben werden können. Aber wollen Hausbesitzer und Bewohner ihre Häuser intensiver vernetzen und sowohl Daten als auch Energie austauschen?
Zur Erreichung eines hohen Niveaus an Akzeptanz bei den Teilnehmern für dezentrale Energiesysteme müssen drei Bedingungen und zwei Voraussetzungen erfüllt sein. Die drei Bedingungen sind (i) die unbedingte Einhaltung der Datenschutz zusammen mit der Sicherstellung sowohl (ii) Daten und (iii) Energieversorgung Sicherheit. Auf dieser Grundlage kann ein vertrauensvolles Umfeld geschaffen werden, das eine effektive gemeinsame Nutzung von Daten und Energie.
Um einen intensiven Daten- und Energieaustausch zu gewährleisten, muss als erste Voraussetzung festgestellt werden, dass die gemeinsame Nutzung von Nutzen ist. Der Nutzen kann monetär und nicht-monetär sein. Nicht-monetäre Vorteile sind zum Beispiel die Versorgung mit lokaler erneuerbarer Energie, der CO₂-freie Betrieb der Gebäude oder der Zugang zu anderen Dienstleistungen wie Carsharing.
Die zweite Voraussetzung, die es zu schaffen gilt, ist die mühelose und genussvolle Teilnahme am dezentralen Energiesystem. Das Energiegeschäft ist ein Pfenniggeschäft. Täglich müssen Hunderte und Tausende von Entscheidungen getroffen werden, um den wirtschaftlichen, ökologischen und nutzerbezogenen Nutzen zu maximieren. Aber der monetäre Wert einer jeden Transaktion sehr gering ist. Außerdem sind die Transaktionen oft sehr wiederholbar. Es ist unvorstellbar, dass sich die Nutzer aktiv an einem solchen Geschäft beteiligen und ständig Entscheidungen auf der Grundlage ihrer Erfahrungen mitteilen. Verhalten oder Vorlieben an den Betreiber des lokalen Energiesystems.
Virtuelle Assistenten spielen eine Rolle bei der nutzerzentrierten Systemoptimierung
Meine zweite Schlussfolgerung: Die Teilnehmer an dezentralen Energiesystemen werden durch ihre virtuellen Assistenten vertreten. Virtuelle Assistenten sind digitale Vertreter, die alle Transaktionen abwickeln, die notwendig sind, um das Energiesystem nach den Vorgaben der Eigentümer zu betreiben. Diese digitalen Assistenten sind ständig in den Entscheidungsprozess eingebunden, um z. B. die Nutzung erneuerbarer Energien zu maximieren, die Netze zu stabilisieren, die Kosten zu minimieren oder den Komfort zu erhöhen, wenn sie nicht anwesend sind. Da solche Entscheidungen nur geringe Erträge abwerfen, müssen der Aufwand und die Transaktionskosten für diese Entscheidungen minimal sein.
Digitale Assistenten haben das Potenzial, unser Leben zu versüßen. Digitale Assistenten wie die elektronische Stabilitätskontrolle, Start-Stopp-Systeme, Fahrspurassistenten, adaptive Geschwindigkeitsregler usw. ermöglichen es uns, das Autofahren auf sichere und effiziente Weise zu genießen. In ähnlicher Weise sollten virtuelle Assistenten es uns ermöglichen, auf angenehme und unbeschwerte Weise an dezentralen Systemen teilzunehmen.
Digitale Innovationen im Energiesektor sind notwendig, um eine wirksame digitale Schicht für das zukünftige Energiesystem aufzubauen. Die Energieforschung muss Konzepte wie die folgenden weiterentwickeln Agentenbasierte Modellierung, Wahrnehmungsbasierte Modellierung und Stadtinformatik um den städtischen Raum und seine Bewohner ganzheitlich im digitalen Raum darzustellen (Abb. 3).
Die Regierung muss ihrerseits die Rahmenbedingungen festlegen und die Verantwortung übernehmen. ihre Aufgaben im digitalen Raum genauso wie im irdischen Raum. Heute agieren wir im digitalen Raum wie im Wilden Westen von über zwei Jahrhunderten; man muss selbst für Sicherheit und Vertrauen sorgen. Oder, bezogen auf die digitale Welt, muss man sich um die Einrichtung von Firewalls, Hackerschutz, Phishing-Filtern, Betrugsabwehr usw. kümmern. In Zukunft sollten sich Hausbesitzer und Nutzer im digitalen Raum so sicher bewegen, verwalten und genießen können, wie sie es heute in den Städten ohne Rüstungen und Waffen tun. Ihre virtuellen Assistenten werden sie dabei unterstützen, wenn es sich um kleine, langweilige und/oder sich wiederholende Tätigkeiten handelt. Wenn wir ein solches digitales Umfeld schaffen, werden viele Hindernisse für den Einsatz dezentraler Energiesysteme beseitigt.
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Eine sehr attraktive Vision der Zukunft - aber eine Vision, die noch weit von dem entfernt ist, was wir heute haben. Ich glaube, dass auf der technischen Seite bereits viele Zutaten vorhanden sind, aber es fehlt noch viel in der Art und Weise, wie wir die Zukunft der Energie in der Praxis angehen.
Ist die Information der Engpass des zukünftigen Energiesystems in der Schweiz, wie in diesem Artikel behauptet wird? Ich bezweifle es. Vielmehr wird es der Strom und die Heizenergie im Winter sein, denn Strom aus Solarenergie und Wasserkraft werden die zukünftigen Strom- und Energielieferanten sein, und da die Sonne im Winter sehr wenig scheint, wird viel Strom aus Energiespeichern kommen müssen. Die Frage wird also lauten: Können wir im Winter den Strom produzieren, den wir dann für die Wärmepumpen, die Elektroautos und den ganzen Rest brauchen. Batterien und Speicher allein werden als Speicher nicht ausreichen, sondern es wird wohl auch gespeicherter Wasserstoff - oder in einem weniger dezentralen Energiesystem der garantierte Stromfluss aus dem europäischen Netz - benötigt werden.
Auch der Austausch von Informationen aus dezentralen Systemen kann helfen - vor allem, wenn es darum geht, in Zeiten der Knappheit zu sparen.
Vielen Dank für den Kommentar. Ihre Analyse ist treffend. Aber es stellt sich die Frage, warum solche dezentralen Lösungen nicht umgesetzt werden. Die Technologie ist vorhanden, und das Potenzial zur Kostensenkung ist ebenfalls vorhanden. Meiner Meinung nach mangelt es an Informationen, die die Verbreitung solcher Technologien und Lösungen auf dem Markt in großem Maßstab ermöglichen würden.