Energetica: Energiesysteme spielerisch lernen

Energetica ist ein quelloffenes, webbasiertes Multiplayer-Spiel, das die Komplexität von Energiesystemen auf spannende und unterhaltsame Weise erforscht. Die Spieler müssen strategische Entscheidungen treffen und sich dabei realen Herausforderungen wie Marktschwankungen, Klimaauswirkungen und begrenzten Ressourcen stellen. Das Spiel verbindet Spielspaß mit pädagogischem Wert, Energetica fördert kritisches Denken und Zusammenarbeit mit dem Ziel, fundierte Diskussionen über den Energiesektor und darüber hinaus anzustoßen.

Während die Klimakrise und die Dringlichkeit der Abkehr von fossilen Brennstoffen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft gut bekannt sind, bleibt es eine Herausforderung, den besten Weg in eine nachhaltige Zukunft zu finden. Energiesysteme sind von Natur aus komplex, miteinander verbunden und voller Kompromisse zwischen Kosten, Zuverlässigkeit, Umweltauswirkungen und sozialer Akzeptanz. Erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne können beispielsweise kohlenstoffarmen Strom erzeugen, erfordern aber teure Speicher- und Backup-Systeme.

In öffentlichen Debatten wird diese nuancierte Dynamik oft auf vereinfachende Darstellungen reduziert, wobei übersehen wird, dass der beste Weg nach vorn kontextabhängig sein wird. Es bedarf eines sorgfältigen Gleichgewichts zwischen mehreren sich ergänzenden technischen Lösungen. Fakten und Zahlen allein reichen nicht aus, um die realen Folgen der heutigen Energieentscheidungen zu vermitteln. Um dieses Verständnis zu schaffen, bedarf es innovativer Instrumente, die die Kluft zwischen Experten und der Öffentlichkeit überbrücken, die Energiesysteme zugänglich machen und einen informierten Dialog fördern.

Diese Herausforderung inspirierte zur Entwicklung von Energetica, einem kostenlosen, webbasierten Serious Game mit mehreren Spielern. Die Spieler schlüpfen in die Rolle von Energiemanagern und müssen sich mit schwierigen Entscheidungen auseinandersetzen, mit denen die Akteure in der realen Welt konfrontiert sind. Durch einen spielerischen Ansatz fördert Energetica kritisches Denken und einen sinnvollen Dialog und macht die Energiewende zugänglicher und engagierter.

Ein detailliertes und strategisches Spiel

Ihr Kernstück, Energetica geht es um Entscheidungsfindung. Die Spieler wählen zunächst einen Standort auf einer Karte mit sechseckigen Feldern (Abbildung 1), die jeweils einzigartige Merkmale wie die Verfügbarkeit von Ressourcen (Kohle, Gas, Uran, Wind, Wasser, Sonne) und die Anfälligkeit für Klimarisiken aufweisen. Beginnend mit Basistechnologien wie Dampfmaschinen müssen sich die Spieler durch strategische Investitionen und Forschung einen Weg zu fortschrittlichen Energielösungen bahnen.

Abbildung 1: Der Energetica-Spielplan besteht aus 331 sechseckigen Feldern, von denen jedes über einzigartige Ressourcen und Klimarisiken verfügt. Jeder Spieler darf sich nur für einen Standort entscheiden. Diese Entscheidung ist entscheidend für seine Strategie im Spiel.

Die Tiefe des Spiels liegt in der komplizierten Mechanik, die reale Energiesysteme nachahmt:

Strategische Investitionen: Die Spieler können in eine Vielzahl von energiebezogenen Projekten investieren, einschließlich des Baus von Kraftwerken (Abbildung 2), Speicheranlagen, Ressourcenabbau und der Forschung nach neuen Technologien. Jede Investition ist mit einzigartigen Vorteilen und Einschränkungen verbunden, so dass die Spieler Faktoren wie Baukosten, Betriebskosten, Emissionen, Kraftstoffverbrauch, Geschwindigkeit der Leistungssteigerung, Effizienz und Lebensdauer abwägen müssen. Durch die Erforschung von Technologien werden neue Anlagen freigeschaltet und deren Leistung verbessert. Das Spiel bietet auch funktionale Einrichtungen, die für das Spiel wichtig sind, vor allem Industrien, die unterschiedliche Mengen an Strom verbrauchen und gleichzeitig Einnahmen generieren.

Abbildung 2: Ein Beispiel für drei der 14 im Spiel verfügbaren Energieanlagen mit den dazugehörigen Informationen.

Dynamischer Strommarkt: Der Strombedarf eines Akteurs wird durch den industriellen Verbrauch, laufende Bau- und Forschungsprojekte bestimmt. Die Spieler müssen mit schwankenden Verbrauchsmustern umgehen und sich im Laufe der Zeit an die steigende Nachfrage anpassen. Durch den Beitritt zu einem Netz können sie mit anderen Spielern Strom handeln, indem sie Gebotspreise für jede Erzeugungskapazität und Nachfrageart festlegen. Jede Minute berechnet der Markt dynamisch den Gleichgewichtspreis und die Gleichgewichtsmenge auf der Grundlage dieser Angebots- und Nachfragekurven (siehe Abbildung 3). Dieses System ermöglicht es den Akteuren, mit Preisstrategien zu experimentieren, und fördert so die Möglichkeiten für Innovation, Zusammenarbeit - oder rücksichtslosen Wettbewerb.

Abbildung 3: Grafische Darstellung der Nachfrage- und Angebotskurven für Strom auf dem Markt (alle Grafiken im Spiel sind interaktiv). Das Marktoptimum (roter Punkt) wird dynamisch berechnet und bestimmt den Preis, zu dem Strom gekauft und verkauft wird. Die Spieler können ihre eigenen Angebotspreise für jede ihrer Anlagen festlegen.

Gemeinsame Klimaauswirkungen: Die CO₂-Emissionen der Akteure stammen aus verschiedenen Quellen, darunter der Betrieb von Kraftwerken, der Bau neuer Energie- und Rohstoffgewinnungsprojekte oder auch Klimaereignisse wie Waldbrände. Diese Emissionen tragen zu einem gemeinsamen atmosphärischen Pool bei, der den globalen Temperaturanstieg vorantreibt (Abbildung 4) und Klimaereignisse auslöst, die alle Akteure betreffen. Diese Dynamik schafft einen starken Anreiz für kollektives Handeln und verdeutlicht gleichzeitig die Folgen der Untätigkeit. Das Spiel beinhaltet auch Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, wodurch CO₂ aus der Atmosphäre entfernt wird, was mit Energiekosten verbunden ist. Da die Vorteile jedoch global geteilt werden, haben die ersten Spieler einen Nachteil.

Abbildung 4: Grafik der globalen Durchschnittstemperaturanomalie, die den Anstieg der Durchschnittstemperatur in den letzten zwei Jahren (im Spiel) durch die Emissionen der Spieler veranschaulicht.

Energetica gibt es keine einzige optimale Strategie. Der Erfolg hängt vom Standort des Spielers, den verfügbaren Ressourcen, den Wetterbedingungen und den Entscheidungen der anderen Spieler ab.

Für diejenigen, die diese komplexen Zusammenhänge näher erforschen möchten, ist die Energetica wiki bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der Spielmechanik und gibt einen Einblick in die Tiefe und den Realismus des Designs.

Lehren durch Spielen

Das Bildungspotenzial von Spielen ist immens, wird aber oft übersehen, vor allem bei erwachsenen Lernenden. Energetica zeigt, wie Spiele genutzt werden können, um komplexe Themen auf eine zugängliche und ansprechende Weise zu vermitteln. Während eines Pilotversuchs an der ETH Zürich zeigten die Studierenden ein hohes Maß an Engagement, arbeiteten zusammen, um die Spielmechanik zu verstehen und experimentierten mit verschiedenen Strategien. Dieser praxisnahe Lernansatz half ihnen, wichtige Energiekonzepte zu verstehen, darunter die kritische Rolle von schnell anlaufenden Kraftwerken bei der Reaktion auf schwankende Stromnachfrage oder -erzeugung und die Mechanismen der Energiemärkte, z. B. warum das Bieten zu Grenzkosten oder -erlösen oft die optimalste Strategie ist. Dies sind nur zwei Beispiele für die vielen Erkenntnisse, die die Spieler durch Energetica.

Frühere Durchläufe des Spiels haben auftauchende Verhaltensweisen gezeigt, die durch Spielerentscheidungen gesteuert werden - Ergebnisse, die nicht vorprogrammiert sind, sondern sich natürlich aus den dynamischen Systemen des Spiels ergeben. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass steuerbare Kraftwerke, die für Netzflexibilität sorgen, die Marktpreise selbst bei relativ geringer installierter Kapazität erheblich beeinflussen. Auf dem Ressourcenmarkt trieb der Wettbewerb zwischen mehreren Akteuren die Preise in die Nähe der Grenzkosten, während ein einzelner Ressourcenanbieter weit höhere Preise erzielen konnte. Ein weiteres bemerkenswertes Verhalten war die Tendenz der meisten Akteure, zunächst "sauberen" Technologien den Vorzug zu geben. Ein Akteur nutzte jedoch häufig die niedrigen Produktionskosten von Kohlekraftwerken aus und verursachte erhebliche Emissionen, die sich auf alle Akteure auswirkten und die Herausforderungen kollektiven Handelns unterstrichen.

Mit Energetica können die Spieler sehen, wie sich ihre Entscheidungen auswirken, und sie gewinnen ein differenzierteres Verständnis der realen Energiesysteme - ein Wissen, das unserer Meinung nach für einen fundierten öffentlichen Diskurs und für Maßnahmen entscheidend ist.

Eine offene Einladung zur Zusammenarbeit

Energetica ist derzeit als Betaversion verfügbar unter energetica.ethz.chund wir sind sehr daran interessiert, mit der Gemeinschaft der Energiewissenschaftler zusammenzuarbeiten, um das Spiel zu verfeinern und zu verbessern. Indem wir das Projekt zu einem Open-Source-Projekt machen, das kostenlos gespielt werden kann, hoffen wir, seinen gesellschaftlichen Nutzen zu maximieren und jedem, der sich für dieses Projekt interessiert, den Zugang zu ermöglichen.

Wir laden Sie ein, das Spiel zu testen, seine Funktionen zu erkunden und uns Ihr Feedback mitzuteilen. Egal ob Sie Forscher, Pädagoge oder Enthusiast sind, Ihre Erkenntnisse werden uns helfen, das Spiel zu verbessern Energetica als Instrument für Lernen, Diskussion und Innovation.

Gemeinsam können wir eine Gemeinschaft aufbauen, die Spiele nutzt, um die Herausforderungen unserer Zeit besser zu verstehen und zu bewältigen. Wenn Sie Fragen oder Ideen für eine Zusammenarbeit haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren. (felixvonsamson@gmail.com)