Energie für Deutschland

144 Pages·2017·7.53 MB·German

Energie für Deutschland
Fakten, Perspektiven und Positionen
im globalen Kontext | 2017
SCHWERPUNKTTHEMA:
BLOCKCHAIN – DIGITALER TREIBER FÜR DIE ENERGIEWENDE
Impressum
Energie für Deutschland 2017
Redaktionsschluss: April 2017
Herausgeber:
Weltenergierat – Deutschland e.V.
Gertraudenstraße 20 | 10178 Berlin
Deutschland
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E [email protected]
www.weltenergierat.de
WEC_Deutschland
Verantwortlich im Sinne des Presserechts (V.i.S.d.P.):
Dr. Carsten Rolle, Geschäftsführer
Redaktion:
Redaktionsgruppe „Energie für Deutschland“, Vorsitz: Dr. Hans-Wilhelm Schiffer
Nicole Kaim-Albers
Druck:
DCM Druck Center Meckenheim GmbH
www.druckcenter.de
Titelbild:
© madgooch – Fotolia.com
Bilder S. 124–126, 132, 134: © Weltenergierat – Deutschland
Bilder S. 127–129: © Weltenergierat – Deutschland/Ole Spata
Bilder S. 130–131: © World Energy Council
Bild S. 133: © BMWi
Vorwort
Vorwort
Grenzen gesetzt, wie unser Kapitel 2.6 „Energiepolitik in
den USA“ beleuchtet – durch die Kompetenz der Bun-
desstaaten und durch die Dynamik der Märkte.
Einen Beleg dafür, dass sich weltweit Marktdesigns und
Anforderungen an das System verändern, liefert auch die
„Blueprint“-Umfrage innerhalb unseres weltweiten Netz-
werks. Hier zählen neben der Digitalisierung der Ausbau
der Stromnetze, Speichertechnologien und die Sektoren-
kopplung zu den Themen höchster Relevanz. Energie-
wenden gibt es auch in anderen Ländern, jedoch aus
unterschiedlichen Gründen. Während 45 Prozent der
Europäer Klimaschutz als wichtigste Motivation angaben,
waren dies außerhalb Europas nur 5 Prozent. Dort sind
Liebe Leserin, lieber Leser,
die Treiber vor allem der Hunger nach sicherer Energie
kein Land stuft den Einfluss der Digitalisierung auf die (27 Prozent) und Wirtschaftswachstum (36 Prozent).
Geschäftsmodelle in der Energiewirtschaft höher ein als
Die deutsche Energiewende dient zwar vielerorts als In-
Deutschland: Eine überraschende Erkenntnis unseres
spiration, wird aber aus unterschiedlichen Gründen nicht
jährlichen „World Energy Issues Monitor 2017“. Dies un-
als Blaupause für die Welt gesehen. Vier von fünf Befrag-
terstreicht einmal mehr die Pionierrolle, die der deutsche
ten gaben an, dass zumindest Teile davon in ihrem Land
Energiemarkt für neue Technologien weltweit besitzt.
adaptiert werden könnten. Mit rund 20 Prozent am häu-
Die Blockchain-Technologie ist eine dieser neuen „digita- figsten genannt wurde die Reduktion der Treibhausgas-
len Treiber für die Energiewende“, und damit mehr als emissionen. Zur Erinnerung: Hinsichtlich des Klima-
nur ein Modewort. Als echter Hoffnungsträger für ein schutzes schnitt in unseren „World Energy Scenarios“
zukünftiges „Internet der Energie“ lassen sich hierbei dasjenige Zukunftsszenario am erfolgreichsten ab, das
Angebot und Nachfrage in Echtzeit darstellen. Der Strom- auf einer breiten internationalen Kooperation fußt. Aller-
handel beispielsweise wäre damit direkt zwischen Erzeu- dings reicht es in keinem unserer Szenarien zur Einhal-
ger und Verbraucher möglich, ohne einen vermittelnden tung des 2-Grad-Ziels aus. Dazu wäre eine Verringerung
Dritten. Die Vorteile liegen auf der Hand: Transaktions- der CO2-Intensität von jährlich 6 Prozent erforderlich –
kosten werden drastisch gesenkt, der Handel wird und eine internationale Kooperation über lange Zeiträu-
schneller, aber auch sicherer, da die Datenhoheit bei je- me in bisher nicht dagewesenem Ausmaß. Ein starkes
dem einzelnen Teilnehmer liegt. Doch da nichts so ein- Argument, die Arbeit in unserem globalen Energienetz-
fach ist, wie es klingt, müssen vor Markreife noch einige werk weiterhin zu unterstützen und zu verstärken.
Hürden bewältigt werden, vor allem rechtlicher und regu-
Im „Jahr der Entscheidungen“ 2017 werden die Weichen
latorischer Natur.
für die Zukunft gestellt: Kann auf dem G20-Gipfel im Juli
Die Digitalisierung ist nur eines der zentralen Themen im in Hamburg eine nachhaltige globale Transformation der
Issues Monitor 2017. Auch die Bedeutung von Speichern Energiesysteme angestoßen werden? Welche energiepoli-
und dezentralen Energiesystemen bestimmt immer stär- tischen Pläne wird die neue Bundesregierung nach der
ker die Agenda. Global gesehen bleiben vor allem das Wahl im September verfolgen? Und wie wird die UN-Kli-
verlangsamte Wirtschaftswachstum sowie die volatilen makonferenz COP 23 im November in Bonn das Pariser
Rohstoffpreise die Sorgenkinder, die die Entscheider in Weltklimaabkommen weiter vorantreiben? Ich freue mich
der Energiebranche nachts wach halten. Geopolitisch hat gemeinsam mit Ihnen auf ein ereignisreiches Jahr mit
die Unsicherheit um den energie- und klimapolitischen weiteren innovativen Entwicklungen und Lösungsansät-
Kurs der USA das Thema „Russland“ abgelöst. Mit dem zen für unsere Branche.
„America First Energy Plan“ wird die Ausrichtung der
neuen US-Regierung deutlich. Sie zielt ab auf eine stär-
kere Energieunabhängigkeit, die Schaffung neuer Ar-
beitsplätze und das Ankurbeln des Wirtschaftswachs-
tums. Auch internationale Abkommen werden dabei in
Frage gestellt. Erste Vorhaben wurden bereits umgesetzt, Dr. Uwe Franke
doch dem Gestaltungsraum der US-Regierung sind Präsident, Weltenergierat – Deutschland e.V.
3
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1. Blockchain – digitaler Treiber für die Energiewende
7
Executive Summary 8
1.1 Einführung 9
1.2 Funktionsweise und Evolution 13
1.3 Systematisierung Blockchain 16
1.4 Nutzen der Blockchain-Technologie in der Energiewirtschaft 19
1.5 Pilotprojekte in der Energiewirtschaft, Anwendungen, Impulse 23
1.6 Chancen und Herausforderungen, technologische, rechtliche und
regulatorische Grenzen 27
1.7 Empfehlungen und Ausblick 28
2. Energie in der Welt
31
2.1 Zahlen & Fakten 32
2.2 Perspektiven der weltweiten Energieversorgung bis
zum Jahr 2060 41
2.3 Klimaverhandlungen COP 22 in Marrakesch 51
2.4 Klimapolitische Instrumente unter besonderer Berücksichtigung von
Emissionshandeslsystemen 53
2.5 Die globale Entwicklung erneuerbarer Energien 56
2.6 Energiepolitik in den USA 59
2.7 Liquefied Natural Gas – Entwicklungen und Perspektiven 64
3. Energie in der Europäischen Union
69
3.1 Zahlen & Fakten 70
3.2 Das „Winterpaket“ der EU 80
3.3 Die Reform des EU-Emissionshandels 83
3.4 Aufteilung der grenzüberschreitenden Strompreiszone 85
3.5 Ausschreibungen für Offshore-Windenergie in Europa 86
4
Inhaltsverzeichnis
4. Energie in Deutschland
89
4.1 Zahlen & Fakten 90
4.2 Klimaschutzplan 2050 106
4.3 Sektorkopplung in Deutschland 108
4.4 Energiespeicher im geologischen Untergrund für die Energiewende 113
4.5 Netzausbau in Deutschland – Status & Ausblick 117
5. WEC Intern
121
World Energy Council und Weltenergierat – Deutschland 122
5.1 Höhepunkte 2016/2017 123
5.2 Publikationen 2016/2017 136
5.3 Gremien des Weltenergierat – Deutschland 139
6. Abkürzungsverzeichnis
141
7. Energieeinheiten
142
5

Schwerpunktthema:
Blockchain – digitaler Treiber
für die Energiewende*
„Wie beim Internet ist Blockchain eine offene, globale Infrastruktur, auf der weitere
Technologien und Anwendungen aufgebaut werden können. Und wie das Internet erlaubt
sie es den Menschen, Intermediäre zu umgehen, wodurch Transaktionskosten reduziert
oder sogar eliminiert werden.“
Quelle: Mihaela Ulieru, Founder and President, IMPACT Institute for the Digital Economy @ World Economic Forum, 2016.
1
* Der Weltenergierat – Deutschland dankt den Autoren dieses
Schwerpunktkapitels, Robert Schwarz und Dr. Eckart Lindwedel,
ausdrücklich für die vorliegende Analyse und Bewertung.
Robert Schwarz, Dr. Eckart Lindwedel, Pöyry Management Consulting
E-Mail: [email protected], [email protected]
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Blockchain – digitaler Treiber für die Energiewende
Executive Summary
Blockchain (englisch für Blockkette) scheint genau die Blockchain ist damit die digitale Lösung, die hilft, eine
Technologie zu sein, um dezentrale Energieversorgungs- Echtzeit-Energiewirtschaft aufzubauen, die das Angebot-
strukturen sicher umzusetzen und damit der Energie- und Nachfragegeschehen regelt und auch auf kleinsten
wende neuen Schub zu verleihen. Die Blockchain-Tech- Nachbarschaftsmärkten physikalische Stromflüsse in
nologie genießt daher bei Entscheidern in der Energie- Echtzeit mit geringen Transferkosten umsetzt.
wirtschaft aktuell sehr hohe Aufmerksamkeit.
Für die Energiewirtschaft sind mit Blockchain nicht nur
Blockchain ist eine dezentrale Datenbank, deren Einträ- neue Geschäftsmodelle oder Abläufe möglich, sondern
ge unwiderruflich gespeichert und theoretisch nicht ma- Optimierungspotenzial wird für schlanke Transaktions-
nipuliert werden können. Eine Transaktion kommt sofort prozesse, insbesondere bei kleinteiligen spezifischen
zustande, nachdem die beteiligten dezentralen Knoten Transaktionswerten, erschließbar.
oder Parteien ihre Bedingungen, unter denen sie einer
Transaktion/Entscheidung zustimmen würden, in der Prominente energiewirtschaftliche Pilotanwendungen
Blockchain dokumentiert und deren Erfüllung verifiziert sind TransActive Grid aus den USA, Powerledger aus
haben. Der Einsatz von Blockchain ermöglicht Energie- Australien sowie das Enerchain-Stromgeschäft aus
marktteilnehmern eine Reihe von Vorteilen: Deutschland. Ein bereits kommerziell eingeführtes Pro-
dukt ist das Transaktions- und Authentifizierungsverfah-
1. Vereinfachtes Einbinden von zahlreichen, kleinen, ren „Blockcharge“ an Ladestationen für Elektro-Fahrzeu-
dezentralen, erneuerbaren Erzeugungsanlagen in ge.
das Strom-Verteilsystem
Herausforderungen beziehen sich auf den Energiever-
2. Reduzieren und Einsparen von Prozessschritten, brauch verbunden mit dem Einsatz der Technologie, eine
Transaktionen und damit Verringern von Transakti- geringe Skalierbarkeit, technische Implementierungspro-
onskosten für die Abwicklung einer Energielieferung bleme sowie Unklarheiten über adäquate Organisations-
formen der Blockchain.
3. Höhere, vertrauensbildende Transparenz und gleich-
zeitig höhere Datensicherheit – Stichwort Herkunfts- Darüber hinaus sind vor allem die rechtlichen und regu-
nachweis latorischen Fragestellungen hervorzuheben. Dazu zählen
beispielsweise die rechtliche Einordnung der sogenann-
4. Verbessertes Umsetzen von Flexibilitätsprodukten ten „Smart Contracts“, ein lückenhafter Rechtsrahmen
zur Glättung der fluktuierenden Einspeise- und Ver- hinsichtlich des Betriebes von Blockchain-Technologien,
braucherprofile die Haftung und Rückabwicklungsmöglichkeiten der Ver-
tragsparteien und vor allem die Fragen des Datenschut-
5. Vereinfachen der Regulierung (direkte Beteiligung ei- zes.
nes Regulierers an theoretisch jeder Transaktion und
damit Echtzeitdokumentation) Wir erwarten, dass Blockchain in den kommenden zwei
bis drei Jahren in der Energiewirtschaft vor allem in hy-
6. Geringeren Aufwand für die nachträgliche Lastvertei- briden Formen Fuß gefasst hat und entsprechende An-
lung (Redispatching), die aufgrund von Fehlprogno- wendungen marktreif sein werden. Damit steht erstmals
sen erforderlich wird eine digitale Technologie zur Verfügung, die neue,
schnelle, sichere und wirtschaftliche Prozesse und Ab-
Die Blockchain ebnet damit dem „Internet der Dinge“ läufe, insbesondere für die dezentrale Echtzeit-Energie-
den Weg und öffnet dem „Internet der Energie“ Tür und wirtschaft ermöglicht und sich so als Industriestandard in
Tor, weil auch ein direkter Tür-zu-Tür-Verkauf von Elektri- transaktionsintensiven Bereichen etabliert.
zität aus privaten Erzeugungsanlagen an Nachbarn in
räumlicher Nähe, ohne „Zwischeninstanzen“, z. B. mit
Blockchain-Technologie möglich ist.
8
Blockchain – digitaler Treiber für die Energiewende
1.1 Einführung
2017 dürfte als das Jahr der Blockchain in künftige energiewirtschaftliche Publikationen eingehen – analog dem Jahr
1999, das als Jahr der Liberalisierung der europäischen Energieversorgung in Erinnerung geblieben ist. Die bisher bekannt
gewordenen und teilweise auch erprobten Blockchain-Technologien eröffnen bereits heute Chancen für die Energiewirt-
schaft. Sie ermöglichen neue Formen der Abwicklung von Transaktionen, indem sie zentrale Abrechnungsstellen oder
Broker verdrängen, oder deren Aufgaben mindestens optimieren können.
Blockchain kann besonders sinnvoll dort zum Einsatz kannt gemacht wurde, ist generell geeignet, dezentra-
kommen, wo Informationen zuverlässig sowie kosten- le Strukturen in einem Echtzeitumfeld umzusetzen
günstig verwaltet, verifiziert und verbreitet und eine Viel- und in diesem Umfeld Daten bzw. datenbegleitete
zahl an Transaktionen durchgeführt werden müssen. Warenströme zu verfolgen. Das gilt auch für den Ver-
Was technisch grundsätzlich möglich ist und auch in der kauf von oder den Handel mit elektrischer Energie –
Energiewirtschaft sinnvoll erscheint, bedarf zur prakti- vor allem im Bereich der erneuerbaren Energien.
schen Umsetzung neben der Lösung technischer und
rechtlicher Fragestellungen auch der Modifikation des Die Entwicklung in der Energiewirtschaft schafft sinnvolle
regulatorischen Rahmens. Anwendungsbeispiele für die Nutzung, ja die Notwendig-
keit der Ausschöpfung neuer Möglichkeiten durch Block-
Aktuell werden weltweit Blockchain-Pilotprojekte mit chain.
energiewirtschaftlichem Fokus umgesetzt, die vor allem
die technologische Entwicklung vorantreiben. Sobald die- Das liegt daran, dass Daten- und Informationstrans-
se Entwicklung und deren Pilotprojekte im Ergebnis aktionen für das kleinteilige, dezentrale Energiegeschäft,
nachhaltig wirtschaftlich und skalierbar werden, wird ei- den Handel und die Bilanzierung über die heutigen zen-
ne sinnvolle Einordnung in die Rechtsnormen bzw. An- tralen Handels- und Energiedatenplattformen im Verhält-
passung der Gesetze und des regulatorischen Rahmens nis zum Transaktionswert zu aufwendig kostenintensiv
notwendig. Dafür werden Analysen anhand von spezifi- sind.
schen Pilotprojekten erforderlich, bevor man neue Ge-
schäftsmodelle etablieren kann. Dezentrale Daten-Transaktionsformen, die ohne einen
zentralen Händler, einen Aggregator oder den Vertrieb
auskommen, z. B. mit der Blockchain, lassen Nachbar-
Blockchain verschafft der Energiewende einen schaftsgeschäfte wirtschaftlich attraktiv werden. Auch
neuen Schub der zentrale Systembetrieb kann von einer dezentralen
Datenverarbeitungsstruktur profitieren.
Das Zusammentreffen zweier Entwicklungen könnte sich
positiv auf die Energiewirtschaft auswirken, d. h. gegen- Denkbar wäre, dass ein Niederspannungsnetz hinter ei-
wärtige Probleme lösen oder neue Möglichkeiten auslo- nem Ortsnetztransformator (z. B. ein Bilanzkreis mit 100
ten: Hausanschlüssen in einem Straßenzug, PV-Anlagen und
Batteriespeichern) über eine dezentrale Datenverarbei-
• Die Energiewende ist gekennzeichnet durch die De- tungsstruktur die Einspeisung und Abnahme zellular
zentralisierung der bisher zentral organisierten großen ausbalanciert. Wenn das nicht gelingt, oder technische
Erzeugungs- und Speichermöglichkeiten vorrangig auf Grenzwerte verletzt werden, wird an eine nächst höhere
Basis von Kernenergie und fossilen Energieträgern. Ebene übergeben.
Diese Anlagen werden sukzessive ersetzt durch dezen-
tral verteilte, vergleichsweise kleine witterungsabhängi- Ein solcher dezentraler „Bottom-up-Datentransaktions-
ge Erzeugungsanlagen auf der Basis regenerativer ansatz“ würde demnach die dezentrale Stromversor-
Energiequellen im Zusammenspiel mit kleinen Spei- gungsstruktur mit dem kleinteiligen Stromgeschäft und
chersystemen (stationäre oder mobile elektrische Bat- dem entsprechenden physikalischen Betrieb zellularer
terien). Die Energieversorger und Netzbetreiber sehen dezentraler Systeme vereinfachen, da die Transaktions-
sich veranlasst, hier mit neuen auf diese Strukturen prozesse für die Marktkommunikation zur Abrechnung,
zugeschnittenenen Geschäftsmodellen und gleichzei- Bilanzierung und zum Systembetrieb ohne zentrales Da-
tig kurzlebigen Produktangeboten zu reagieren und tenverarbeitungssystem auskommen könnten. Genau
kostengünstige Transaktionen zu ermöglichen. das bietet die Blockchain und kann zu einer radikalen
Transformation der gesamten Branche führen. Block-
• Die Blockchain-Technologie, die zunächst für Finanz- chain verspricht also genau die Transaktionsprozesse
transaktionen (Stichwort „Bitcoin“) genutzt und be-
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Blockchain – digitaler Treiber für die Energiewende
wirtschaftlich umzusetzen, die eine dezentrale Energie- sche und wirtschaftliche Vorteile wahrnehmen werden.
systemstruktur unterstützen. Die Politik könnte für die heute praktizierten Investitions-
anreize, Fördergelder oder Zuschüsse durch erhöhte
Blockchain scheint genau die Technologie zu sein, um Transparenz auch höhere Akzeptanz in der breiten Be-
dezentrale Strukturen effizient umzusetzen und damit völkerung erzielen durch:
der Energiewende einen Schub zu geben. Ein derartiger
Schub ist angesichts einer gedämpften Investitionstätig- • Vereinfachen der Einbindung von zahlreichen, klei-
keit in kleine dezentrale erneuerbare Energien auch nö- nen, dezentralen, erneuerbaren Erzeugungsanlagen
tig, um die gesteckten Effizienz-, Klima- und E-Mobilitäts- in das Strom-Verteilsystem
ziele zu erreichen. Die Blockchain-Technologie „fällt da-
her auf fruchtbaren Boden“. • Reduzieren und Einsparen von Prozessschritten,
> Transaktionen und damit Verringern von Transaktions-
Blockchain scheint genau
kosten für die Abwicklung einer Energielieferung
die Technologie zu sein, um
• Höhere, vertrauensbildende Transparenz und gleich-
dezentrale Strukturen effizient
zeitig höhere Datensicherheit – Stichwort Herkunfts-
umzusetzen und damit der nachweis
Energiewende einen Schub zu geben.
• Verbesserte Umsetzung von Flexibilitätsprodukten zur
Der erforderliche Schub kann mit der Blockchain ausge- Glättung der fluktuierenden Einspeise- und Verbrau-
löst werden, da Endverbraucher, sowohl Industrie- als cherprofile
auch Gewerbe- und Privatkunden, konkrete technologi-
Abbildung 1.1: Investitionen in und Kapazitäten von erneuerbaren Energien sowie Neuanmeldungen
Elektrofahrzeuge bis 2015
Entwicklung der Investitionen Entwicklung der installierten Kapazitäten
in erneuerbare Energien in erneuerbare Energien p.a.
Wasser Wind PV Biomasse
Mrd. EUR +21,2 % -7,4 % GW
-10,6 %
30 28 15 +19,0 %
23 24
20 13 13 16 20 16 19 19 10 9 9 10 11 7 7 8
10 5 4 3 3
0 0
2006 200720082009 2010 2011 201220132014 2015 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Entwicklung der Neuanmeldungen
von Elektrofahrzeugen
+6,0 %
´000
25
25 +81,6 % 23
20
15 13 Batteriefahrzeuge
10 7 Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge
4
5 2
0
2010 2011 2012 2013 2014 2015
Quellen: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Kraftfahrt-Bundesamt, 2016
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