Moderne Stromnetze als Schlüsselelement einer nachhaltigen Energieversorgung. Endbericht zum TA-Projekt

Gegenwärtig befindet sich das deutsche Energiesystem in einem Umbruchprozess historischen Ausmaßes. Bis 2030 sollen erneuerbare Energien etwa die Hälfte und bis 2050 mindestens 80 % des Strombedarfs decken. Dies stellt teilweise völlig neue Anforderungen an die Stromnetze, sodass aktuell ein erheblicher Handlungsdruck erwachsen ist, die Netze aus- bzw. umzubauen sowie neue Betriebskonzepte zu entwickeln, damit eine zuverlässige und sichere Stromversorgung auch weiterhin gewährleistet werden kann. Der TAB-Bericht gibt einen breiten Überblick über den Stand des Wissens und der Diskussion zu vielen der mit dem Aus- und Umbau der Stromnetze verbundenen Fragestellungen. Dazu gehören neben dem Umfang des Aus- und Umbaubedarfs die Identifikation von modernen Technologien und Betriebsweisen für Stromnetze sowie die Beschreibung ihres Entwicklungsstands bzw. Forschungs- und Entwicklungsbedarfs. Da eine Fokussierung allein auf technologische Aspekte zu kurz greifen würde, wurde eine Reihe weiterer relevanter Einflussfaktoren und Themenbereiche in den Blick genommen. Dies betrifft zum einen ökonomische Aspekte, u. a. die Kosten und Nutzen des Einsatzes bestimmter Technologien, beispielsweise von sogenannten Smart Metern. Zum anderen werden aber auch Dimensionen der Folgewirkungen in den Blick genommen, insbesondere Datenschutzfragen in modernen Stromnetzen, die mehr und mehr mit Informationsnetzen verschmelzen (Smart Grid), sowie mögliche Auswirkungen auf die Umwelt bzw. die Gesundheit. Last but not least werden Fragen der öffentlichen Beteiligung und der Akzeptanz des Baus von Stromtrassen thematisiert, die in letzter Zeit enorm an Bedeutung gewonnen haben. INHALT ZUSAMMENFASSUNG 9 I. EINLEITUNG 25 II. STROMNETZE UND STROMVERSORGUNG IN DEUTSCHLAND 33 1. Systemdienstleistungen 36 2. Trends und Treiber für die zukünftige Entwicklung der Netze 39 3. Smart Grid 41 4. Stromnetz im Verhältnis zu anderen Flexibilisierungsoptionen 47 III. AUS- UND UMBAUBEDARF DER STROMNETZE 49 1. Übertragungnetze 49 1.1 Kritik am Verfahren 52 1.2 Kritik an Annahmen und Ergebnissen 57 1.3 Schlussfolgerungen, diskutierte Lösungsvorschläge 59 2. Verteilnetze 61 3. Auswirkungen eines verzögerten Netzausbaus 68 IV. MODERNE TECHNOLOGIEN UND BETRIEBSWEISEN FÜR STROMNETZE 71 1. Übertragungsnetze 71 1.1 Freileitungsmonitoring 71 1.2 Hochtemperaturleiterseile 72 1.3 Erhöhung der Übertragungsspannung 73 1.4 Leistungselektronik zur Steuerung von Lastflüssen 73 1.5 Wide Area Monitoring Systems 74 1.6 Erdkabel 76 1.7 Phasenschiebertransformatoren 78 1.8 Hochspannungsgleichstromübertragung 79 1.9 Supraleitende Komponenten 81 1.10 Gesamtübersicht der Technologien und Verfahren 82 2. Verteilnetze 84 2.1 Regelbare Ortsnetztransformatoren 84 2.2 Einspeisenetze 86 2.3 Hochtemperatursupraleiterkabel 87 2.4 Technologien zur dezentralen Bereitstellung von Systemdienstleistungen 88 2.5 Sensorik im Netz/Automatisierung 90 3. Smart Meter 91 3.1 Warum Smart Meter? 92 3.2 Ordnungsrahmen 95 3.3 Kosten-Nutzen-Analyse 96 3.4 Ländervergleich 101 3.5 Datenschutz und Datensicherheit bei Smart Meter 102 V. ZUKUNFTSSZENARIEN FÜR DAS STROMNETZ 109 1. Europäisches Supergrid 109 2. Die Szenarien des Umweltbundesamtes 112 2.1 Szenario »International Grosstechnik« 113 2.2 Szenario »Regionenverbund« 113 2.3 Szenario »Lokal autark« 115 3. Betrieb des Stromnetzes in regionalen Zellen 117 3.1 Definition und Abgrenzung 118 3.2 Funktionalität und technische Umsetzung 119 3.3 Mögliche technische Varianten 121 3.4 Bewertung 123 3.5 Möglicher Regelungsbedarf 131 3.6 Fazit 134 4. Digital Grid 135 VI. ZUVERLÄSSIGKEIT UND SICHERHEIT 137 1. Kosten von Stromausfällen 138 2. Versorgungsqualität 141 2.1 Smart Grid: »safety« und »security« 144 2.2 Qualität der Stromversorgung als Produktmerkmal 151 VII. UMWELT- UND GESUNDHEITSAUSWIRKUNGEN 153 1. Auswirkungen auf die Umwelt 153 1.1 Freileitungen 154 1.2 Erdleitungen 161 1.3 Elektromagnetische Felder durch Freileitungen, Erdkabel und gasisolierte Leitungen 166 1.4 Fazit 171 2. Mögliche Risiken für die Gesundheit 171 2.1 Allgemeines zu Feldwirkungen und Grenzwerten 172 2.2 Wirkmodelle und Bewertung von Evidenz 173 2.3 Wissenschaftliche Bestandsaufnahme und Bewertung biologischer Wirkungen 180 2.4 Grenzwertdiskussion 186 2.5 Forschungsbedarf 192 2.6 Strategien der Risikobewertung und des Risikomanagements 192 2.7 Fazit 193 VIII. AKZEPTANZ DES STROMNETZAUSBAUS 195 1. Konfliktfelder beim Netzausbau 196 2. Öffentliche Wahrnehmung und das Beteiligungsparadoxon 197 3. Bürgerbeteiligung bei der Planung des Netzausbaus 198 4. Erfolgsfaktoren für Bürgerbeteiligungsverfahren 201 5. Fazit 203 LITERATUR 205 1. In Auftrag gegebene Gutachten 205 2. Weitere Literatur 205 ANHANG 229 1. Tabellenverzeichnis 229 2. Abbildungsverzeichnis 23

Security and Privacy in the Smart Grid

Der vermehrte Einsatz von erneuerbaren Energien, welche nicht ständig verfügbar und nur begrenzt speicherbar sind, erschweren die Steuerung der Stromnetze. Zur Anpassung der Energieerzeugung an den tatsächlichen Bedarf werden Smart Grids („intelligente Stromnetze“) aufgebaut, die eine Steuerung des Energieverbrauchs in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit ermöglichen. Die bereits vorhandenen Stromnetze werden hierzu um Kommunikationsnetze erweitert. Smart Meter („intelligente Stromzähler“) die beim Verbraucher eingesetzt werden, senden über die Kommunikationsnetze Messdaten zyklisch an die jeweiligen Stromnetzbetreiber. In Zukunft soll auch eine Steuerung von Haushaltsgeräten möglich werden. Daraus ergeben sich neue Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit und Datenschutz. Die hier vorliegende Arbeit bietet eine kurze Einführung in die Grundlagen zum Thema Smart Grid. Es wird eine Referenzarchitektur definiert und die einzelnen Bestandteile des Smart Grids werden vorgestellt. Eine Auseinandersetzung mit den rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen sowie ein Überblick über den Stand der Entwicklungen intelligenter Stromnetze, insbesondere der Verbreitung von Smart Metern, vervollständigt die Grundlagen. Zusätzlich werden wesentliche Aspekte von Sicherheit und Datenschutz angesprochen. Darauf aufbauend wird die Sicherheit in Smart Grids untersucht. Hierzu werden die Ursachen für Bedrohungen im Rahmen einer Bedrohungsanalyse anhand eines Szenarios analysiert. Abgeleitet von den Ergebnissen der Bedrohungsanalyse werden Risiken innerhalb einer Risikoanalyse evaluiert und Maßnahmen empfohlen, um die festgestellten Risiken zu bewältigenThe increased use of renewable energy sources, which are not constantly available and only limited storable complicate the management of power grids. Smart Grids allowing control of energy consumption depending on availability will be built up in order to adapt energy generation on the actual demand of energy. For this purpose existing power grids are extended by communications networks. Smart meters located at the customer are used to send data periodically to the respective power company via communication networks. For the future there are also plans to control household appliances. This results in new challenges in terms of security and privacy. The following thesis provides a brief introduction to the basics of smart grids. A reference architecture will be defined and individual components of the Smart Grid are presented. A discussion of the legal and regulatory framework as well as an overview about the the current state of development with already installed smart meters completes the Smart Grid basics. In addition, key aspects of security and privacy are addressed. On this basis the security of smart grids is investigated. For this purpose the causes of threats will be analyzed in a threat analysis based on a scenario. Derived from the findings of the threat analysis, risks are evaluated within a risk analysis. Finally measures are recommended to address the identified risks

Energiewende. Aber fair! : Wie sich die Energiezukunft sozial tragfähig gestalten lässt

Haben Sie auch eine saftige Nachzahlung für Strom- und Heizkosten leisten müssen? Energie wird teurer - das tut besonders denen weh, die sowieso schon jeden Euro zweimal umdrehen müssen. Sollen wir deshalb doch wieder auf (vermeintlich billigen) Atomstrom setzen? Dass es jenseits platter Polemik auch anders geht, zeigt Michael Kopatz. Er stellt Maßnahmen vor, mit denen sich die Energiewende fair und sozial verträglich realisieren lässt. Dreh- und Angelpunkt ist ein nationales Aktionsprogramm gegen Energiearmut. Es beinhaltet unter anderem die Vermeidung von Stromsperren, sozial ausgerichtete Sanierungsprogramme für Gebäude und professionelle Energieberatungen im Haushalt. Nur wenn die Energiewende fair ist und in der Bevölkerung akzeptiert wird, kann sie gelingen

Active Assisted Living

In dem vorliegenden Open-Access-Buch identifizieren Studierende und Lehrende interprofessionell Entwicklungen und Problemfelder der Assistiven Technologien. Diese halten zunehmend Einzug ins Leben versorgungsbedürftiger, häufig älterer Menschen. Nach einigen Jahren der Entwicklung kann konstatiert werden, dass der Transfer von Entwicklung zur Anwendung im Alltag infolge unterschiedlicher Perspektiven und Zielsetzungen nur unzureichend stattfindet. Die Beitragsautoren bieten kreative Lösungsansätze, die zu einer nachhaltigen Umsetzung führen sollen.​​ Dies ist ein Open-Access-Buch

Die erste Fortbildungsstufe "Geprüfte/r Berufsspezialist/in" der höherqualifizierenden Berufsbildung. Die Gestaltung von Fortbildungen auf dem DQR-Niveau 5 im Innovationswettbewerb InnoVET

Im Wettbewerb „InnoVET: Zukunft gestalten – Innovationen für eine exzellente berufliche Bildung“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) entwickeln und erproben mehrere Projekte Fortbildungen auf der ersten Stufe der höherqualifizierenden Berufsbildung. In diesem Sammelband werden diese Fortbildungen entlang einer gemeinsam erarbeiteten Struktur dargestellt und damit einer vergleichenden Analyse zugeführt. Dieser Kern des Sammelbandes wird ergänzt durch die Darstellung von zwei Fortbildungen, die in der Diskussion um das DQR-Niveau 5 immer schon eine besondere Rolle gespielt haben, nämlich die Fortbildung im Kfz-Bereich und im IT-Bereich. Außerdem werden übergreifende Betrachtungen ergänzt. Wie im ersten Beitrag beschrieben, erfordert die Zuordnung einer Fortbildung zum DQR-Niveau 5 des Deutschen Qualifikationsrahmens (DQR) einen formalen Prozess, der für die hier in Rede stehenden Projekte noch nicht abgeschlossen ist und dessen Ergebnis hier selbstver-ständlich nicht präformiert werden kann. Gleichwohl wird der Einfachheit halber, wie durchaus auch im Projektalltag üblich, so getan, als befinde sich eine Fortbildung auf diesem Niveau. Dabei handelt es sich um eine sprachliche Vereinfachung. Durch die Beiträge im Sammelband und durch übergreifende Betrachtungen, etwa die aktuelle Diskussion um die Verrechtlichung des DQR, wird deutlich, dass der InnoVET-Wettbewerb zentrale Beiträge zur Profilierung der noch unterrepräsentierten Ebene leisten konnte, aber noch eine ganze Reihe übergreifender Baustellen zu bearbeiten sind, die vor allem außerhalb der Projekte liegen. (DIPF/Orig.

Chancen und Risiken der Digitalisierung kritischer kommunaler Infrastrukturen an den Beispielen der Wasser- und Abfallwirtschaft. Endbericht zum TA-Projekt

Im Mittelpunkt des TAB-Arbeitsberichts Nr. 205 steht der Einsatz digitaler Lösungen für zentrale Aufgaben der kommunalen Abfall- und Wasserwirtschaft. Der Bericht informiert für beide Bereiche über den aktuellen Stand der Technik und die Perspektiven der Digitalisierung. Für die Wasserwirtschaft wird der mögliche Nutzen digitaler Lösungen zur Bewältigung von Ausnahmesituationen untersucht. Darüber hinaus werden die Anfälligkeiten der Versorgungsinfrastrukturen der Wasserwirtschaft gegenüber Cyberangriffen und anderen IT-bedingten Störungen diskutiert sowie der aktuelle Stand der Informationssicherheit und der diesbezügliche Handlungsbedarf identifiziert. Abschließend werden Gestaltungsoptionen skizziert und ein möglicher Orientierungsrahmen speziell für politisches Handeln aufgezeigt, um den digitalen Fortschritt nachhaltig zu gestalten. Dem Bericht ist eine 20-seitige Zusammenfassung vorangestellt. Zentrale Ergebnisse sind auf vier Seiten im zugehörigen TAB-Fokus (s.u. Relation in KITopen) zusammengestellt