In einer Betrachtung des Energiesektors müssen die technischen und organisatorischen Veränderungen der Erzeuger und die Erwartungen der Endkunden holistisch vereint werden. Besonders die Konzepte der Smart Grids, des Energy-Internets sowie neuartige Speichersysteme sind im Fokus. Der Frage, wie sich diese beiden Welten vereinen lassen, widmet sich der nachfolgende Artikel.

Der verbreitete Einsatz digitaler Technologien verändert zahlreiche Branchen und Industriezweige. Dieser Wandel zeigt sich in neuen Serviceangeboten für Kunden, der Leistungserbringung sowie in der Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Akteuren innerhalb der Branche. Im deutschen Energiesektor ist dieser Wandel unter gesellschaftspolitischen Aspekten zu sehen. Beispielhaft seien die klima- und energiepolitischen Ziele der Bundesregierung und der verpflichtende Einbau intelligenter Messsysteme genannt. Vereinzelt sind die Veränderungen für Akteure in der Literatur aufgeführt. Ganzheitliche Betrachtungen des Energiesektors und der Einfluss aufkommender Technologien wie Micro Grids, Home Energy Management Systems oder Speichertechnologien werden kaum beschrieben. Aber welche Auswirkungen haben digitale Technologien auf den holistischen Energiemarkt? Ist eine Veränderung in diesem stark regulierten Markt utopisch? Inwiefern lassen sich Forschungsergebnisse in die Praxis übertragen? Welche Herausforderungen entstehen dabei? In einer ganzheitlichen Betrachtung des Energiesektors haben wir die technischen und organisatorischen Veränderungen der Erzeuger und die Erwartungen der Endkunden vereint und die Veränderung der Wertschöpfung aufgezeigt. 

Was sieht die Forschung? Obwohl der Energiesektor durch staatliche Auflagen stark reguliert wird, führen Fortschritte in Bereichen wie IoT oder Big Data zu neuen Entwicklungen im Aktionsgebiet des Energiesektors. Wissenschaftliche Fachartikel zeigen verschiedene Entwicklungen auf, die sich allesamt in gewissen Punkten überschneiden und gegenseitig ergänzen, wenn auch ohne Berücksichtigung aller gängigen regulatorischen Maßnahmen. Allen voran lassen sich Veränderungen immer im Kontext der steigenden Energienachfrage und dem Wunsch nach mehr Nachhaltigkeit zuordnen. Besonders die Energiegewinnung durch erneuerbare Energien soll diese Forderungen aufgreifen und wird – nicht nur in Deutschland – zunehmend von Verbrauchern gefordert und gefördert. Aus diesen Trends implizieren neue Technologien mit strategischer Relevanz für verschiedene bestehende und neue Akteure im Sektor. Übergreifend sind besonders die Konzepte der Smart Grids, des Energy-Internets sowie neuartige Speichersysteme im aktuellen Fokus von Forschungsprojekten.

Während Smart Grids mit der Informatisierung und Intellektualisierung des bestehenden Stromnetzes bereits seit geraumer Zeit diskutiert und – beispielsweise durch die immer mehr Einzug nehmenden Smart Meter – erprobt werden, erweitert das Energy Internet diese Vision deutlich. Zukünftig sollen alle Akteure, von der Produktion über das Netzmanagement bis zum Endverbraucher, miteinander vernetzt sein. Das gesamte Stromnetz soll sich zu einem bi-direktionalen System zur Übertragung von Strom und Informationen entwickeln. Alle Akteure werden so in einem Peer-to-Peer-Netzwerk miteinander vernetzt und teilen Informationen zum Energieverbrauch jeder Entität miteinander. Alle Teilnehmer könnten so flexibel über Angebot und Nachfrage kommunizieren und das Netz selbstständig managen – zentrale Stellen entfallen. Die Vision könnte wiederum die Ausgangssituation für ein übergreifendes Demand-Side-Management sein. Anstatt wie bisher nur im industriellen Kontext schwankende Lasten zu steuern, könnten Autarkie anstrebende Kleinstnetze, sogenannte Micro Grids, Schwankungen durch erneuerbare Energien dynamisch untereinander ausgleichen. Auf Grundlage von Distributed-Ledger-Technologien und IoT-basierten Messstellen entstehen Local Energy Markets. Ein digitales Ökosystem, in dem Produzenten, Prosumer und Konsumenten Strom als ein Commodity-Produkt automatisiert und zu flexiblen Preisen handeln. Auch Privatpersonen könnten dann produzierten Strom selbst vermarkten oder etwa an Speicherdienstleister weitergeben. Auch der Zusammenschluss von vielen dezentralen Erzeugungsanlagen als virtuelle Kraftwerke und damit als neuartiges Konkurrenzverhältnis zur konventionellen Energieerzeugung wird in der Forschung diskutiert.

Speichertechnologien kommt aufgrund der tagesspezifischen Schwankungen bei erneuerbaren Energien eine besondere Bedeutung in der Forschung zu. Besonders die Verbindungen von verschiedenen Speichertechnologien sollen mögliche Lösungen für den steigenden Anteil an erneuerbaren Energien darstellen, der anderweitig beispielsweise die Frequenzregulierung zunehmend erschwert.

Was bringt die Zukunft? Insgesamt wurde eine Vielzahl an bestehenden und neuen Akteuren identifiziert, die einen Wandel des Energiemarktes beeinflussen. Dieser Artikel befasst sich mit drei Bereichen des Wertschöpfungsnetzwerks: dem Wandel der Energieversorgungsunternehmen (EVU), den technologischen Herausforderungen für Netzbetreiber und der Entstehung neuer Leistungsmodelle durch die Endanwender und Industrieunternehmen.

Sinkende Margen und preissensitive Konsumenten zwingen EVUs in eine Erweiterung ihres energieunabhängigen Leistungsangebots und Modernisierung der Kundenbeziehungen. Durch Digitalisierung und Automatisierung entstehen drei neue Servicearten im Portfolio der EVUs: Full-Service-Dienstleistungen, Package Deals und digitale Produkterweiterungen. Durch die Kombination von Stromversorgungs- und Internetverträgen oder die Bereitstellung einer Eigenerzeugungsanlage ergeben sich Synergien. Eine weitere Möglichkeit sind Package Deals, die einen neuen Serviceschnitt enthalten und sich stärker an den Endkundenbedürfnissen orientieren. Ähnlich wie bei Internetverträgen kauft der Kunde eine verbrauchsunabhängige Leistung, die an eine Verfügbarkeit gebunden ist – etwa eine konstante Raumwärme über das Jahr hinweg. EVUs haben am Markt eine gute Chance, ihre Position durch digitale Zusatzprodukte, beispielsweise im Bereich Smart Home, auszubauen. Technologieunternehmen können die Hard- und Software bereitstellen. Die lokalen Integrationsdienste, etwa die digitale Steuerung von Wärmepumpen oder Ladestationen, verbleiben in der Verantwortung der EVUs. Unabhängig von der Stromversorgung bieten mehrere EVUs auch Dienstleistungsangebote an – Beratungsleistungen oder stromunabhängige Dienstleistungen.

Für den Endkunden sind insbesondere Änderungen an der Kundenschnittstelle zu erwarten. Durch die zunehmende Digitalisierung wird das Informationsangebot vereinfacht und die Transparenz erhöht. Der zunehmende Fokus auf Nachhaltigkeit, Kohlenstoff- und Energieeinsparungen und der Wunsch nach mehr Transparenz verstärken diese Entwicklung. Endkunden können zukünftig einen Teil zum Lastausgleich im Stromnetz beitragen. Zentral gesteuerte Speicher, HEMS (Home Energy Management System) oder private Erneuerbare-Energien-Anlagen greifen diese Möglichkeit auf. Offen bleiben regulatorische Fragen: Welche Gebühren und Steuern fallen dafür an? Welche Endgelder werden bei der Übertragung an externe Speicher erhoben? Die Einbindung der Endanwender in die Netzsteuerung unterliegt einer komplexen regulatorischen Diskussion. Ungeachtet dessen spielen Endanwender eine zentrale Rolle im Netz der Zukunft. Durch die steigende Vernetzung und den Einsatz von Erzeugungs- und Speicheranlagen erschaffen sie die Basis für die Digitalisierung und Dezentralisierung des Netzes.

Die dezentrale Erzeugung von erneuerbaren Energien gewinnt in Europa zunehmend an Bedeutung, um natürliche Gegebenheiten auszugleichen oder zu nutzen. Dadurch steigt der Bedarf an Höchstspannungsnetzen im europäischen Raum. Die Komplexität des Netzes nimmt zu – Übertragungsraten sind schwerer zu bewerten und vorherzusagen. Netzbetreiber arbeiten mit Technologieunternehmen zusammen, um die Netzüberwachung durch Drohnen, KI und vorausschauende Wartung zu automatisieren. Erneuerbare Energien sorgen zudem für Netzschwankungen. Möglichkeiten zur Prognose der Netzauslastung bieten Simulationen. Aus IT-Sicht erfordert dies skalierbare Rechenleistung und damit eine zunehmende Zusammenarbeit mit Technologieunternehmen oder Cloud-Dienstleistern. Auf der Verteilnetzebene stellt der Netzausgleich ein großes Problem dar. Er ist risikobehaftet. Speichertechnologien, Kapazitätsausgleiche, externe Zuflüsse, Micro Grids und Dezentralisierung bieten eine Lösungsmöglichkeit, erhöhen aber gleichzeitig die Komplexität – eine vollständige Automatisierung, wie in der Forschung beschrieben, ist in naher Zukunft ausgeschlossen. Konventionelle Erzeugungsanlagen gleichen aktuell Schwankungen aus. Mit einem steigenden Anteil erneuerbarer Energien muss Strom flexibel ein- und ausgespeist werden. Eine Möglichkeit ist die Umwandlung von elektrischer Energie in andere Energieträger (Power-to-X) oder die Speicherung mit dem Ziel der Rückspeisung ins Netz. Bislang steht diese Technologie in Deutschland am Anfang. Energy Storage Provider treten bereits als neue Akteure an den Markt und etablieren mittelfristig ihre Services. Ihre Kunden sind vor allem Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber, EVU und Industriebetriebe. Insbesondere das Thema Power-to-Heat wird unter dem Aspekt der Sektorenkopplung für verschiedenste Akteure relevanter und in der Zukunft an Bedeutung gewinnen. Diese beschreibt die Verbindung der Sektoren Stromversorgung, Wärmeversorgung sowie Verkehr und Industrie und kann den Wunsch nach mehr Nachhaltigkeit und Effizienzsteigerungen vorantreiben. Power-to-Heat ermöglicht so beispielsweise die Dekarbonisierung des Wärmesektors und schafft gleichzeitig eine Option zur Flexibilisierung im Energienetz. Nur durch diese Verknüpfung von Sektoren können die technischen Möglichkeiten auch um das ökonomisch Sinnvolle ergänzt werden.

Der Staat hat einen enormen Einfluss auf die Akteure und deren Aufgaben und Pflichten. In diesem Zusammenhang hat die Sicherstellung der Versorgungssicherheit den höchsten Stellenwert. Dadurch darf der Staat aber durchaus nicht einzig als Verhinderer wahrgenommen werden. Veränderungen können gleichzeitig auch – unabhängig von der Marktlage – vom Staat beschlossen und gefördert werden, was wiederum eine schnelle Umsetzung und breite Strukturveränderung ermöglicht. Beispielhaft zu nennen ist die Förderung von Wasserstoff oder Smart Metern. So wirkt der Staat als Treiber. 

Eine vollständige Veränderung des Energiesektors, wie ihn die Forschung sieht, ist auf diesem Wege jedoch nicht umsetzbar. Denn der Markt ist seit geraumer Zeit durch starke Akteure besetzt. Diese wenigen, aber starken Akteure können vorerst nicht ersetzt werden. Gleichzeitig sind sie aber auch selbst an ihr eigenes Geschäftsmodell – etwa durch die Gesetzgebung – gebunden. Daher werden disruptive Veränderungen weniger von eingesessenen Unternehmen initial angestoßen. Branchenfremde Großkonzerne finanzieren oder entwickeln neue Technologien (darstellbar am Beispiel Tesla) und bieten diese im Energiesektor an. Oder Innovationen entstehen in Start-ups, die aktuell vermehrt von Unternehmen aufgekauft werden, deren Geschäftsmodell noch auf konventionellen Energieträgern beruht (insbesondere Mineralölkonzerne), um mit neuen und vor allem »grüneren« Dienstleistungen am Markt aufzutreten (Ladesäulen-Anbieter etc.). 

Ob und wie schnell sich der Sektor in seiner Gesamtheit letztendlich verändern wird, ist abhängig vom Innovationsdruck. Das zeigt sich besonders deutlich bei den Angeboten von Speicherdienstleistungen. Durch den hohen Anteil von erneuerbaren Energien in Deutschland, der zu starken Schwankungen im Energienetz führt, ist die Notwendigkeit von Energiespeichern oder Möglichkeiten zur Umwandlung gegeben. Doch durch das eng verbundene EU-Netz und mögliche Ausgleichspunkte im Ausland – denn letztendlich setzt nicht jedes Land so konsequent auf erneuerbare Energien – sind solche Dienstleistungen in Deutschland bisher obsolet. Hier zeigt sich, dass durch den fehlenden Innovationsdruck die Geschwindigkeit der Entwicklung solcher Angebote verringert wird. Fehlt aber ein solcher Ausgleich, wie etwa in Großbritannien oder wenn perspektivisch auch andere Länder ihren Anteil konventioneller Energieerzeugung reduzieren, steigt der Innovationsdruck und Speicherdienstleister werden stärker auf den Markt drängen. Wir haben letztendlich die Möglichkeit, den Innovationsdruck über staatliche Auflagen und über die Nachfrage der Konsumenten zu steuern, und können damit die Geschwindigkeit der Veränderung selbst entscheiden. Achten Endkunden beispielhaft vermehrt auf erneuerbare Energien, als Konsument oder als Prosumer, oder zeigen sie die Bereitschaft zur privaten Nutzung von Speichertechnologien, kann sich eine Veränderung noch einmal wesentlich anders entwickeln. 

Zusammenfassung: Was die Forschung will und die Praxis braucht. Betrachtet man das Bild, das die Forschung aufwirft, zeigt sich ein gänzlich neuer Energiesektor. Neue Technologien verändern die bestehenden Rollen der Akteure oder lösen diese letztendlich sogar vollständig auf. Ob diese Veränderungen aber ökonomisch sinnvoll und gar umsetzbar sind, wird sich erst zeigen müssen. Die Auswirkungen der aktuellen Forschungsthemen sind in vielen Branchen zum jetzigen Zeitpunkt als klein zu bewerten. Der Energiesektor ist ein komplexes System, das sich aufgrund von Regulierungen, langen Amortisationszeiten und langsamen Innovationszyklen nur schrittweise natürlich verändert. Die mögliche Stärke des Wandels wird sich in den nächsten Jahrzehnten verdeutlichen, wenn die analogen Komponenten im Netz getauscht werden, was den Weg ebnet für ein digitalisierteres Netz, welches die Ausgangslage für viele Visionen darstellen kann. Ein Aufbruch der Strukturen einzig durch das technisch Mögliche ist zum aktuellen Zeitpunkt nicht zu erwarten. Es liegt folglich an uns, durch den Staat und durch unser Konsumverhalten die Akteure zu Innovationen zu lenken und zu zwingen. Daraus ergeben sich eine Vielzahl an neuen Services für Endkunden und Geschäftsmodelle für Unternehmen – die sie teilweise nicht nur ergreifen sollten, sondern dies auch müssen, um in Zukunft noch Bestand zu haben.

Lizette Reinhardt, Masterstudentin Wirtschaftsinformatik
und Digitale Transformation, Universität Potsdam

Julian Zietemann, Masterstudent Wirtschaftsinformatik
und Digitale Transformation, Universität Potsdam,
IT-Management-Berater, LEXTA – Part of Accenture

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