Systemintegration, -innovation und -transformation
Definition des Technologiefeldes
Neben den spezifischen Eigenschaften der jeweiligen Technologien sind insbesondere die umgebenden Bedingungssysteme entscheidend, sodass sich neue Technologien auf breiter Basis durchsetzen und systemverändernd wirken sowie Lösungen erzielt werden können, die jenseits der einzelnen Technologiefelder zu verorten sind. Dies folgt dem Verständnis, dass die Energiewende mit ihrer Umstellung auf fluktuierende erneuerbare Energiequellen einen tiefgreifenden, system- und auch gesellschaftsverändernden Prozess bedeutet. Dementsprechend ist dieses Technologiefeld stärker prozessorientiert, relevante Ebenen des soziotechnischen Transformationsprozesses sind dabei Systemintegration, Systeminnovation und Systemtransformation. Die Grenzen zwischen den drei Systembegriffen sind fließend, sie bauen jedoch aufeinander auf und lassen sich folgendermaßen voneinander abgrenzen:
- Die Systemintegration erfolgt zu Beginn der Transformation und beinhaltet sowohl eine Anpassung neuer Technologien an das System als auch umgekehrt des Systems an (einzelne) Veränderungen.
- Die Systeminnovation resultiert dann im Zeitverlauf aus einer Reihe an Systemintegrationen und ist eine proaktive Aktion zur Veränderung des Systems.
- Die Systemtransformation ist abschließend zugleich Ziel, Gesamtprozess (inkl. gesellschaftlicher Fragen) und Resultat.
Analog zu diesen konzeptionellen Systemebenen gehören auch systemische Forschungsmethoden bzw. Analyseansätze zum Technologiefeld, hier sind vor allem die Multi-Level-Perspective (MLP) und Reallabore zu nennen.
Aktueller Stand der Technologie
Die Systemintegration im Energiesektor umfasst Maßnahmen und Instrumente zur Integration von (einzelnen) Energiewendetechnologien in das laufende Energieversorgungssystem. Dazu gehören u. a. Anreize, Fördermaßnahmen, Standardisierungen und technische Regeln bezogen auf erneuerbare Energieanlagen und Effizienztechniken, ergänzende Technologien (enabler) wie z. B. Batteriespeicher, regelbare Ortsnetztransformatoren und Smart Meter, neue Verbraucher bzw. Wandler wie z. B. Elektro-PKW und Power-to-X Anlagen (PtG, PtH, PtL, …), neue Betriebs- und Vermarktungsstrategien sowie Dienstleistungen.
Die Systeminnovation im Bereich der Energiewende ist durch folgende zusammenhängende Eigenschaften gekennzeichnet: Durch die Weiterentwicklung bzw. Verbreitung von (innovativen) Energiewendetechnologien entstehen neue Marktstrategien, neue einschlägige Akteure und Dienstleistungen, neue Versorgungsprodukte bzw. -portfolios, neue technologieübergreifende Rahmenbedingungen sowie Anpassungen und Erweiterungen der bestehenden energietechnischen Infrastrukturen, sodass letztlich die bestehenden fossilen, nicht nachhaltigen Technologien und Strukturen zunehmend verdrängt werden.
Die Systemtransformation des Energiesystems ist ein soziotechnischer Prozess, der nicht nur den technologischen, sondern auch den organisatorischen und gesellschaftlichen Wandel umfasst, der mit dem langfristigen Umbau und der Erweiterung des Energieversorgungssystems einhergeht. Beispiele für Teil-Systemtransformationen im Energiesektor sind u. a. der Atom- und Kohleausstieg, Industrie 4.0, treibhausgasneutraler Industrie- und Verkehrssektor sowie die Digitalisierung der Energiewende.
Die Multi-Level-Perspective (MLP) als methodischer Rahmen und ex-post Analyseinstrument bezieht sich nicht nur auf technische Innovationen und (neue) Produkte, sondern auf soziotechnische Systeme und deren Verflechtungen zwischen technologischen, ökonomischen, politischen und kulturellen Veränderungsprozessen. Die MLP unterscheidet dabei für Transformationen von Systemen zwischen drei (Analyse-) Ebenen, die stetig miteinander wechselwirken:
- Nischen-Ebene: Hier beginnen die „radikalen“ Innovationen, die letztlich zu einer Änderung des Regimes und zur Transformation des Systems beitragen (können). Sie werden in der Regel zunächst von einer kleinen Anzahl an Akteuren unterhalb der allgemeinen Wahrnehmungsschwelle entwickelt, bei weitgehender Entkopplung von Marktmechanismen und unterstützt durch Fördermaßnahmen. Sie unterscheiden sich deutlich von den vorherrschenden Technologien und Eigenschaften und häufig auch Akteuren des Systems insbesondere auf Regime- sowie auf Landscape-Ebene. Die Innovationen wechselwirken stark mit der Regime-Ebene, werden verändert bzw. ändern im Erfolgsfall die Rahmenbedingungen ihrerseits. Langfristig können aus Nischen-Innovationen Trends erwachsen, die auch die Landscape-Ebene beeinflussen.
- Regime-Ebene: Die soziotechnische Regimeebene stellt den aktuellen, relativ stabilen Zustand der vorherrschenden Rahmenbedingungen dar wie z. B. Akteurs- , Markt- und Nutzungskonstellationen sowie technische und rechtliche Regeln und politische Ziele. In diesen verschiedenen Bereichen finden gleichwohl stetig Anpassungen und Veränderungen statt. Diese sind aber im Vergleich zur Nischenebene nur graduell.
- Landscape-Ebene: Auf dieser Ebene sind die übergreifenden Rahmenbedingungen, Entwicklungen und Megatrends verortet, auf welche die beiden vorigen Ebenen in der Regel nur wenig Einfluss haben. Diese Rahmenbedingungen können sich entweder nur langsam ändern (wie z. B. Demographie und geographische bzw. räumliche Strukturen) oder recht schnell (teilweise schockartig / disruptiv) wie z. B. Katastrophen (z. B. Kernkraftwerks-GAU in Fukushima), Kriege, Krisen.
- Energy Lab 2.0: Hier baut das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) und dem Forschungszentrum Jülich einen energietechnischen Anlagenverbund auf. Komponenten zur Erzeugung, Wandlung und Speicherung von elektrischer, thermischer und chemischer Energie werden verknüpft und bilden gemeinsam mit bestehenden Verbrauchern ein „Reallabor“. Windparks, Geothermie-Anlagen, Elektrolyseanlagen, konventionelle Kraftwerke und industrielle Verbraucher werden informationstechnisch eingebunden. Dies erlaubt es, die verschiedenen Energienetze (Strom, Wärme, Gas, Kraftstoffe) in einem Gesamtenergiesystem („Smart Energy System“) anwendungsnah zu untersuchen.
- Der Forschungscampus Mobility2Grid erforscht, wie sich die Batteriekapazität von gewerblichen und privaten Elektrofahrzeugen in dezentrale intelligente Netze integrieren lässt, die auf erneuerbaren Energien basieren. Es werden sowohl grundlegende Technologien als auch Konzepte und Geschäftsmodelle erarbeitet und erprobt. Dazu hat Mobility2Grid ein „Reallabor“ auf dem EUREF-Campus in Berlin-Schöneberg aufgebaut. Hier werden die neuen Konzepte mit realen Nutzern „live“ erforscht und öffentlichkeitswirksam präsentiert.
Quellen
