„Das Energiesystem muss unabhängiger werden!“

Was versteht man unter einem sicheren und resilienten Energiesystem?

Das Energiesystem ist eine wichtige Grundlage unseres gesellschaftlichen Zusammenlebens. Erst bei größeren Ausfällen – wie Anfang des Jahres in Berlin aufgrund eines Kabelbrands – realisieren wir, wie unverzichtbar eine funktionierende Energieversorgung ist. Deshalb müssen wir uns stärker um Resilienz und Sicherheit unseres Energiesystems kümmern. Unter Resilienz versteht man die Fähigkeit, Störungen zu kompensieren, die Funktionsfähigkeit auch bei schwierigen Bedingungen aufrechtzuerhalten, zu lernen und sich anzupassen. Sicherheit beschreibt in diesem Zusammenhang den Schutz vor Bedrohungen wie Cyberangriffen oder Sabotage.

Grundsätzlich hat sich der Fokus bei der Weiterentwicklung unseres Energiesystems verschoben. Bislang ging es vor allem um Aspekte wie Bezahlbarkeit und Klimaschutz. Mittlerweile stehen auch Sicherheit und Resilienz weit oben auf der Agenda. Das stellt uns vor eine doppelte Herausforderung, denn der Umbauprozess des Energiesystems erfolgt im laufenden Betrieb. Trotzdem darf es zu keinen größeren Ausfällen kommen. Angesichts der aktuellen Sicherheitslage müssen wir uns zudem viel intensiver mit dem Schutz von Anlagen und Infrastruktur auseinandersetzen.

Im Vergleich zu früher gibt es in unserem Energiesystem mehr und vielfältigere Akteure, die elektrische Energie erzeugen und einspeisen. Die Menge an Energie aus erneuerbaren Quellen kann tages- und jahreszeitlich sowie witterungsbedingt schwanken. Als Folge benötigen wir mehr und flexiblere Speichermöglichkeiten und eine moderne Infrastruktur. Diese muss die Komponenten des Systems intelligent miteinander und mit anderen Sektoren – Mobilität oder Industrie – vernetzen. Auch die Steuerung und Regelung eines solchen Energiesystems ist wesentlich anspruchsvoller.

Gleichzeitig stehen politische Entscheidungen an, welche strategische Richtung wir technologisch und wirtschaftlich einschlagen – etwa beim Thema Wasserstoffwirtschaft und bei der Wärmeversorgung. Investitionen im Energiesektor sind langfristig und Vorhaben lassen sich nicht von heute auf morgen umsetzen. Anlagen und Infrastruktur werden über Jahrzehnte im Betrieb sein und sich meist erst mittel- bis langfristig rechnen. Deshalb sind verlässliche regulatorische Rahmenbedingungen elementar.

Für viele Zukunftstechnologien im Energie- und Mobilitätssektor benötigen wir die unterschiedlichsten Ressourcen und Rohstoffe. Dazu zählen nutzbares Wasser und geeignete Flächen, aber auch seltene Erden oder Metalle wie Lithium. Über letztere verfügen wir in Deutschland und Europa kaum und kaufen sie auf dem Weltmarkt ein. Hier müssen wir strukturellen Abhängigkeiten besser vorbeugen.

Gleiches gilt für technische Produkte. Wir importieren zu einem beträchtlichen Anteil auch Anlagen beziehungsweise Komponenten in die Europäische Union, zum Beispiel Fotovoltaikmodule, Batteriezellen oder Windenergieanlagen. In ihnen sind diese knappen Rohstoffe bereits verbaut. Insofern muss eine umfassende Resilienzstrategie berücksichtigen, dass Lieferengpässe nicht nur auf der Ebene der Rohstoffe auftreten können, sondern auch auf anderen Ebenen der Wertschöpfung.

Geopolitische Konflikte zeigen, dass wir Energiesicherheit, das langfristig angelegte Management natürlicher Ressourcen und wirtschaftliche Stabilität zusammen denken müssen. Resilienz bedeutet hier, dass wir die Abhängigkeit von einzelnen Liefer­ländern oder kritischen Rohstoffen reduzieren müssen. Parallel gilt es, unsere Energiequellen und Handelsbeziehungen zu diversifizieren und eigene Produktions- und Infrastrukturkapazitäten strategisch auszubauen. Gleichzeitig müssen wir Energiesysteme so gestalten, dass sie kurzfristige Schocks besser abfedern können, etwa Lieferausfälle, Preissprünge oder beschädigte Infra­strukturen. Am DLR haben wir beispielsweise detaillierte Modelle der Strom- und Gasnetze, auf deren Basis wir zukünftige, resilientere Systemarchitekturen erforschen. Aber auch bei der zunehmenden Automatisierung und Digitalisierung unserer Stromnetze sind wir aktiv und entwickeln Methoden und Auslegungs­strategien, die einen krisenfesten Betrieb ermöglichen.

Der mit Abstand wichtigste Faktor in einem sicheren und resilienten Energiesystem ist die Energie selbst. Jede Kilowattstunde, die wir selbst generieren, macht uns ein Stück unabhängiger von globalen Risiken. Sonne und Wind sind Ressourcen, die in Deutschland und Europa in großem Umfang verfügbar sind. Sie stehen bereit – unabhängig von akuten geopolitischen Krisen, Handelskriegen oder stockenden Lieferketten.

Nach wie vor werden wir als dicht besiedelte Industrienation nicht unseren gesamten Energiebedarf selbst bereitstellen können. Doch das ist auch gar nicht das vorrangige Ziel. Vielmehr geht es darum, gemeinsam mit unseren europäischen Partnern die Netzinfrastrukturen für Strom und Wasserstoff zuverlässig zu verknüpfen und mit verlässlichen Drittländern Abkommen über Energieimporte zu schließen. Im Vergleich zu den fossilen Rohstoffen sind Sonne und Wind weltweit breiter verteilt. Das bringt uns mehr Flexibilität bei der Wahl unserer Handelspartner.

Hinsichtlich Sicherheit und Resilienz: Ist ein dezentral oder ein zentral aufgestelltes Energiesystem besser?

Weder das eine noch das andere ist per se überlegen. Dezentrale Strukturen mit regionaler, erneuerbarer Erzeugung, Speichern und Flexibilitätsoptionen erhöhen die Robustheit gegenüber Störungen und reduzieren die Abhängigkeit von einzelnen Großanlagen. Mit ihnen können im Krisenfall zukünftig Teilnetze temporär weiterbetrieben werden. Das ist allerdings technisch extrem anspruchsvoll und daher Gegenstand unserer Forschungen.

Wir untersuchen zum Beispiel, wie man Energiesysteme oder Teilbereiche so auslegt und betreibt, dass sie möglichst widerstandsfähig gegenüber äußeren Einwirkungen sind – und entwickeln die dafür notwendigen Technologien. Dazu zählt insbesondere die Sektorenkopplung zwischen Energie und Verkehr. Wir analysieren auch, wie sich Extremsituationen im Energiebereich auf Märkte und Lieferketten auswirken können. So können wir zuverlässig einschätzen, wo die wichtigen Knackpunkte und Schwachstellen im System sind – bis auf eine gesamteuropäische und sektorübergreifende Ebene. Dafür nutzen wir sehr komplexe, am DLR entwickelte Computermodelle und Simulationen.