Energiewendewenden jetzt.

Eliyahs Kopf mit Batterien und Wind- und Sonnenenergie
Eliyahs Kopf mit Batterien und Wind- und Sonnenenergie

Ein neues Konzept, um von fossilen Energieträgern wegzukommen. Ein Produktmanager-Blickwinkel

Es stimmt. Ich bin kein Experte für Energieversorgung. Auch kein Ingenieur in der Energieindustrie, kein Kaufmann für Energieprodukte und auch kein erfahrener Energiepolitiker. Ich bin nicht mal ein ausgesprochener Energie- oder Klimaaktivist. Ich bin Produktmanager im Hightechsektor in Israel. Aber dennoch (oder genau deswegen) habe ich eine Idee, die das Problem der fehlenden Energiespeicher lösen kann.

Was ist das, ein Produktmanager?

Denn meine Aufgaben als Produktmanager kann man so umreissen: Ich manage keine Mitarbeiter, ich manage eine Produkt, also die Ziele des Produkts, die Ideen, die es dort hin bringen und habe die Ressourcen, die man dafür benötigt sowie den Markt, den es erreichen soll im Blick. Wäre ich Teil einer Schiffscrew, wäre ich weder Kapitän noch Steuermann, Maschinist oder Matrose sondern der Navigator, der vom Kapitän das Ziel vorgegeben bekommt, die Wetterlage vom Meteorologen einholt und dann an den Rest der Crew die Aufgaben weitergibt und deren Status und Auslastung kennt. Ich selbst muss dafür weder Maschinen bedienen, ein Schiff steuern oder Crewmitglieder managen können. Aber ich muss dafür sorgen, dass alle miteinander synchronisiert arbeiten, muss allen immer zuhören und dann abwägen, wie ich welche Zwischenziele priorisiere. Und um schnell auf unvorhergesehene Ereignisse reagieren zu können, muss ich ständig Ideen entwickeln oder sammeln, wie das Ziel, das der Kapitän vorgibt, doch noch erreicht werden kann. Nicht alle Ideen funktionieren und ob eine Idee gut ist oder nicht, sagt mir selten der Kapitän sondern eher der Matrose, den ich gerade auf Deck treffe und frage, was er davon hält, einfach mal gen Westen über den Atlantik zu schippern und der mir die Insel zeigt, die auf keiner Karte verzeichnet ist, in die wir gleich hineindonnern, wenn wir weiter unseren Kurs fahren.

Das Produkt Strom: Alle wichtigen Faktoren

Doch zurück zur Energiewende. Meine Idee betrachtet Energieversorgung als Produkt und versucht viele Gesichtspunkte im Blick zu haben, um dieses Produkt neu zu denken. Und eure Aufgabe als Leser:innen dieser Ideen ist die des Matrosen, der mir sagt, ob ich eine Insel übersehen habe.

Die Voraussetzungen für das Produkt Energie, die ich dabei beachten muss, sind die folgenden:

  1. Das Ziel

Das Ziel ist die (fast) vollständige Abkehr von fossilen Brennstoffen für den Energiebedarf der Bevölkerung und der Industrie. Im Energiekuchen ist die Stromversorgung nur ein kleinerer Bestandteil, aber einer mit Wachstumspotential und vorhandener Technologie und Infrastruktur für erneuerbare Energien. Daher fokussiere ich mich auf diese Energieform.

  1. Der Markt

Die Zielsetzung ist nicht unternehmerisch, sondern politisch, und daher besteht der Markt für das Produkt im Grunde aus den Wählern, denn alle brauchen Strom. Wenn es keine politische Akzeptanz findet, ist das Konzept zum Scheitern verurteilt. Der sogenannte Product-Market-Fit muss daher zu den Wählern passen.
Veränderungen im Markt werden auch durch parallele Entwicklungen vorangetrieben, hier etwa der wachsende Markt für Elektromobilität.

  1. Geschäftsführung

Die Regierung der Bundesrepublik ist die Geschäftsführung, das Engergieministerium, in Deutschland das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, leitet den Geschäftsbereich. Sie hat das Ziel vorgegeben.

  1. Forschung und Entwicklung (RnD)

Das RnD stellt die Industrie dar, die das Konzept umsetzen muss. Anders als in einem klassischen Unternehmen, kann die Geschäftsführung nur bedingt der Entwicklungsabteilung sagen, was sie zu tun hat. Gesetzliche Rahmen und finanzielle oder steuerliche Anreize dienen der Steuerung.

  1. Marketing

Das Marketing oder die Kommunikation sorgt dafür, dass der Markt das Produkt versteht und annimmt. Diese Kommunikation kann auf verschiedensten Wegen erreicht werden. Es beginnt mit der Bekanntmachung der Strategie über die Presse bis zu Info-Broschüren und auch Direktmarketing durch Hersteller und Zulieferer. Das beste Marketing aber sind zufriedene Kunden und ein großes Medienecho.

  1. Zulieferer

Ohne ein Ökosystem an Zulieferern und Lösungsanbietern kann ein System nicht rund laufen. Diese sind sowohl die Hersteller von stromverbrauchenden Geräten, als auch Unternehmen, die Hausinstallationen machen, sprich Elektriker:innen.

  1. Zwischenhändler und Großverbraucher

Die Netzbetreiber und die Industrie, die große Mengen Strom abnimmt, sind Teil des Systems. Ohne sie funktioniert nichts.

  1. Der technologische Rahmen

Innovation kann Evolution der vorhandenen Rahmenbedingungen sein oder eine Revolution. Ersteres ist meistens schmerzfrei, aber langwierig und letzteres bringt Umwälzungen mit sich. Ob man den evolutionären oder revolutionären Weg einschlägt, hängt davon ab, wie weit das Ziel von der Wirklichkeit, also dem technologischen Rahmen entfernt ist. Zum Rahmen gehört der Bestand und die Entwicklungen, die im Markt passieren. Bei der Stromversorgung ist leider, verstärkt durch den Krieg Russlands gegen die Ukraine, die Wirklichkeit viel weiter vom Ziel entfernt, als wir es alle wahr haben wollen. Deswegen ist eine Evolution, die auf die Kunst der Ingenieure setzt (wie es die FDP gerne tut), hier der falsche Weg.

Die Technologie: Alles im 50 Hz Takt

tl;dr: wem das jetzt alles zu technisch wird, kann jetzt bis zur Überschrift “Die soziale Komponente” springen und bis dahin nur Überschriften lesen. Die sind aber wichtig!

Herstellung = Verbrauch, immer!

Das Stromnetz speichert nicht. Das bedeutet, es wird immer genau so viel Strom produziert, wie in diesem Moment genutzt wird. Wenn also jemand zuhause eine Lampe anschaltet, muss in diesem Moment das Netz die Energie, die diese Lampe benötigt mehr produzieren.

Allerdings hat die Lampe keine Möglichkeit, ihren Stromverbrauch irgendwo anzumelden, deswegen wird die Stromerzeugung über einen klassischen Regelkreislauf kontrolliert. Und das geht so: Generatoren an Turbinen liefern eine Wechselspannung von 50 Hz. Wenn die Last im Netz steigt, steigt auch der Widerstand der Generatoren und die Turbine dreht langsamer. Die Frequenz sinkt kurzzeitig unter 50 Hz, das Kraftwerk erhöht den Druck auf die Turbine und die Frequenz steigt wieder. Gibt es einen Lastabfall, funktioniert es genau umgekehrt. (Diese Darstellung ist sehr verkürzt, es gibt noch mehr Netzelemente, die den Regelkreislauf unterstützen, etwa Großverbraucher in der Industrie)

Höchst-, Hoch-, Mittel- und Niederspannung

Das Stromnetz besteht grob aus drei verschiedenen Hochspannungsebenen, Höchstspannung (220-1150 kV) Hochspannung (60kV, 110kV) und Mittelspannung (3kV-30kV) sowie aus der Niederspannungebene (400V Drehstrom/230V), die alle durch Transformatoren voneinander getrennt sind. Vereinfacht gesehen geschieht die Erzeugung und Transport in den Höchst- und Hochspannungsebenen, die regionale Verteilung in Mittelspannung und der Endverbraucher nutzt Niederspannung. Es ist faszinierend, wie dieser Regelkreislauf über diese Ebenen hinweg funktioniert.

Transformator von Hoch- auf Mittelspannung
Hier wird in Kaltenkirchen von Hoch- auf Mittelspannung transformiert

Das Europäische Power-Grid ist in Gefahr

Um Ausfälle von Kraftwerken abzufangen, sind die Europäischen Netze miteinander verbunden. Sie sind alle über die 50 Hz synchronisiert. Wenn ein Kraftwerk ausfällt, fällt die Frequenz ab und die anderen Kraftwerke regeln sofort hoch. Und da diese Regelung alle vier Spannungsebenen durchläuft, kann man zuhause an der Steckdose in der Küche messen, wie der aktuelle Zustand des Stromnetzes ist. Es gibt sogar Open Source Softwareprojekte, die mit Hilfe von etwas Elektronik und einem einfachen Microcomputer (etwa einem Raspi) Stromnetzüberwachung von zuhause ermöglichen. Der Grund, warum ich die Küchensteckdose als Beispiel genommen habe ist, weil fast jeder in seiner Küche ein solches Messgerät betreibt: Die Uhr auf dem Küchenherd. Sie nutzt die Netzfrequenz als Taktgeber und wenn es viele Netzausfälle gibt, geht sie mit der Zeit nach.

Entfernt sich die Frequenz in einem Teilbereichs des Netzes zu weit von den 50Hz, kann es zu einem Desaster kommen: Der Netzzerfall. Das europäische Gesamtnetz zerfällt dann in kleine Netze, die so nicht mehr über genügend Redundanzen verfügen und es folgen Blackouts. Zerfallene Netze wieder zu synchronisieren ist sehr schwierig und dauert lange.

Das Grid unter Hochspannung

Sonne und Wind sind Erzeuger-Aliens

Man merkt, dass dieses Stromnetz für große turbinengetriebne Generatoren als Erzeuger gebaut ist, die Hochspannung mit stabilen 50Hz produzieren. Gas, Kohle, Atom und Wasserkraftwerke sind turbinenbasiert. Und jetzt kommen plötzlich neue Erzeuger, die sich nicht an die Spielregeln halten: Solar und Wind.

Photovoltaikanlagen liefern Gleichstrom, der auf die benötigten 50 Hz wechselgerichtet werden muss. Windkraftanlagen drehen so schnell, wie der Wind pustet und beide Energielieferanten können nur schwer regulieren, wenn überhaupt. Die dezentralen Erzeuger sitzen oft in der Mittelspannungs-, manchmal sogar in der Niederspannungsebene und werden quasi von der Seite in das Stromnetz eingespeist, was große Herausforderungen an die Transformatoren stellt, wenn erneuerbare für überregionalen Verbrauch genutzt werden sollen. Für all das gibt es technische Lösungen, die die Einspeisung ermöglichen, aber für die genaue Regulierung braucht man dennoch Turbinen im Netz, damit es stabil bleibt.

Da Wind und Sonne nicht immer bereit stehen und das regional sehr verschieden ist, braucht es große Stromtrassen um die Überschüsse, die etwa im Norden per Wind erwirtschaftet werden in den Süden zu transportieren, wenn die Sonne gerade nicht scheint und der Sonnenstrom aus dem Süden muss in den Norden, wenn eine Flaute herrscht. Und was passiert bei windstiller Nacht?

Wir brauchen Speicher! Mehr Speicher!

Um Erneuerbare effektiv nutzen zu können, muss man also speichern. Es gibt Pumpspeicherkraftwerke, die bei Überproduktion überschüssigen Strom nutzen, um Wasser in Staubecken auf Bergen zu pumpen und bei Stromknappheit wird das Wasser durch Turbinen abgelassen und Strom aus dieser Wasserkraft ins Netz zurückgeben. Die Wirkungsgrad liegt bei 75%, also unter dem von modernen Akkusystemen, aber dafür sind die Kapazitäten enorm und sie sind 100% kompatibel mit dem Wechselstromnetz. Sie reichen aber nicht mehr aus und für einen Ausbau der Kapazitäten fehlen in Deutschland die geologischen Voraussetzungen. Deswegen suchen viele Ingenieure, Erfinder, Tüftler, Visionäre, Industrie, Scharlatane und im Schlepptau Politiker nach Speichersystemen für Stromnetze.

Elektromobilität als antizyklischer Großverbraucher

Derweilen bahnt sich eine weitere Entwicklung den Weg: Elektromobilität. Die Antriebswende im Automobilbereich stellt ganz neue Herausforderungen an die Stromnetze, for allem was Kapazitäten angeht. Um komplett von Verbrennern auf Elektro umzusteigen, braucht es große Investitionen in das Stromnetz. Und: Elektroautos setzen auf Batterien und ändern damit das Paradigma vom gleichzeitigen Verbrauch und Erzeugung. Das Auto verlangt, ganz anders als die Lampe aus dem Eingangsbeispiel, genau dann nach Strom, wenn es gerade NICHT benutzt wird. Also antizyklisch. Das trifft eingeschränkt auf alle Verbraucher mit Batterien zu, etwa Handys und Laptops. Was diese Verbraucher auch gemein haben ist, dass sie keine stabile Stromversorgung benötigen. Sie sind übergangsweise autark.

Menschen sind Egoisten

Es gibt Ideen, die Autobatterien oder auch private Hausbatterien zu nutzen, um für alle den Strom zu speichern und wieder an das Netz abzugeben, wenn gerade Bedarf ist. Aber diese Idee hat ein grundsätzliches Problem: Den Egoismus der Batteriebesitzer. Warum sollen sie ihre Ladezyklen anderen zur Verfügung stellen? Was ist, wenn das Auto nicht mehr genügend Strom in der Batterie hat, nur weil der Nachbar dringend Wäsche waschen wollte und gerade kein Wind weht?

Ja, die Lampe braucht stabilen Strom. Sonst flackert sie oder leuchtet gar nicht. Aber es gibt ausser den batteriebetriebenen noch mehr Geräte, die mit instabilem Strom klar kommen könnten. Etwa ein Kühlschrank. Der hat zwar keine Batterien, aber er speichert Kälte und kann so, zumindest theoretisch, Zeiten ohne Strom überbrücken.

Die soziale Komponente

Deswegen sage ich: Wir brauchen ein instabiles, dezentrales Stromnetz mit hoher Kapazität. Zusätzlich. Aber bevor ich die Einzelheiten dazu beschreibe, gibt es noch ein weiteres Problem, das die Erneuerbaren in Deutschland mit sich gebracht haben und das von individueller Elektromobilität noch verstärkt wird: Das soziale. Die vor kurzem abgeschaffte EEG-Umlage und die Abnahmegarantie von Erneuerbarer Energie zum Festpreis, war im Grunde eine Umverteilung von unten nach oben. Einfache Mieter in einem Wohnblock finanzierten die Photovoltaikanlage auf dem Dach eines Eigenheimbesitzers. Der lädt mit dem fremdfinanzierten und dadurch billig selbst produzierten Strom seinen Tesla-Sportwagen und die Unglücklichen, die keine Ladesäule in ihrer nichtvorhandenen Tiefgarage haben zahlen für ihren 15 Jahre alten Kleinwagen bei jeder Fahrt Mineralölsteuer, ganz im Gegensatz zum Teslafahrer. Das ist nicht nur ungerecht, es ist ein politischer Fehler.
Und die Windkrafträder im Wald nebenan? Die nerven die Anwohner mit ihrem Surren und verdienen derweil Geld für Leute, die weit, weit weg wohnen.

Dezentral und instabil und dennoch gut?

Viele dezentrale, instabile Stromnetze lösen diese Probleme. Anstelle in den Ausbau des stabilen Netzes zu investieren, könnten Kommunen regionale Parallelnetze für erneuerbare Energien bauen, die das Prinzip des Regelkreises umdrehen: Es wird verbraucht, was produziert wird und nicht andersherum.

Verbrauchen, was produziert wird!

Dieses Netz stellt eine Spannung zwischen 5 und 800V bereit, je nach Verfügbarkeit. Es ist steuerbevorzugt und erreicht dadurch kWh-Preise von 5 – 10 Cent, die sogar bei hoher Produktion dynamisch darunter liegen können. Das stabile Netz wiederum wird mittelfristig immer teurer. 50 Cent oder mehr pro kWh sind das Ziel. Die erwartbaren Effekte sind folgende:

  • Ladestationen für Autos werden als erstes an dieses Netz angeschlossen. Die Autos fungieren damit ganz automatisch als dezentrale Energiespeicher, ohne jemals etwas ins Netz zurückzugeben und belasten das existente Stromnetz nicht weiter.
  • Investitionen in dezentrale Speicher lohnen sich plötzlich für jede Einkommensklasse. Vermieter können mit billigem Strom dank eigener Batterieanlagen im Hauskeller punkten
  • Der Ausbau von Erneuerbaren in Wohnortnähe wird plötzlich zum Standortvorteil. Es gibt mehr billigen Strom für mich dank mehr Windrädern in der Nachbarschaft? Ich bin dafür!
  • Stadtversorger werden nicht mehr zum Spielball der großen Energiekonzerne und betreiben ihre eigenen Netze.
  • Es wird nicht mehr nur Wettervorhersagen, sondern auch Stromvorhersagen geben, die erlauben, Verbrauch zu planen.
  • Hersteller von Geräten werden sie billigstromkompatibel umbauen. Der Kühlschrank bekommt einen Spannungswandler und einen größeren Kompressor und Kühlmitteltank und kann so Kälte bereitstellen, wenn die Spannung im Netz gerade niedrig ist. Verbunden mit der Stromvorhersage kann die Temperatur dynamisch reguliert werden und bei Stromüberschuss das Eisfach auf -28˚C gekühlt werden, damit es bei wenig Strom sich auf nicht mehr als -15˚C erwärmt.
  • Klimaanlagen, die prädestiniert sind für die Nutzung von Solarenergie, da es üblicherweise dann heiss ist, wenn die Sonne scheint, nutzen die selben Techniken in groß.
  • Waschmaschinen, Spülmaschinen und viele andere Haushaltsgeräte haben endlich einen echten Grund, smart zu werden. Sie können ihre Arbeit planen, indem sie die Stromvorhersage aus dem Internet abfragen.
  • Hausanschlüsse für das stabile Stromnetz werden auf 16A reduziert und stabiler Strom wird nur noch dort eingesetzt, wo es zwingend erforderlich ist. Und als Backup, falls der Kühlschrank doch droht zu warm zu werden
  • erneuerbare Energien werden weiter in das stabile Stromnetz eingespeist
  • Eigenheimbesitzer mit Photovoltaikanlage auf dem Dach bekommen weiter billigen Strom. Aber nicht mehr nur sie, sondern alle

Nötige Rahmenbedingungen

Die Politik muss die steuerlichen Rahmenbedingungen schaffen und dafür sorgen, dass diese Netze gebaut werden und dass der Anschluss an diese für die Eigentümer von Mietshäusern verpflichtend wird. Die Netze können mit Krediten an die Kommunen aufgebaut werden, die über die Einnahmen der höheren Steuern auf das stabile Netz getilgt werden. Und sie muss den vielen Ingenieur:innen, Erfinder:innen, Tüftler:innen, Visionär:innen, und Scharlatan:innen nicht mehr hinterher laufen, sondern gibt ihnen eine Herausforderung: Diese Netze zu entwerfen, zu bauen und zu betreiben und die elektrischen Verbraucher dafür anzupassen.

Visionär oder Pragmatiker, Egomane oder Teamplayer?

Und ich? Bin ich ein Visionär mit dieser Idee? Vielleicht. Aber vor allem bin ich ein Produktmanager, der alle Beteiligten an einem Produkt und ihre Wünsche analysiert, um ihnen dann nicht das zu geben, was sie wollen, sondern das, was sie brauchen. Oder das, was ich meine, das sie brauchen.

Und das ist übrigens eine der besonderen Fähigkeiten, die ein Produktmanager mitbringen muss: Das Selbstbewusstsein und Ego, eine Idee, ein Konzept, einen Plan, eine Roadmap oder ein Feature als die Beste aller Möglichkeiten anzupreisen. Und dann, wenn sich herausstellet, dass man eben doch nicht alle Beteiligten und ihre Bedürfnisse und Möglichkeiten bedacht oder seine eigenen Kenntnisse überschätzt hat und die Idee sich als doch nicht so gut oder sogar schlecht darstellt, das ohne Zögern und ohne verletztes Ego einzugestehen. Und dann mit einer besseren Idee wiederzukommen.

Gebt mir Feedback!

Daher, werte Leser:innen. Holt mich auf den Boden der Tatsachen zurück und zerreisst meine Idee vom instabilen Stromnetz in den Kommentaren. Ich kann das nicht nur ab, ich brauche das! Oder findet Wege, die Idee zu verbessern oder auszubauen.
Aber Zuspruch finde ich auch nicht so übel. Ich bin auch nur ein Mensch.

(Bei Interesse, diesen Text oder Auszüge davon in eurer Publikation zu veröffentlichen, kontaktiert mich bitte! Links hierher sind natürlich immer willkommen!)