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Hintergrund und Ziele

Die Energiewende stellt Deutschland vor enorme politische, ökonomische und technologische Herausforderungen. Um den Umbau der Energieversorgung zu unterstützen, haben acatech, Leopoldina und Akademienunion im Jahr 2013 die Initiative „Energiesysteme der Zukunft“ (ESYS) gestartet. Nach einer ersten dreijährigen Projektphase setzen die deutschen Wissenschaftsakademien seit 2016 die gemeinsame Initiative unter Federführung von acatech fort. Das Projekt wird bis Februar 2020 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

ESYS gibt Impulse für die Debatte über Herausforderungen und Chancen der Energiewende in Deutschland. Dazu erarbeiten mehr als 100 Fachleute aus Wissenschaft und Forschung in interdisziplinären Arbeitsgruppen Handlungsoptionen zur Umsetzung einer sicheren, bezahlbaren und nachhaltigen Energieversorgung. Um verschiedene Positionen in die wissenschaftliche Analyse einzubeziehen, tauschen sich die Projektmitglieder in Diskussionsformaten und Fachgesprächen mit Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft aus.

Struktur

Die Projektmitglieder sind Vertreterinnen und Vertreter der universitären, außeruniversitären und industriellen Forschung. Sie erarbeiten Stellungnahmen, die vom Kuratorium beschlossen werden. Dieses setzt sich aus Vertreterinnen und Vertretern der Akademien sowie der deutschen Wissenschaftslandschaft zusammen und verantwortet die strategische Ausrichtung des Projekts. Das sechsköpfige Direktorium unter Vorsitz von Dirk Uwe Sauer (RWTH Aachen) steuert die inhaltliche Projektarbeit und vertritt ESYS nach außen. Eine Geschäftsstelle unterstützt Kuratorium, Direktorium und Projektmitglieder bei ihrer Arbeit.

ESYS-Organisationsstruktur
ESYS-Organisationsstruktur (Grafik: acatech, Februar 2018)

Mitglieder des Kuratoriums

  • Prof. Dr. Reinhard F. Hüttl
    acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften
  • Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath
    acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften
  • Prof. Dr. Jörg Hacker
    Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina
  • Prof Dr. Dr. Hanns Hatt
    Union der deutschen Akademien der Wissenschaften
    Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften und der Künste
  • Prof. Dr. Bärbel Friedrich
    Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina
  • Prof. Dr. Martin Grötschel
    Union der deutschen Akademien der Wissenschaften
    Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften
  • Prof. Dr. Robert Schlögl
    Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft
  • Prof. Dr. Andreas Löschel
    Zentrum für europäische Wirtschaftsforschung
    Expertenkommission zum Monitoring-Prozess „Energie der Zukunft“
  • Staatssekretär Dr. Georg Schütte (Gast)
    Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  • Ministerialrätin Dr.-Ing. Rodoula Tryfonidou (Gast)
    Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Mitglieder des Direktoriums

  • Prof. Dr. Dirk Uwe Sauer
    RWTH Aachen
  • Prof. Dr. Christoph M. Schmidt
    RWI – Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung
  • Prof. Dr. Hans-Martin Henning
    Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
  • Prof. Dr. Karen Pittel
    ifo Institut – Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung an der Universität München
  • Prof. Dr. Jürgen Renn
    Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte
  • Prof. Dr. Indra Spiecker genannt Döhmann
    Goethe-Universität Frankfurt am Main

Arbeitsgruppen

In interdisziplinären Arbeitsgruppen (AGs) bearbeiten die Projektmitglieder konkrete Fragestellungen zu Energiethemen. Bei Bedarf werden weitere Expertinnen und Experten zur Mitarbeit eingeladen. Workshops, Trialoge und Fachgespräche dienen dem Austausch zwischen Fachleuten aus der Wissenschaft und Akteuren aus Politik, Wirtschaft und zivilgesellschaftlichen Organisationen.

Aktuelle Arbeitsgruppen

Strommarktdesign

Die regulatorischen Fragen im Strommarkt sind heute andere als bei der Liberalisierung um die Jahrtausendwende, als wesentliche Weichen im deutschen Energiemarktdesign gestellt wurden. Das Marktdesign muss daher angepasst werden. Im Hinblick auf die absehbaren Herausforderungen sollte die Entwicklung des Marktdesigns unter Berücksichtigung der bisherigen Erfahrungen grundsätzlich überdacht werden. Optimiertes Marktdesign kann Klimaschutzziele effizienter und effektiver erreichen, die Integration erneuerbarer Energien verbessern und zur Versorgungssicherheit beitragen. Die AG erarbeitet für das Zieljahr 2030, wie der Strommarkt für die Dekarbonisierung des Energiesystems gestaltet sein sollte und welche Handlungsoptionen sich ergeben. Hierzu werden das europäische Emissionshandelssystem, die Förderung erneuerbarer Energien sowie die Wechselwirkungen des Stromsektors mit den Sektoren Verkehr und Wärme beleuchtet.

AG-Leitung

  • Prof. Dr. Felix Müsgens
    Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Fakultät Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme, Lehrstuhl für Energiewirtschaft, Lehrstuhlinhaber
  • Prof. Dr. Hartmut Weyer
    Technische Universität Clausthal, Institut für deutsches und internationales Berg- und Energierecht, Direktor

(De-)zentrale Energieversorgung

Durch den steigenden Einsatz erneuerbarer Energien wird Strom heute nicht mehr ausschließlich in Großkraftwerken produziert, sondern auch in kleineren Erzeugungseinheiten. So speisen immer mehr Privatpersonen, Unternehmen oder Kommunen mit eigenen Wind- oder Photovoltaikanlagen Strom ins Netz ein. Viele Bürgerinnen und Bürger sehen diese Entwicklung als Chance, die Energiewende aktiv mitzugestalten. Unklar ist jedoch, wie sich der Trend zur dezentralen Energieversorgung auf das Gesamtsystem auswirkt. Erwächst daraus eine funktionsfähige neue Systemarchitektur oder führt eine Fragmentierung des Energiesystems zunehmend zu Problemen? Die Arbeitsgruppe will aufzeigen, wie zentrale und dezentrale Elemente zu einem stabilen Versorgungssystem integriert werden können. Dazu untersucht sie technische Möglichkeiten, rechtliche Rahmenbedingungen sowie politische, ökonomische und gesellschaftliche Fragestellungen.

AG-Leitung

  • Prof. Dr. Peter Dabrock
    Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Philosophische Fakultät und Fachbereich Theologie, Lehrstuhl für Systematische Theologie II (Ethik), Lehrstuhlinhaber
  • Prof. Dr.-Ing. Jutta Hanson
    Technische Universität Darmstadt, Institut für Elektrische Energiesysteme, Fachgebiet „Elektrische Energieversorgung unter Einsatz erneuerbarer Energien“, Leiterin
  • Prof. Dr. Christoph Weber
    Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Wirtschaftswissenschaften, Lehrstuhl für Energiewirtschaft, Lehrstuhlinhaber

Resilienz digitalisierter Energiesysteme

Ohne Informations- und Kommunikationstechnologien ist die Energieversorgung inzwischen undenkbar. Sie ermöglichen den Informationsfluss zwischen Erzeugern, Verbrauchern, Umspannwerken und anderen Teilsystemen, überwachen das Netz und schlagen Alarm bei Problemen. Gleichzeitig birgt die Digitalisierung Risiken wie Manipulationen, Cyberangriffe oder fehlerhafte Anwendungen. Die Energieversorgung ist eine kritische Infrastruktur (KRITIS). Ein Blackout hätte daher weitreichende Folgen für die Gesellschaft. Der Anspruch lautet: Digitale Energieinfrastrukturen müssen sowohl sicher als auch sichernd sein. Das bedeutet, sie müssen sich selbst gegen Angriffe und Ausfälle verteidigen können und gleichzeitig das Gesamtsystem funktionsfähig halten. Wo liegen dabei die Chancen und Herausforderungen? Wer sind die Hauptakteure, welche Verantwortung tragen sie? Was muss auf Regulierungsebene und in der Praxis passieren? Mit diesen Fragen setzt sich die ESYS-Arbeitsgruppe „Resilienz digitalisierter Energiesysteme“ auseinander.

AG-Leitung

  • Dr. Christoph Mayer
    OFFIS – Institut für Informatik, Bereich Energie, Leiter
  • Prof. Dr. Gert Brunekreeft
    Jacobs University Bremen, Professor für Energieökonomik

Abgeschlossene Arbeitsgruppen

Governance für eine europäische Energieunion

Die Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung und der Pariser Klimavertrag legen fest, dass die Erderwärmung langfristig auf deutlich unter 2 Grad begrenzt und die Welt in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts treibhausgasneutral werden soll. Dafür muss die europäische Energieversorgung gemeinschaftlich umgebaut werden. Die Arbeitsgruppe untersucht den rechtlichen, politischen und ökonomischen Rahmen der europäischen Energiepolitik, vor allem im Hinblick auf bestehende Hemmnisse bei der Errichtung der europäischen Energieunion. Darauf aufbauend entwickelt sie Leitlinien für eine Governance der Energieunion, die nachhaltig, sicher und bezahlbar ist und auf eine vollständige CO2-Neutralität abzielt. Sie will aufzeigen, wie der Prozess optimal gesteuert werden könnte, wie die Aufgaben innerhalb der EU gerecht und effizient verteilt werden könnten und wie Zivilgesellschaft und Privatwirtschaft eingebunden werden sollten.

AG-Leitung

  • Prof. Dr. Sabine Schlacke 
    Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Umwelt- und Planungsrecht, Geschäftsführende Direktorin
  • Prof. Dr. Michèle Knodt 
    Technische Universität Darmstadt, Institut für Politikwissenschaften, Fachbereich Gesellschafts- und Geschichtswissenschaften, Jean Monnet Professorin
  • Prof. Dr. Christoph Böhringer 
    Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Department für Wirtschafts- und Rechtswissenschaften, Lehrstuhl für Wirtschaftspolitik, Lehrstuhlinhaber

Bioenergie

Bioenergie hat einige Vorteile: Weil sie sich gut speichern lässt, kann man damit die Schwankungen von Wind- und Sonnenenergie ausgleichen oder Wärme erzeugen. Man kann aus Biomasse Kraftstoffe herstellen oder in Kombination mit der CCS-Technologie einsetzen, sodass der Atmosphäre Treibhausgase entzogen werden. Klimamodelle zeigen, dass dies in einigen Jahrzehnten erforderlich sein wird. Die Nachteile: Bleiben Nachhaltigkeitskriterien außer Acht, verursacht der Anbau von Energiepflanzen Treibhausgase, wirkt sich negativ auf Artenvielfalt und Bodenqualität aus und belastet die Gewässer. Die Arbeitsgruppe untersucht, wie man Bioenergie möglichst nachhaltig für die Energieversorgung nutzen und so zum Klimaschutz beitragen kann.

AG-Leitung

  • Prof. Dr.-Ing. Daniela Thrän 
    Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ, Department Bioenergie, Leiterin
  • Prof. Dr. Gernot Klepper 
    Institut für Weltwirtschaft (IfW) Kiel, Forschungsbereich „Umwelt und natürliche Ressourcen“, Senior Researcher

Sektorkopplung

Um 80 bis 95 Prozent CO2-Einsparung zu erreichen, genügt es nicht, nur die Stromerzeugung auf erneuerbare Energien umzustellen. Auch die Energie für die Wärmeversorgung und den Verkehr muss klimafreundlicher gewonnen werden. Dazu braucht es zum einen Technologien wie Power-to-X, mit denen sich aus Strom zum Beispiel Heizwärme, synthetisches Gas und Kraftstoffe herstellen lassen. Darüber hinaus müssen Märkte, rechtliche Rahmenbedingungen und Infrastrukturen angepasst werden. Eine Arbeitsgruppe unter Leitung von Eberhard Umbach analysiert Entwicklungspfade für eine stärkere Vernetzung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr.

AG-Leitung

  • Prof. Dr. Eberhard Umbach 
    acatech, Mitglied des Präsidiums
  • Prof. Dr. Hans-Martin Hennig
    Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Leiter

Pfadabhängigkeiten im Verkehrssektor

Heutige Entscheidungen beeinflussen die Entwicklung des zukünftigen Energiesystems maßgeblich. Beispiel Verkehr: Über das bestehende Tankstellensystem können künftig auch Biokraftstoffe und synthetisches Benzin vertrieben werden. Für Elektroautos und Brennstoffzellenfahrzeuge bräuchte man dagegen komplett neue Infrastrukturen für Strom beziehungsweise Wasserstoff. Würde man das System nur auf eine dieser Technologien ausrichten, entstünden also Pfadabhängigkeiten, die später nur noch schwer aufzulösen wären. Vor diesem Hintergrund entwickelt eine Arbeitsgruppe derzeit eine Stellungnahme, die Strategien für solche Entscheidungsprobleme liefern soll. Sie soll Akteure dabei zu unterstützen, mit Pfadabhängigkeiten umzugehen und Weichenstellungen im Verkehrssektor vorzunehmen.

AG-Leitung

  • Prof. Dr.-Ing. Manfred Fischedick 
    Wuppertal Institut, Vizepräsident
  • Prof. Dr. Armin Grunwald 
    Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS), Leiter

Risiko und Resilienz

Bricht die Energieversorgung zusammen, drohen Schäden für Wirtschaft und Gesellschaft. Daher sollte das Energiesystem möglichst robust sein. Idealerweise „lernt“ es sogar aus Störfällen und ist danach besser auf künftige Ereignisse vorbereitet. Wie also kann eine sichere Energieversorgung auch dann gewährleistet werden, wenn mehrere unvorhergesehene Ereignisse zusammenkommen? Und welchen Einfluss hat die Energiewende auf die Widerstandskraft des Systems? Eine Arbeitsgruppe hat dazu beispielhafte „Bedrohungsszenarien“ entworfen und in einer Analyse beschrieben. Für die darauf aufbauende Stellungnahme hat sie Maßnahmen für ein resilientes Energiesystem der Zukunft herausgearbeitet.

AG-Leitung

  • Prof. Dr. Ortwin Renn
    Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS), Wissenschaftlicher Direktor

Verbraucherpolitik

Um den Endenergiebedarf zu reduzieren, müssen auch Privatverbraucher sparsamer mit Energie umgehen. Eine hohe Stromrechnung führt jedoch nur selten dazu, dass Bürgerinnen und Bürger ihr Energieverbrauchsverhalten aktiv ändern. Auf Basis verhaltenswissenschaftlicher Erkenntnisse hat eine Arbeitsgruppe unter anderem analysiert, welche Anreize Privathaushalte zum Energiesparen motivieren können.

AG-Leitung

  • Prof. Dr. Ortwin Renn
    Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS), Wissenschaftlicher Direktor

Ressourcen

Die Energiewende beeinflusst den Rohstoffbedarf: Während der Verbrauch von Kohle, Öl und Gas langfristig sinken soll, kann Bioenergie dazu beitragen, die schwankende Einspeisung aus Wind- und Solarenergie auszugleichen. Gleichzeitig werden mehr Metalle benötigt, um Erneuerbare-Energieanlagen, Speicher und Netze auszubauen. Die Arbeitsgruppe hat untersucht, wie Deutschland unabhängiger von Rohstoffimporten werden kann und welche Maßnahmen dazu beitragen, die Versorgung langfristig zu sichern.

AG-Leitung

  • Prof. Dr. Peter Herzig 
    GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, Direktor
  • Prof. Dr.-Ing. Friedrich-Wilhelm Wellmer
    ehem. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), ehem. Präsident

Energieszenarien

Energieszenarien dienen häufig als Grundlage für politische Entscheidungen. Umso wichtiger ist es, dass die Ergebnisse nachvollziehbar und transparent sind. Viele beauftragte Institute legen ihre Rechenmodelle jedoch nicht offen. Auch wird nicht immer deutlich, ob Vorgaben der Auftraggeber die Ergebnisse beeinflussen. Um mehr Transparenz zu schaffen, hat die Arbeitsgruppe Leitlinien für die Arbeit mit Energieszenarien entwickelt.

AG-Leitung

  • Prof. Dr. Armin Grunwald 
    Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS), Leiter

Flexibilitätskonzepte

Die Einspeisung aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen schwankt in Abhängigkeit vom Wetter. Flexibilitätstechnologien müssen diese Schwankungen ausgleichen – mit flexiblen Kraftwerken, Speichern und Lastmanagement, das den Verbrauch mit dem Angebot in Einklang bringt. Doch welche Technologien verbinden Stabilität mit Nachhaltigkeit, Kosteneffizienz und gesellschaftlicher Akzeptanz? Eine Arbeitsgruppe hat mithilfe eines eigens entwickelten Rechenmodells rund 130 Systemkonstellationen verglichen.

AG-Leitung

  • Prof. Dr.-Ing. Peter Elsner 
    Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, Geschäftsführender Institutsleiter
  • Prof. Dr. Dirk Uwe Sauer 
    RWTH Aachen, Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA, Lehrstuhl für Elektrochemische Energieumwandlung und Speichersystemtechnik, Lehrstuhlinhaber
  • Prof. Dr.-Ing. Manfred Fischedick 
    Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH, Vizepräsident

Integration

Um die globale Erderwärmung zu begrenzen, müssen die Energieversorgungssysteme möglichst vieler Länder nachhaltiger werden. Daher wäre es sinnvoll, die deutsche Energiewendepolitik stärker mit der europäischen Energie- und Klimapolitik zu verzahnen. Eine Arbeitsgruppe hat die Voraussetzungen für ein international anschlussfähiges europäisches Modell herausgearbeitet und dabei insbesondere den europäischen Emissionshandel, die Förderung erneuerbarer Energien und den Strombinnenmarkt beleuchtet.

AG-Leitung

  • Prof. Dr. Christoph M. Schmidt 
    RWI – Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung, Präsident

Publikationen

Alle Projektergebnisse werden veröffentlicht. Stellungnahmen des Akademienprojekts enthalten Handlungsoptionen für den Umbau des Energiesystems und erscheinen in der gemeinsamen „Schriftenreihe zur wissenschaftlichen Politikberatung“. Ergänzende Analysen und Materialien werden in der projekteigenen Reihe „Energiesysteme der Zukunft“ publiziert.

Alle Publikationen sind auf der ESYS-Projektwebsite und am Ende dieser Seite abrufbar.

Im Dialog

ESYS bringt die verschiedenen Stakeholder der Energiewende in vielfältigen Dialogformaten miteinander ins Gespräch. Durch den Austausch mit Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft können die Projektmitglieder deren Positionen in die wissenschaftliche Analyse einbeziehen.

Energie.System.Wende.

Einmal im Jahr lädt das Akademienprojekt ESYS in Berlin zur Jahresveranstaltung Energie.System.Wende. ein. In Podiumsdiskussionen und Workshops werden Ergebnisse und Ideen aus dem Projekt vorgestellt und mit Interessierten unterschiedlicher Branchen und Disziplinen diskutiert.

Forschungsforum Energiewende

Das Forschungsforum Energiewende ist eine transdisziplinäre Dialogplattform. Im Plenum kommen Akteure aus Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft zusammen, um über Handlungsoptionen im Bereich Energieforschung und -politik zu diskutieren. Das Leitungskollegium bereitet die Plenumssitzungen vor.

Trialoge zur Energiewende

Das Akademienprojekt „Energiesysteme der Zukunft“ (ESYS) arbeitet mit der HUMBOLDT-VIADRINA Governance Platform zusammen. In den Trialogen zur Energiewende tauschen sich ESYS-Fachleute mit Akteuren aus Politik, Wirtschaft und organisierter Zivilgesellschaft aus. Die ganztägigen Dialogformate werden genutzt, um in ESYS bearbeitete Themen aus verschiedenen Blickwinkeln zu beleuchten und Fragestellungen im Hinblick auf ihre gesellschaftliche Anschlussfähigkeit zu schärfen.

Fachgespräche

Über den Austausch im Rahmen von Workshops und Fachgesprächen beziehen die ESYS-Arbeitsgruppen auch das Praxiswissen energiepolitischer Akteure mit ein. Dazu laden die AGs je 10 bis 15 Expertinnen und Experten aus Wissenschaft, Politik, Wirtschaft und zivilgesellschaftlichen Organisationen ein, um mit ihnen Zwischenergebnisse zu diskutieren.

ESYS-Konferenz

ESYS KonferenzEtwa einmal im Jahr treffen sich die Projektmitglieder zur ESYS-Konferenz im Berliner Harnack-Haus, um Themen und Schwerpunkte des Projekts weiterzuentwickeln. Die laufenden Arbeitsgruppen stellen hier auch ihre Zwischenergebnisse vor.

Weiterführende Informationen

Website „Energiesysteme der Zukunft“
Infobroschüre ESYS (PDF)
Publikationsflyer ESYS (PDF)
Leopoldina – Nationale Akdademie der Wissenschaften
Union der deutschen Akademien der Wissenschaften
HUMBOLDT-VIADRINA Governance Platform: Trialoge zur Energiewende