Het ontwikkelen van innovatieve infrastructuren in Duitsland

Het TRAFIS project onderzoekt de ontwikkeling van klimaatbestendige en duurzame infrastructuren, door de lens van transformatie-onderzoek. Afgelopen september vond er een expert-workshop plaats om de uitdagingen en sleutelfactoren voor de ontwikkeling van gekoppelde infrastructuren te bespreken. In deze blog beschrijven DRIFT-onderzoekers Katharina Hölscher en Julia Wittmayer het proces en de uitkomsten van de workshop.

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In the context of the TRAFIS project, DRIFT researches together with IOER, Ecologic Institute and BTU Cottbus innovative coupled infrastructures in Germany. Coupled infrastructures include, for example, the coupling of energy and heat generation with sewage water heat or server heat to tap into new energy sources, establishing intelligent energy grids for energy distribution in line with production and demand, and private car sharing via an internet platform.

Through meticulous case study work, we have analysed the development pathways of nine coupled infrastructures, including key factors influencing their development and the activities by which key actors dealt with these factors. We also critically reflected on the sustainability and transformative potential and impact of the coupled infrastructures. The main aim was to formulate recommendations for policy actors as well as for planners and operators.

In the course of the development pathway of a coupled infrastructure different kinds of influencing factors open up possibilities or pose constraints for its further development. These include regulations and conflicts of interests which may delay planning and the start of the operation. Specifically the creation of a healthy financial basis for the installation as well as a competitive and profitable marketing of the services are key – a majority of the analysed coupled infrastructures were supported by investments on EU- and federal level. The role of users is especially vital when the installation and/or use of the coupled infrastructure requires behavioural change (e.g. private car sharing), technical modification (e.g. to hydrogen fuelled cars) or new knowledge (e.g. as for the use of smart home technology).

The expert workshop served to validate the research results regarding challenges, key factors and action opportunities with the scientific board and the funding partners (the German Environmental Agency/Federal Environment Ministry). The discussions revolved around a number of cornerstones to strengthen the role of coupled infrastructures for sustainable development, which we would like to share below.

The role of coupled infrastructures in the Energiewende and in sustainable development in general

The focus on coupled infrastructures is guided by the assumption that the coupling of infrastructures can contribute to positive economic and ecologic impacts. Coupled infrastructures are considered as building blocks for broader sustainability changes and specifically for the ‘Energiewende’, the German energy transition. For example, hydrogen power plants can contribute to a climate neutral energy provision and serve as storage facilities for renewable energies.

To support the positive impact of coupled infrastructures, it is on the one hand necessary to critically reflect on their actual sustainability impacts by mirroring them along existing societal guiding visions. On the other hand, there is a need to sharpen and integrate political framework conditions. Especially finding the funding base, enabling competitive pricing and identifying profitable business models for coupled infrastructures are challenging. Existing technical possibilities, e.g. for sustainable energy provision and storage, are put into drawers due to technical and organisational path dependencies and missing investment incentives.

It was considered the responsibility of the federal government to remove central barriers; for example the costs of CO₂-emissions and primary resources are currently too low and thus leave coupled infrastructure options as non-competitive. On the contrary, currently counter tendencies emerge which limit profit opportunities, such as the fact that the renewable energy reallocation charge for hydrogen needs to be paid and that the returns on equity in communal power grids were reduced.

Scandalisation effects and (dealing with) risks in security of supply

Scandalisation effects were mentioned as an essential barrier for the development of innovative coupled infrastructures. Out of (political) fear of accidents or an interruption of services there is not enough investment for experimenting with innovations. Especially related to the Energiewende, the debate about security of supply is highly politically coloured. While security of supply seems self-evident in a country such as Germany, the coming nuclear phase-out – the deactivation of all nuclear power plants by 2022 – does challenge exactly this. Against the background of possible interruptions and risks, we discussed during the workshop the ‘black start capability’: If there is no electricity supply there are only specific (parts of) power plants that are in a position to start autonomously (without external energy supply).

The federal German government was asked to pro-actively name the challenges and risks that are connected to the nuclear phase-out instead of turning a blind eye. For example, it was flagged that not there is not enough attention to emergency plans, such as the provision of water and electricity through local public service institutions in case the central supply gets interrupted. There was also the demand to make the security of supply economically worthwhile rather than considering it as something self-evident. For this, new standards need to be developed, such as measuring the performance of infrastructures along future challenges (rather than along past indices).

The role of communal actors, such as public service institutions

During the workshop, the discussion focused on local actors, specifically public service institutions and utilities, and their role in fostering coupled infrastructures in the context of the Energiewende. The public service institutions are the designated actors responsible for securing services of general interest (e.g. water, electricity). The participating CEO of the public service institution Rödental, Mr Eckardt, can be considered a pioneer in carving out new roles for public service institutions in the context of the nuclear phase-out. He considers public service institutions as “sleeping giants”: in the current legal frameworks they are fulfilling a rather small role, but considering the demand for decentral and subsidiary energy supply they have much more to offer.

Eckardt broadens the role of the service institutions to “not get stuck in today but also include tomorrow” and experiments with fostering e-mobility or supplying fast internet. It was demanded to redefine the responsibilities of local actors and for the federal government to play a more explicit role in that. The latter should also seek more contact with local actors such as public service institutions.

Networks for exchanging knowledge, experiences and interests

The central role of networks for the creation of innovative coupled infrastructures and the common achievement of complex sustainability goals such as the Energiewende was discussed during the workshop and also highlighted in the comparative case analysis. Firstly, this central role relates to the increase in the number of actors that play a role in the supply of services in the context of the Energiewende: instead of a handful central suppliers the future of service supply will include numerous actors at different scales with various interdependencies.

Secondly, the interdisciplinary context of coupled infrastructures, where different fields and resorts work together necessitates new means of communication to establish trust and mental proximity. Thirdly, such networks are needed for the exchange of knowledge and interests, e.g. between research and practice and between federal, regional and local governments. Numerous networks of this kind exist, such as fora for local governments or professional associations. Missing link that were flagged were those between local actors and regional energy agencies or the links between federal and local actors.

Taking up the metaphor and considering that working with coupled infrastructures indeed is sailing close to the wind, a key challenge is that ‘breaking a mast’ should not lead to one drowning all alone in the wide ocean. Rather, it was called for a context in which it is ok to take risks, experiment and make mistakes and to learn from them. Indeed, making mistakes was considered necessary in order to accelerate the developments to the extent needed for the Energiewende to succeed. Especially ‘soft instruments’, such as supporting networks, increasing the visibility of innovations and knowledge exchange and communication were discussed to entice people on a broad scale with sustainability thinking and to convey ‘best practices’.

However, also ‘hard’ instruments were highlighted, such as the necessity to internalise costs of CO₂-emissions and to increase costs of resources. A central element was the idea that sustainability needed to be thought as something in the long run, future oriented and integrative.

Hart am Wind Segeln: Die Entwicklung innovativer Infrastrukturkoppelungen in Deutschland

Die Herausforderungen an und Einflussfaktoren auf die Entwicklung von Infrastrukturkoppelungen waren Gegenstand angeregter Diskussionen eines Fachworkshops, der am vergangenen Donnerstag in Berlin stattfand.

Seit 2016 erforscht DRIFT im Rahmen des durch das UBA/BMUB geförderten TRAFIS Projektes zusammen mit den Projektpartnern vom IOER, Ecologic Institut und der BTU Cottbus realisierte innovative Infrastrukturkoppelungen. Fallbeispiele umfassen unter anderem die Erschließung neuer Energiequellen durch Kopplungen von Energie- und Wärmeerzeugung mit Abwasserwärme oder Serverabwärme, den Aufbau intelligenter Netze zur produktions- und bedarfsgerechten Verteilung erneuerbarer Energiequellen, die Verwendung von Wasserstoff als Energiespeicher und für Energieversorgung und privates Carsharing über eine Internetplattform.

Unser Fokus liegt hierbei auf den Umsetzungsprozessen dieser Infrastrukturkoppelungen, einschließlich der wesentlichen Umsetzungsschritte und ihrer zeitlichen Abfolge, der Einflussfaktoren auf diese Umsetzungsschritte und der Handlungen von Schlüsselakteuren um mit Einflussfaktoren umzugehen. Auch die Wirkungen der Infrastrukturkopplungen auf Veränderungen in Richtung Nachhaltigkeit werden kritisch reflektiert. Ein wesentliches Ziel dieser Untersuchungen ist die Ableitung von Handlungs- und Gestaltungsmöglichkeiten für Planer und Betreiber sowie gesetzgebende Akteure auf Bundes-, Landes- und Kommunalebenen.

Im Verlauf eines Umsetzungsprozesses einer innovativen Infrastrukturkopplungen wirken verschiedene Arten von Einflussfaktoren welche Potentiale und Hindernisse eröffnen. Beispielsweise muss die Kopplung zu Beginn der Planungen auf die Potentiale des lokalen Kontextes angepasst werden. Rechtliche Verordnungen und Interessenkonflikte können Planungen und Inbetriebnahme verzögern.

Vor allem die Schaffung einer Finanzierungsgrundlage für die Installation und eine wettbewerbsfähige und profitable Vermarktung der Dienstleistung sind zentrale Aspekte – die große Mehrheit der Infrastrukturkopplung wurde durch Investitionsförderungen durch EU-, Bundes- und Landesebenen unterstützt. Die Rolle von Nutzern ist insbesondere interessant, wenn die Installation und Nutzung einer Infrastrukturkopplung komplex auf der Nutzerseite ist, beispielsweise indem sie Verhaltensänderungen wie privates Carsharing, technische Umrüstung wie auf wasserstoffbetriebene Fahrzeuge oder neue Kenntnisse wie für die Bedienung von Smart Home Technologien erfordern.

Der Fachworkshop diente dazu unsere Ergebnisse zu Herausforderungen, Einflussfaktoren und Handlungsoptionen mit Praxispartnern, dem wissenschaftlichen Beirat sowie dem Auftraggeber UBA/BMUB abzugleichen und den Handlungsbedarf, insbesondere von politischen, Akteuren, zu konkretisieren. Die Diskussionen drehten sich um verschiedene Eckpunkte, um die Rolle von innovativen Infrastrukturkopplungen in Bezug auf Nachhaltigkeitsveränderungen zu stärken.

Die Rolle von Infrastrukturkopplungen in der Energiewende und in breiteren Nachhaltigkeitsveränderungen

Der Fokus des Projektes und das Interesse der Auftraggeber auf die Kopplung von Infrastrukturen sind in der Annahme begründet, dass Infrastrukturkopplungen zu Synergien bezüglich Finanzierung und Umweltleistung beitragen können. Solche positiven Wirkungen von Infrastrukturkopplungen werden hierbei keineswegs als Selbstverständlichkeit betrachtet. Auf dem Workshop wurde allerdings betont, dass einzelne Infrastrukturkopplungen Bausteine für breitere Nachhaltigkeitsveränderungen und insbesondere für die Energiewende darstellen können. Beispielsweise können Wasserstoffkraftwerke zu einer klimaneutralen Energieversorgung und zu Speichermöglichkeiten für Erneuerbare Energien beitragen.

Um innovative Infrastrukturkopplungen mit positiven Umweltwirkungen zu fördern, ist es einerseits notwendig, dass die Nachhaltigkeitsbeiträge kritisch reflektiert werden und die Leitbilder für einzelne Kopplungen mit anderen Leitbildern abgeglichen und übereingestimmt werden. Hierzu muss vorausschauendes und nachhaltiges Gedankengut verbreitet und integriert werden. Andererseits müssen verschärftere und integrativere politische Rahmenbedingungen formuliert werden. Vor allem die Finanzierung, wettbewerbsfähige Preisbildung und profitable Geschäftsmodelle von Infrastrukturkopplungen stellen Herausforderungen dar.

Es gebe bereits viele technische Optionen für beispielsweise nachhaltige Energieversorgung und Energiespeicherung, allerdings landen diese oftmals wieder „in der Schublade“ aufgrund von technischen und organisatorischen Pfadabhängigkeiten und fehlender Investitionsanreize. Es wurde diskutiert, dass vor allem der Bund in der Pflicht steht, zentrale Hemmnisse zu beseitigen – zum Beispiel sind die Kosten für CO₂-Emissionen und Ressourcen noch zu gering, innovative und nachhaltige Infrastrukturkopplungen wirtschaftlich attraktiv zu installieren. Momentan gibt es oft vielmehr gegenläufige Tendenzen; so muss für Wasserstoff die EEG-Umlage bezahlen und die Renditen für Eigenkapital in kommunalen Stromnetzen wurden reduziert, wodurch sich auch Gewinnchancen verringern.

Sandalisierungseffekte und (Umgehen mit) Risiken in der Versorgungssicherheit

Als ein wesentliches Hindernis für die Entwicklung innovativer Infrastrukturkopplungen wurde der Skandalisierungseffekt benannt: Aus (politischer) Angst vor einem Unglück oder Dienstleistungsausfall wird nicht ausreichend in das Experimentieren mit Innovationen investiert. Vor allem im Zusammenhang mit der Energiewende wird die Debatte um die Versorgungssicherheit in der Energiewende stark politisch geführt. Zwar scheint diese in einem Land wie Deutschland eine Selbstverständlichkeit, doch durch den nahenden Atomausstieg – dem Ausschalten aller Atomkraftwerke in 2022 – wird genau diese in Frage gestellt. Vor dem Hintergrund möglicher Ausfälle und Risiken wurde auf dem Workshop oftmals die „Schwarzstartfähigkeit“ diskutiert: Bei einem Stromausfall sind nur bestimmte Kraftwerke beziehungsweise Kraftwerksblöcke dazu in der Lage, die Stromversorgung vollständig autonom (ohne externe Energie) wieder herzustellen.

Um mit Risiken der Versorgungssicherheit und mit Skandalisierungseffekten proaktiv umgehen zu können wurde gefordert, dass der Bund die geplante Energiewende nicht schönredet beziehungsweise die damit einhergehenden Herausforderungen und Risiken klar benennt. Es wurde beispielsweise dafür plädiert, von dem Gedanken der „Grundlastfähigkeit“ abzurücken und statt „gesicherter Leistung“ den Schwerpunkt auf Regelbarkeit und Stabilität durch „gesicherte Versorgung mit sinnvoller Nachfrage“ zu legen. Versorgungssicherheit muss sich außerdem wirtschaftlich lohnen – derzeit wird es vielmehr als eine Selbstverständlichkeit betrachtet. Hierzu müssen neue Standards angewendet werden. So sollten neue Infrastrukturkopplungen nicht mit der Leistungsfähigkeit von Infrastrukturen in der Vergangenheit gemessen werden, sondern vielmehr an zukünftigen Herausforderungen orientiert sein.

Die Rolle kommunaler Akteure, vor allem der Stadtwerke

Auf dem Workshop wurde vor allem die Rolle der kommunalen Ebene und insbesondere der Stadtwerke für die Kopplung von Infrastrukturen und insbesondere im Kontext einer Energiewende, die Energiedezentralität und Energiesubsidiarität anstrebt.  Besonders die Rolle der Stadtwerke wurde hervorgehoben – diese sind in vielen Gemeinden Deutschlands die verantwortlichen Akteure um die Daseinsvorsorge (z.B. Wasser, Strom) zu sichern.

Ein an dem Workshop teilnehmender Praxispartner, der Geschäftsführer der Stadtwerke Rödental Herr Eckardt, stellt einen exemplarischen Pionier für die Rolle von Stadtwerken dar, der die Rolle von Stadtwerken in der Energiewende neu definiert, innovative Infrastrukturlösungen entwickelt und sich in Netzwerken zum Wissensaustausch engagiert. Er bezeichnete die Stadtwerke als „einen schlafenden Riesen“: Im bestehenden Rechtsrahmen kommt ihnen nur eine kleine Rolle zu, allerdings können sie vor allem vor dem Hintergrund von dezentraler und subsidiärer Energieversorgung die großen Akteure der Zukunft werden. Herr Eckardt gab an, dass die Stadtwerke mehr tun könnten, wie z.B. E-Mobilität vorantreiben oder Gemeinden mit schnellem Internet versorgen. Er betonte das Vorsorgeprinzip: nicht nur im Heute zu erstarren, sondern das Morgen schon mitzudenken. Es wurde bemängelt, dass der gegenwärtige Rechtsrahmen veraltet ist, die Verantwortlichkeiten unterschiedlicher Akteure (vor allem auf kommunaler Ebene) neu definiert werden müssen und der Bund auch expliziter in Kontakt und Austausch mit Kommunen treten sollte.

Die Rolle von Netzwerken zum Austausch von Wissen, Erfahrungen und Interessen

Ein weiterer wesentlicher Punkt, welcher auf dem Workshop diskutiert und auch durch die im Projekt durchgeführten Fallanalysen deutlich wurde, ist die zentrale Rolle von verschiedenen Netzwerken für die Gestaltung von innovativen Infrastrukturkopplungen und das gemeinsame Erreichen von komplexen Nachhaltigkeitszielen wie der Energiewende. Einerseits bezieht sich dies auf die Vervielfältigung von Akteuren, die beispielsweise an der Energiewende beteiligt sind. Es wurde betont, dass die Energiewende das Akteursbild verändert – statt weniger zentraler Versorger gibt es viele Akteure mit viele Abhängigkeiten untereinander. In diesem Zusammenhang ist auch der Aspekt der Kopplung von Infrastrukturen relevant: Das – sozusagen interdisziplinäre – Zusammenbringen unterschiedlicher Ressorts und Wissensbereiche erfordert neue Kommunikationsmaßnahmen zur Schaffung von mentaler Nähe und Vertrauen, auch um Partikularinteressen zu vermeiden.

Andererseits werden Netzwerke notwendig, um den Austausch von Wissen und Interessen – beispielsweise zwischen Wissenschaft und Praxis und zwischen Bund und Kommunen – zu ermöglichen. So wurde kritisiert, dass Wissenseinbindung bisher als Selbstläufer betrachtet wird, dies allerdings nicht der Fall ist. Es gibt bereits eine Vielzahl von Foren – wie auch von Herrn Eckardt illustriert, der sich beispielsweise in Gemeindeforen und Fachverbänden beteiligt. Allerdings fehlen vor allem Vernetzungen mit beispielsweise regionalen Energieagenturen und der Bundesebene und Bundesnetzagentur.

Ein interessanter Unterton war, dass beim Segeln so hart am Wind, in Analogie mit der sich schnell vollziehenden Energiewende und den Herausforderungen bezüglich Versorgungssicherheit, auch ein Mast einmal brechen dürfen muss, ohne dass man sich dann alleine auf dem Ozean befindet – eine Umgebung also, in der Fehler gemacht werden dürfen, ja müssen, um die Entwicklungen im nötigen Tempo voranzutreiben, die Experimentierfreude zu fördern und mit Risiken umzugehen. In diesem Zusammenhang kommen dem Bund und der Politik verschiedene Rollen zu, um die Entwicklung innovativer Infrastrukturkopplungen zu gestalten. Es wurden vor allem weiche Instrumente diskutiert, wie die Förderung und Vermittlung von Netzwerken, die Sichtbarmachung von Innovation und einem nachhaltigen Gedankengut um Menschen breitenwirksam zu begeistern. Es wurden allerdings auch harte Instrumente benannt, wie die Notwendigkeit der Kosteninternalisierung von CO₂-Emissionen und Ressourcen oder eine mögliche Verpflichtung zum Anschluss jedes BHKW an Regelenergie.

Ein zentrales Element hierbei war die Verbreitung des Gedankengutes – Nachhaltigkeit langfristig, zukunftsorientiert und integrativ zu denken – um Akteure und Interessen miteinander abzustimmen und gemeinsam Veränderungen in Richtung Nachhaltigkeit und die Energiewende zu erreichen. Hierfür sind beispielsweise auch weitere Abstimmungen innerhalb von Ministerien auf Bundesebene sowie innerhalb von kommunaler Realpolitik notwendig.