ZEV - Zusammenschluss zum Eigenverbrauch - Mikronetze, Abhängigkeit vom synchronen Netz verringern.

Die Eigenverbrauchsquote eines Mikronetzes spiegelt seine Fähigkeit wider, seine eigene Energie zu speichern und seine Abhängigkeit vom synchronen Netz zu verringern. Welches sind die Herausforderungen für eines mit Photovoltaik (PV)-Paneelen ausgestatteten Mikronetzes? Wie können Nutzer des Mikronetzes zur Steigerung ihres Eigenverbrauchs unterstützt werden? Die Komplexität von Energiegemeinschaften wie Mikronetzen kann hoch sein und ihre Umsetzung kann multidimensionale Herausforderungen mit sich bringen, welche disziplinübergreifende Ansätze erfordern.

Die Bemühungen um die Eindämmung des Klimawandels werden durch eine Reihe von Herausforderungen behindert. Im Elektrizitätssektor hängt die Verringerung der Kohlendioxidemissionen davon ab, ob die Stromnetze in der Lage sind, die zunehmenden Mengen an schwankender Energie zu verarbeiten.

Dies muss unter Beibehaltung eines hohen Zuverlässigkeitsstandards, der Verbesserung der allgemeinen Widerstandsfähigkeit des Netzes und der Begrenzung der sozialen Kosten erreicht werden. Diese Faktoren sowie die Forderung nach einer Demokratisierung und Dezentralisierung des Stromsystems haben dazu geführt, dass Mikronetze für die Energiewende von großer Bedeutung sind.

In den letzten Jahren wurden Mikronetze zunehmend in städtischen oder urbanen Gebieten eingesetzt. Mikronetze werden als Mittel zur Emissionsreduzierung, zur Stärkung von Gemeinschaften und zur Dezentralisierung des Stromnetzes gepriesen und sind eine Form der Energiegemeinschaft. Dies wird in der Schweiz ZEV, Zusammenschluss zum Eigenverbrauch, genannt. Trotz einer Reihe von theoretischen Vorteilen, treten jedoch gerade bei der praktischen Umsetzung unerwartete Herausforderungen zutage.

Ein entscheidendes Merkmal eines jeden Mikronetzes ist die Fähigkeit, seine eigene Energie zu erzeugen. Mit Photovoltaik (PV)-Paneelen oder anderen Formen der dezentralen Stromerzeugung soll ein Mikronetz (bis zu einem gewissen Grad) autonom funktionieren und wenig bis gar nicht auf das externe Netz angewiesen sein. Ein entscheidender Parameter für die Bewertung von Mikronetzen ist daher ihre Eigenverbrauchsquote, d. h. der Anteil der erzeugten Energie, die innerhalb eines bestimmten Mikronetzes verbraucht wird: 

Die Formel der Eigenverbrauchsquote lautet: SC = C/P

SC - Die Eigenverbrauchsquote eines Mikronetzes
C - die von den Verbrauchern während eines bestimmten Zeitraums verbrauchte Energiemenge (kWh)
P - die von den PV-Paneelen während eines bestimmten Zeitraums erzeugte Energiemenge (kWh)

Mikronetz Strombezug
Dieser Parameter der Eigenverbrauchsquote wird durch das Problem der Unterbrechung im Zusammenhang mit den erneuerbaren Energiequellen, die häufig in Microgrid-Einstellungen verwendet werden, noch wichtiger. Das Angebot an variablen erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie schwankt, und wenn ein Mikronetz weder in der Lage ist, das Angebot an die Nachfrage anzupassen noch den überschüssigen Strom zu speichern, ist es gezwungen, diesen Strom in das externe Netz zu exportieren.

Mikronetz Stromeinspeisung
Umgekehrt ist das Mikronetz gezwungen, Strom zu importieren, wenn kein Strom aus eigenen Energiequellen verfügbar ist und die Nachfrage das Angebot übersteigt. Diese Dynamik hat zur Folge, dass ein Mikronetz eine vordergründig hohe Produktionskapazität aufweisen kann, während es den größten Teil seines eigenen Stroms exportiert und später wieder importiert, so dass seine Nutzer nicht weniger abhängig vom synchronen Netz sind als vor dem Anschluss.

Dementsprechend dient die Eigenverbrauchsquote als Leistungsmaßstab, der es ermöglicht, die Fähigkeit eines Mikronetzes, seine eigene Energie zu speichern, zu bewerten, und die Maximierung dieser Eigenverbrauchsquote ist daher ein Ziel, das in den meisten Mikronetz-Einstellungen implizit vorhanden ist.

Bei dem Problem des Eigenverbrauchs geht es im Wesentlichen um ein Missverhältnis zwischen der zeitlichen Abstimmung von Angebot und Nachfrage. Der Hebel auf der Angebotsseite ist aufgrund der unregelmäßigen Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Quellen ein ausgesprochen starrer. Eine Gegenmaßnahme ist die Speicherung von erzeugtem Strom, der nicht verbraucht wird.

Obwohl die Speichertechnologien derzeit eine rasante Entwicklung durchlaufen, sind sie für eine breite Anwendung noch zu teuer. Der zweite Hebel ist die nachfrageseitige Maßnahme, die darauf abzielt, den Stromverbrauch von Zeiten des Nachfrageüberschusses auf Zeiten der Überproduktion zu verlagern und umgekehrt.

Mikronetze sind keine passiven Netze elektrischer Ströme, sondern dynamische Systeme, die auf die Elemente, die sie antreiben, ebenso reagieren wie auf die Akteure, die sie nutzen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist Elektrizität eine Ware, die gehandelt, gekauft und verkauft wird, aber ein alltäglicher Nutzer mag sie als ein unintuitives, immaterielles Gut wahrnehmen, das sofort verbraucht werden muss und nicht gelagert werden kann. Folglich sind sich die Nutzer der Auswirkungen ihres Verbrauchsverhaltens nicht bewusst und werden dieses Verhalten nicht reflexartig ändern.

Die Änderung von Verbrauchsmustern und der Einsatz von Verhaltensänderungen als Mittel zur Verschiebung des Zeitpunkts der Stromnutzung erfordert daher das Engagement der Nutzer. Dies ist ein sehr schwieriges Unterfangen ist, dessen Lösung für die Zukunft von Mikronetzen und der Energiewende insgesamt von zentraler Bedeutung ist.

Die Einbindung der Stromverbraucher und ihre Motivation, über die Zeitplanung ihres Verbrauchs nachzudenken und zu handeln, erfordert erhebliche Veränderungen bei der Art und Weise, wie Strom vermittelt und kommuniziert wird. Im Zusammenhang mit der Stromnutzung ist das vorherrschende Medium, über das Informationen an und von den Nutzern übermittelt werden, der Strommarkt - über die Preise.

Die Umgestaltung der Marktarchitektur ist daher eine Möglichkeit, die an die Nutzer gesendeten Signale zu beeinflussen. Die Verwendung von preisbasierten Modellen zur gemeinsamen Nutzung von Energie, welche die Verteilung von Preisen und Anreizen innerhalb eines Mikronetzes verändern, könnte der Gemeinschaft als Ganzes Vorteile bringen. In einigen Fällen kann ein zentraler Planer abgeschafft werden, und Prosumenten könnten im Rahmen eines Blockchain-basierten Marktes Energie innerhalb des Mikronetzes "handeln".

Das Brooklyn Microgrid.

Während die meisten Studien zu Mikronetzen auf Modellen und Simulationen beruhen, haben Studien, die sich mit empirischen Fällen von allgemeineren Demand-Response-Programmen befassen, darauf hingewiesen, dass der Strompreis eine Rolle bei der Steuerung der Nachfrage spielen kann, doch das Ausmaß dieser Rolle bleibt höchst umstritten.

Die kurzsichtige Betrachtung der Nutzer als rein finanziell orientierte und wirtschaftlich rationale Verbraucher kann daher dazu führen, dass man sich zu sehr auf den Strompreis als politisches Instrument verlässt und die Wirkung von Demand-Response-Programmen begrenzt. Eine Meta-Analyse hat gezeigt, dass finanzielle Anreize sogar zu einem Anstieg des Energieverbrauchs führen können, ein Ergebnis, das früher als "Lizenzierungseffekt" beschrieben wurde, bei dem die Nutzer feststellen, dass ihre Ausgaben und potenziellen Einsparungen so bescheiden sind, dass sie das Gefühl haben, "Anspruch auf die Vorteile der Energienutzung zu haben, weil sie dafür bezahlen". Diese Ergebnisse und die Tatsache, dass es keinen Konsens darüber gibt, ob und inwieweit finanzielle Anreize wirksam sind, legen nahe, dass eine Politik, die auf das Engagement der Nutzer abzielt, eine ausschließliche Abhängigkeit von Preissignalen vermeiden sollte.

Demand-Response-Programme
Demand-Response-Programme und die Flexibilität des Stromverbrauchs von Haushalten wurden aus einer Reihe von Perspektiven untersucht. Frühere Studien zu Demand-Response-Programmen haben beispielsweise den Zusammenhang zwischen Flexibilität und Geschlecht, Haushalten mit Kindern, Flexibilitätskapital, sozialen Praktiken, der Zeitlichkeit des Alltagslebens, Nutzertypologie und nicht selbst ausgewählten Prosumenten untersucht.

Eine Möglichkeit, die Notwendigkeit von Flexibilität zu vermitteln, ist der Einsatz von Stromfeedback, das nachweislich eine ebenso wichtige oder wichtigere Rolle spielt als Preisstrategien. Feedback in Form von Energievisualisierungen, z. B. über digitale Plattformen, wurde als ein Instrument vorgeschlagen, das die Haushalte in die Lage versetzen könnte, mehr Verantwortung für die Energieinfrastruktur zu übernehmen, indem sie sich am Eigenverbrauch beteiligen oder mit Energie handeln.

Wie bei der Preisgestaltung gibt es jedoch auch bei der Rückkopplung Grenzen. In der Literatur wird zunehmend die Vorstellung in Frage gestellt, dass die Sichtbarmachung des Energieverbrauchs für die Haushalte eine Verhaltensänderung auslösen und den Verbrauch beeinflussen wird. Studien haben gezeigt, dass die einfache Installation von intelligenten Zählern und die Bereitstellung detaillierter Rückmeldungen möglicherweise nicht ausreichen, um das Engagement der Verbraucher zu fördern, da die Technologie die komplexeren kulturellen und sozialen Zusammenhänge, die den Energieverbrauch beeinflussen, nicht berücksichtigt.

Mit der Einführung neuer Technologien werden auch neue häusliche Praktiken entstehen, was es schwierig macht, dynamische soziale Kontexte mit festen Kommunikationsformen zu versehen. Eine Abkehr von der Betrachtung der Nutzer als Empfänger von Preisen und Rückmeldungen und stattdessen eine Betrachtung als Teilnehmer am Energiesystem könnte das Entstehen neuer materieller Formen der Energiebürgerschaft in den Haushalten und folglich neue Formen des Engagements ermöglichen.

Energiebürgerschaft für die Energiewende
Der Begriff Energiebürgerschaft hat sich von der historischen Perspektive der Menschen als passive Energienutzer oder -kunden zu einer aktiveren Perspektive entwickelt, bei der die Menschen durch die Politik zu mehr Aktivität ermutigt werden, zum Beispiel durch Preissignale. Die Erforschung potenzieller neuer Formen der Energiebürgerschaft neben der Möglichkeit, Prosumenten und Haushalte zu stärken, kann die Rolle beleuchten, die sie als aktive, demokratisch engagierte Teilnehmer an der nachhaltigen Energiewende spielen können. Die Nutzer einzuladen, über diese Rollen nachzudenken und sie mitzugestalten, ist ein möglicher Weg, um ein gemeinsames Verständnis von Bedürfnissen, Herausforderungen und Alltagsaktivitäten zu ermöglichen; eine Möglichkeit ist die Verwendung von Design-Proben als Methode.

Energiegemeinschaften –ZEV Zusammenschluss zum Eigenverbrauch
Ein weiteres Konzept, das die Menschen als Teilnehmer betrachtet, ist das der Energiegemeinschaften. Eine Energiegemeinschaft kann auf breiter Ebene vernetzt oder geografisch konzentriert sein, von den Bewohnern einer Gemeinde oder einer lokalen Behörde initiiert werden und durch das Streben nach Selbstversorgung, CO2-Neutralität oder Kostenreduzierung motiviert sein.

Die Konstellation der Akteure in einer Energiegemeinschaft und ihre Beweggründe für die Teilnahme (oder Nichtteilnahme) an diesen Vereinbarungen sind unterschiedlich. Variablen wie Wohneigentum und Energierechnungen wurden als Schlüsselfaktoren identifiziert, welche die Bereitschaft der Bürger zur Teilnahme an gemeinschaftlichen Energiesystemen beeinflussen. Es sollte jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass alle Nutzer Teil einer aktiven Energiegemeinschaft sein wollen, und noch weniger dürften an der Kontrolle eines solchen Systems interessiert sein.

Nutzerheterogenität
Es ist daher ratsam, die Unterschiede zwischen den Nutzern zu berücksichtigen und eine Vielzahl von Rollen als Energiebürger anzubieten, die den unterschiedlichen Fähigkeiten, Vorlieben und Interessen der Teilnehmer gerecht werden. Der Begriff "Nutzer" ist geeignet, um im weitesten Sinne jeden Akteur oder Interessenvertreter (privat, gewerblich oder anderweitig) zu beschreiben, der Teil einer Energiegemeinschaft ist (oder sein könnte). Der Begriff "Nutzerheterogenität" ist sinnvoll, um die Variationen innerhalb und zwischen diesen verschiedenen Arten von Nutzern zu erfassen.

ZEV Modell – Fallstudie eines Mikronetzes
Um die Effekte eines Mikronetzes zu untersuchen wurde ein Modell- Mikronetz untersucht. Das Mikronetz besteht aus vier neu errichteten Wohngebäuden mit 16 Mietwohnungen zwischen 66 m2 und 95 m2 und soll um eine Reihe von kommunalen Akteuren erweitert werden: ein Altenheim mit 58 Wohnungen, eine Einrichtung für betreutes Wohnen (ALF) mit sechs Wohnungen, eine 950 m2 große Vorschule und ein Hausmeisterbüro.

Das Büro des Hausmeisters und zwei der Wohngebäude sind die einzigen Gebäude ohne PV-Paneele auf dem Dach. Die Wohnungsbaugesellschaft, die hinter der Entscheidung zur Einrichtung des Mikronetzes steht, ist Eigentümerin der Gebäude, die angeschlossen werden sollen. Nach Angaben der Wohnungsbaugesellschaft sind die meisten Gebäude nach den Kriterien des Passivhausbaus gebaut und verfügen über dicke Wände für mehr Energieeffizienz. Insgesamt sechs Gebäude sind bereits mit PV-Paneelen ausgestattet, und fast alle haben in unterschiedlichem Umfang Strom in das synchrone Netz exportiert.

Die Kombination dieser Umstände erlaubt es, die Nutzer des Mikronetzes als "passive Prosumenten" zu bezeichnen. Sie sind Prosumenten, weil sie Teil einer Einheit sind, die Energie produziert und verbraucht, aber passiv, weil sie nicht Teil der Entscheidung waren, Prosument zu werden. Die Vision der Wohnungsbaugesellschaft war es, durch die Verbindung dieser Gebäude zunächst den Eigenverbrauch zu maximieren und dann möglicherweise weitere PV-Paneele zu installieren, um eine vollständige Autarkie zu erreichen. Das Mikronetz war zwar mit einem Batteriespeicher ausgestattet, doch war dieser auf eine Kapazität von 21,7 kWh beschränkt, was bei weitem nicht ausreichte, um die Stromexporte zu eliminieren.

In Anbetracht des Kontexts und der besonderen Umstände wurden praktische und wirtschaftliche Aspekte wie die Eigenverbrauchsquote und die Verteilung der Stromkosten sowie Preissignale untersucht, ebenso wie nutzerzentrierte Aspekte, wie das Mikronetz kommuniziert, erlebt und verstanden wurde.

Materialien und Methoden
Der Stromverbrauch und die Stromerzeugung des Standorts wurden analysiert, die Verteilung der Kosten auf die Mitglieder des Mikronetzes untersucht und das Verständnis und die Wahrnehmung des Mikronetzes durch die Nutzer erforscht. Um die Herausforderungen bei der Steigerung des Eigenverbrauchs zu ermitteln, war es notwendig, sowohl die physische als auch die soziale Dimension des Mikronetzes zu untersuchen.

Physikalisch gesehen bestand das Ziel darin, die innerhalb des Mikronetzes erzeugte und verbrauchte Elektrizität zu quantifizieren und die Verteilung der Kosten sowie die damit verbundenen Preissignale durch eine Kostenverteilungsanalyse zu untersuchen. Um die sozialen Aspekte des Mikronetzes in Bezug auf den Stromverbrauch und die Stromerzeugung zu untersuchen, wurde erforscht, wie diese "passiven Prosumenten" das System wahrnehmen und mit ihm interagieren.

Elektrizitätsverbrauch und –erzeugung
Es wurde eine explorative Datenanalyse durchgeführt, bei welcher der Verbrauch und die Erzeugung von Strom in jedem der Gebäude quantifiziert wurden. Für jedes Gebäude wurden stündliche Verbrauchs- und Produktionsdaten über einen Zeitraum von Januar 2018 bis März 2019 gesammelt und zur Berechnung der Selbstversorgungsgrade (wie viel des in einem Gebäude verbrauchten Stroms stammt von den PV-Paneelen) und des Eigenverbrauchs verwendet.

Diese Daten wurden auch aggregiert und zur Erstellung von durchschnittlichen stündlichen Verbrauchsprofilen für jedes Gebäude verwendet, wobei der Stromverbrauch jeder einzelnen Stunde eines Tages über die Dauer des gesamten Jahres 2018 gemittelt wurde. Dies ermöglichte die Identifizierung von Spitzen und Tälern (negative Spitzen oder Minima) in der Nachfrage. Während die Daten für die kommunalen Gebäude vollständig waren, fehlten rund 30 % der Daten für Wohngebäude und wurden entweder unterstellt oder mit Daten aus dem Jahr 2019 aufgefüllt. Diese Analysen wurden mit der bestehenden Anordnung durchgeführt, bei der die kommunalen Gebäude separat und die vier Wohngebäude als eine Einheit behandelt wurden, da sie das derzeitige Mikronetz bilden.

Kostenverteilung
Angesichts der Bedeutung, die Preissignalen im Bereich der Nachfragesteuerung beigemessen wird, und der Tatsache, dass sie häufig als Instrument zur Änderung des Nutzerverhaltens eingesetzt werden, sollen die Nachteile fester und statischer Preissysteme, wie sie derzeit in den Wohngebäuden angewandt werden, aufgezeigt werden.

Fixe Kosten versus dynamische Kosten
Durch die Bewertung der Kosten, die von den Bewohnern unter diesem festen Preissystem gezahlt werden, und den Vergleich dieser Kosten mit den Kosten, die unter einem dynamischeren, kostenorientierten Preissystem gezahlt worden wären, kann man überprüfen und veranschaulichen, wie Preissignale daran gehindert werden, ihre Endverbraucher zu erreichen.

Quersubventionen sollen quantifiziert werden, die zwischen den privaten Nutzern stattfinden, um zu ermitteln, inwieweit die tatsächlichen Kosten, die den einzelnen Nutzern entstehen, durch das derzeitige Preissystem verschleiert werden. Diese Bewertung war für die kommunalen Gebäude nicht anwendbar, da deren Stromrechnungen von der Gemeinde extern bezahlt werden. Dies ist ein wichtiger Punkt.

Für die Wohnungen in den Wohngebäuden wurde ein pauschaler Mengenpreis von 0,125 EUR/kWh berechnet, was bedeutet, dass die Kosten für eine Wohnung nur von der monatlich verbrauchten Energiemenge (kWh) abhängen, unabhängig von der Zeit. Anhand der stündlichen Daten für eine Reihe von Wohnungen in den Gebäuden (für eine der Wohnungen fehlten die Daten) wurden die monatlichen und jährlichen Kosten der Bewohner berechnet. Anschließend wurde eine Simulation durchgeführt, um zu zeigen, wie ein anderes Preismodell die Verteilung der Kosten beeinflussen würde.

Es handelte sich nicht um ein ausgeklügeltes Zeitreihenprognosemodell, mit dem versucht wurde, Veränderungen in der Nachfrage bei unterschiedlichen Preismodellen vorherzusagen. Stattdessen handelte es sich um eine einfache, aber aussagekräftige Simulation, bei der die Nachfrage als konstant angenommen wurde, wobei für 2018 dieselben Stundenwerte verwendet wurden, und bei der lediglich untersucht wurde, wie sich die Verteilung der Kosten auf die einzelnen Einheiten bei unterschiedlichen Preismodellen angesichts dieser festen Nachfrage auswirkt.

Die Wohnungsbaugesellschaft zahlt eine monatliche Rechnung für die Wohnungen und erhält ihre Kosten über die den Mietern in Rechnung gestellte volumetrische Gebühr zurück. Die von der Wohnungsbaugesellschaft gezahlte Rechnung enthält eine feste Komponente sowie eine Echtzeitkomponente, die stündlich variiert (in der Regel zahlen die Nutzer in Schweden zwei Stromrechnungen, wobei eine an den Einzelhändler zur Deckung der Kosten für die Strombeschaffung und die zweite an den Verteilernetzbetreiber für die Wartung des lokalen Netzes und die Verteilung des Stroms an die Wohnung des Nutzers geht.

In diesem Fall zahlt die Wohnungsbaugesellschaft beide Rechnungen für jeden Nutzer und stellt ihm dann einen einzigen Betrag in Rechnung, der beide Kosten abdeckt.) Diese schwankenden Kosten werden in einen Volumentarif umgewandelt, der von allen Mietern unabhängig von ihrer Nutzungszeit gezahlt wird, was Quersubventionen zur Folge hat, die von einigen Mietern (die den Strom zu den günstigeren Zeiten nutzen) zu anderen (die den Strom zu den teureren Zeiten nutzen) fließen.

Durch die Simulation dessen, was bei einer stärker kostenorientierten Preisgestaltung rückwirkend eingetreten wäre, wird das nachstehend erörterte Modell dazu verwendet, diese Quersubventionen zu erhellen. Das Modell basiert auf einer Variante der Echtzeit-Preisbildung (Real-Time Pricing, RTP) und wurde so konzipiert, dass es die von der Wohnungsbaugesellschaft verursachten Kosten in Echtzeit an die Mieter weitergibt; es ergibt sich aus der folgenden Gleichung 

Ch = RhCfEh 

Ch = Kosten, die einem bestimmten Mieter in einer bestimmten Stunde entstehen (EUR)
Rh = Tarif, den die Wohnungsbaugesellschaft für eine bestimmten Stunde an den Stromversorger zahlt (EUR/kWh)
Cf = Verbrauchsfaktor, also der Anteil des aus dem Netz importierten Stroms
Eh = die von einem bestimmten Mieter in einer bestimmten Stunde verbrauchte Energie (kWh)

Erster Term der Gleichung
Der vom Wohnungsunternehmen gezahlte Stundensatz, der den in Echtzeit (stündlich) an einen Einzelhändler gezahlten Spotpreis sowie die an den Verteilernetzbetreiber gezahlte feste Gebühr kombiniert.

Zweiter Term der Gleichung
Der zweite Term ist ein Verbrauchsfaktor, der von 0 bis 1 reicht und den Anteil des Stroms darstellt, der zu einer bestimmten Stunde aus dem synchronen Netz importiert wird. Ein Verbrauchsfaktor von 0 bedeutet, dass der gesamte Strom von den PV-Paneelen stammt und daher kostenlos ist. Ein Verbrauchsfaktor von 1 bedeutet, dass der gesamte Strom aus dem externen Netz stammt. Diese Änderung ergibt sich aus der Absicht der Wohnungsbaugesellschaft, den Mietern Solarstrom kostenlos zur Verfügung zu stellen, um einen Anreiz zur Steigerung des Eigenverbrauchs zu schaffen.

Dritter Term der Gleichung
Der letzte Term ist der stündliche Verbrauch eines bestimmten Nutzers. Die jährlichen Kosten wurden nach diesem Modell auf Stundenbasis neu berechnet. Sie wurden dann mit dem Basisfall der pauschalen volumetrischen Gebühr verglichen, um aufzuzeigen, wie die Preissignale blockiert werden und in welchem Ausmaß eine Quersubventionierung stattfindet. Es ist zu betonen, dass es sich um ein aufkommensneutrales Preismodell handelt, was bedeutet, dass es sich um eine rein "interne" Umverteilung der Kosten zwischen den Wohnungen handelt und nicht um die "externe" Preisstruktur, der das Wohnungsunternehmen unterworfen ist. Mit anderen Worten, die Summe der Gesamtkosten unter dem bestehenden und dem alternativen Preismodell ergibt denselben Gesamtwert.

Gewinnung qualitativer Erkenntnisse
Die Frage des Engagements der Nutzer in Energiesystemen hat praktische, wirtschaftliche und soziale Dimensionen. Um diese Frage zu beantworten, ist ein integrierter und disziplinübergreifender Ansatz erforderlich.

Der Eigenverbrauch ist zwar ein technischer Parameter, der von den Stromflüssen abhängt, aber im Wesentlichen eine Auswirkung des Stromverbrauchs, die auf das Alltagsverhalten der Menschen zurückzuführen ist. Die Energienutzung lässt sich nicht einfach durch Zahlungen und Kilowattstunden erklären, weshalb tiefer gehende qualitative Methoden erforderlich sind.

Da die Nutzer auch in kleinen Energiegemeinschaften demokratisch beteiligt werden sollten, wollten wir erforschen:
- was die Mieter zur Flexibilität bewegt und was sie daran hindert
- wie ein Mikronetzsystem kommuniziert werden könnte
- was Engagement und Aktivsein für die Akteure und Mieter bedeutet.

Diese Fragen wurden mit Hilfe eines bescheidenen Gestaltungsansatzes erforscht, der die Unsicherheit bei der Gestaltung anerkennt und den Respekt vor unterschiedlichen Perspektiven in den Mittelpunkt stellt. Dieser Ansatz wurde verwendet, um zwei Designinterventionen mit dem Ziel zu gestalten, Erkenntnisse von den Nutzern des Mikronetzes zu sammeln. Die Designintervention ist eine Form der Untersuchung, bei der Überlegungen zu einem Thema in diskursiven Kontexten angeregt werden, anstatt zu einem Abschluss zu gelangen. Dabei werden grundlegende Designmethoden wie Skizzen und Prototypen verwendet, um einen spielerischen, experimentellen und ergebnisoffenen Rahmen für die Erkundung eines bestimmten Themas in einem neuen Licht zu schaffen.

Im vorliegenden Fall wurden Sonden und spielerische Auslöser als materielle Manifestationen der Designinterventionen verwendet. Design-Sonden werden in der Regel für einen bestimmten Kontext oder eine bestimmte Fragestellung entwickelt und bieten den Teilnehmern kreative Mittel, um zu interagieren und eine Antwort auf eine kokreative und empathische Weise zu formulieren. Spielerische Auslöser haben den Zweck, "Informationen sowohl über den Raum als auch über die Menschen in einem bestimmten Kontext zu liefern - Informationen, die die mit traditionellen Mitteln gesammelten Daten ergänzen und vertiefen können".

Die Mikronetz Toolbox
Es wurde untersucht, wie die Funktionsweise des Mikronetz-Systems erlebt wird und was Flexibilität für die Nutzer bedeutet. Zu diesem Zweck wurde untersucht, was die Mieter und andere Akteure in der Nachbarschaft über das Mikronetz dachten und wie sie derzeit mit ihm interagierten. Zu diesem Zweck wurde eine Design-Intervention mit dem Namen " Mikronetz Toolbox" entwickelt, um den Dialog über die Energieflüsse im Mikronetz, die Flexibilität, die gemeinsame Nutzung des PV-Stroms und Identitätsaspekte zu untersuchen.

Die Mikronetz-Toolbox besteht aus einem Koffer, der, wenn er geöffnet wird, ein Miniaturmodell der vier Mietergebäude zusammen mit den Paneelen, dem Umspannwerk mit der Batterie sowie der Einrichtung für betreutes Wohnen zeigt. Ein Draht mit der Sonne kann über den Koffer bewegt werden (von Osten nach Westen), und verschiedene Teile des Mikronetzes wie die Sonne, die Solarmodule, die Gebäude, die Batterie und das externe Netz können über kurze Drähte mit Magneten miteinander verbunden werden. Darüber hinaus gibt es in der anderen Hälfte des Koffers eine Tafel, auf der mit Kreide geschrieben werden kann und auf der Magnete mit Symbolen für Geräte, Elemente des Mikronetzes und Tageszeiten angebracht werden können.

Der Koffer wurde zur offiziellen Einweihung des Mikronetzes mitgebracht, die etwa 6 Monate nach dem Einzug der Mieter stattfand. Er wurde für Gespräche mit Besuchern genutzt, die sich für das Projekt interessierten. Er wurde auch genutzt, wenn die Mieter nach Hause kamen, um kurze, nicht aufdringliche Dialoge mit ihnen zu führen. Während desselben Besuchs wurden auch Gespräche mit Personen geführt, die entweder Führungskräfte waren oder in den täglichen Aufgaben der städtischen Akteure sehr aktiv waren. 

Für diese Gespräche wurde ein zwangloses Format gewählt (unstrukturierte Interviews, mit Gesprächsthemen als Leitfaden, anstelle eines strukturierten Interviews), um die Dialoge von den Akteuren unter ihren eigenen Bedingungen führen zu lassen. Ein solches zwangsloses Format ist sinnvoll, da die Akteure beschreiben sollten, ob und wie sie mit dem Mikronetz in Verbindung stehen.

Die Gesprächsthemen dieser Interviews waren: die Nutzung der Gebäude, ob und in welcher Weise die PV-Paneele bekannt sind, ob ihre Energieleistung für ihr öffentliches Image wichtig ist, ob sie Zugang zu ihrer Stromrechnung haben, das potenzielle Interesse daran, Energie-Feedback von den Menschen im Gebäude zu erhalten, welche stromintensiven Aktivitäten an einem durchschnittlichen Tag stattfinden und wann sie glauben, dass sie am meisten Strom verbrauchen.

Während des ersten Besuchs gab es ein Treffen mit einem Abteilungsleiter, der sich auf die physische Umgebung der Vorschule konzentrierte (männlich), und dem Leiter des Altenheims (weiblich). Bei einem späteren Besuch in dem Gebiet führten die Forscher ähnliche Gespräche mit einer Mitarbeiterin des betreuten Wohnens (weiblich) und den Hausmeistern des Hausmeisterbüros (zwei männlich). Die Gespräche mit den städtischen Mitarbeitern wurden aufgezeichnet, transkribiert und in die qualitative Datenanalyse einbezogen. Die Notizen und Transkripte aus den Gesprächen, Begegnungen und der Einweihung wurden gesammelt und iterativ in Themen kategorisiert.

Das Microgrid-Brettspiel
Als die Wohnungsbaugesellschaft ankündigte, das bestehende Mikronetz mit den Wohngebäuden um die kommunalen Einrichtungen im Quartier zu erweitern, beschloss das Forschungsteam, auch diese zusätzlichen passiven Prosumenten in den Forschungsprozess einzubeziehen, indem es sie in eine zweite Gestaltungsintervention einbezog: Das Mikronetz-Brettspiel.

Eine wichtige Erkenntnis aus dem ersten Besuch mit der Mikronetz-Toolbox war, dass nur sehr wenige Mieter von der Existenz des Mikronetzes wussten. Man musste daher überdenken, wie man einen Dialog über das Mikronetz beginnen konnte, da die meisten Akteure nichts von seiner Existenz wussten. Um alle Akteure in das erweiterte Mikronetz einzubeziehen und ihren Beitrag zu ihrer Rolle als Teilnehmer an einem Mikronetz, ihrem Stromverbrauch und ihren Verbrauchsprofilen zu sammeln, wurde beschlossen, ein Treffen ähnlich einer Fokusgruppe durchzuführen, bei dem Vertreter aller Akteure anwesend sein würden. Um Aspekte des Mikronetzes wie Erzeugung, Verbrauch, gemeinsame Nutzung, Stromimport und -export zu diskutieren, wurde ein kollaboratives Brettspiel entworfen.

Der Zweck des Brettspiels bestand darin, die Akteure über ihre Produktions- und Verbrauchsprofile zu informieren, ihnen die Möglichkeit zu geben, über ihre stromintensiven Aktivitäten nachzudenken und gemeinsam zu erkunden, wie sie das Ungleichgewicht zwischen Stromverbrauch und -produktion durch die Verlagerung oder den Austausch von Strom mit anderen im Mikronetz ausgleichen könnten.

Ziel des Spiels war es, gemeinsam so wenig Strom wie möglich zu importieren, insbesondere während der kritischen Stunden wie morgens und am späten Nachmittag (wenn das synchrone Netz überlastet ist). Bei dem Brettspiel gab es keinen "Gewinner", da es als Gesprächsinstrument gedacht war und etwas, an dem die Teilnehmer gemeinsam arbeiten würden. Da das Altenheim im Vergleich zu den anderen einen sehr hohen Stromverbrauch hatte, wurde sein tatsächlicher Verbrauch in der Spielversion um den Faktor fünf herabgesetzt, um das Spiel spielbar zu machen (es hatte immer noch den höchsten Verbrauch).

Schlussfolgerungen und Zusammenfassung
Mikronetze sind komplexe Strukturen, die eine Vielzahl von Akteuren mit ebenso unterschiedlichen Hintergründen vereinen. Ein zentrales Merkmal jedes Mikronetzes ist die Fähigkeit, seine eigene Energie zu erzeugen und zu nutzen und so ein gewisses Maß an Energieunabhängigkeit zu entwickeln. Die Erzeugung von Strom, der in das synchrone Netz eingespeist wird, um später wieder gekauft zu werden, untergräbt diese Unabhängigkeit.

Der Eigenverbrauch ist daher eine sinnvolle Kennzahl, die bei der Bewertung der Leistung eines Mikronetzes berücksichtigt werden sollte. Abgesehen von teuren und technischen Lösungen wie der Energiespeicherung ist eine Verhaltensänderung ein klarer Hebel zur Erhöhung der Eigenverbrauchsquote, und sie beruht auf der Einbindung der Nutzer. Die Einbindung der Nutzer erfordert ein Verständnis der Signale und Anreize, die für die Kommunikation genutzt werden können, der Unterschiede zwischen ihnen und ihren jeweiligen Interessen sowie ihrer subjektiven Interpretationen und ihres Verständnisses als Mitglieder einer Energiegemeinschaft. Diese Themen wurden in der bisherigen Literatur meist getrennt behandelt. Durch die gemeinsame Untersuchung dieser Themen wurden sie in einen breiteren Kontext gestellt um die Herausforderungen zu beleuchten, die sich nicht nur aus jedem einzelnen Thema, sondern aus ihrem Zusammenspiel als Ganzes ergeben.

Pauschale Volumentarife verhindern Transparenz.
Die Schlussfolgerung ist, dass pauschale Volumentarife verhindern, dass untertägige und saisonale Preissignale die Endverbraucher erreichen, und zu einer regressiven Umverteilung der Kosten führen. Die Notwendigkeit dynamischer, kostenorientierter Preismodelle ist unbestritten. Ein formaler Rahmen für die Ausweitung transparenter Modelle auf verschiedene Arten von Akteuren und Interessengruppen innerhalb einer gemeinsamen Energiegemeinschaft fehlt jedoch.

Es ist deshalb entscheidend für den langfristigen Erfolg von Mikronetzen, Preissignale und finanzielle Anreize in einem Umfeld mit einer heterogenen Gruppe von Akteuren aufzuzeigen und sichtbar zu machen. Es bedarf eines umfassenderen Ansatzes, der eine breitere Palette von Motivatoren einbezieht und gleichzeitig an eine kollektive, gemeinschaftsbasierte Identität appelliert.

Es muss ein integrierter Ansatz für das Engagement der Nutzer konzipiert werden, der die Sensibilisierung, das Verständnis der Stromflüsse und die Auswirkungen des Verhaltens, der gemeinsamen Schaffung von Anreizen fördert. Zudem müssen partizipative Methoden zur Förderung des Dialogs während des gesamten Prozesses entwickelt werden. Der Erfolg eines Mikronetzes hängt nicht nur von einer technischen Implementation mit modernen Mess- und Auswertungssystemen ab. Es braucht auch kommunikative Massnahmen, Integrationsmassnahmen und eine Methodik, alle Beteiligten in den nachhaltigen Prozess einzubinden.

Politische Empfehlungen
Alle Hindernisse für transparente Preissignale sowohl im privaten als auch im nicht privaten Bereich müssen beseitigt werden. Auch ohne erneuerbare Energiequellen und abgesehen von dem Ziel, Anreize für eine Steigerung des Eigenverbrauchs zu schaffen, ist der Echtzeit-Strompreis ein Signal, das die Marktbedingungen von Angebot und Nachfrage widerspiegelt.

Transparente Preise an Endverbraucher weitergegeben.
Durch die Umrechnung der Gesamtkosten in einen Pauschalpreis oder durch die Einbeziehung des Strompreises in die Mieten, sei es für private Mieter oder für Nichtwohngebäude, werden diese Signale blockiert. Dadurch kommt es zu einer ungerechten Quersubventionierung zwischen verschiedenen Nutzern.

Energiegemeinschaften sollten dann dazu ermutigt werden, interne Preismodelle (neben anderen Instrumenten) zu entwickeln und einzuführen, die ihren kollektiven Zielen entsprechen (z. B. Steigerung des Eigenverbrauchs). Es braucht unterstützende gesetzliche Rahmenbedingungen, welche die Autonomie der Energiegemeinschaften und ihre Fähigkeit zur lokalen Verwaltung stärken.

Dem Problem der Nutzerheterogenität in Energiegemeinschaften muss mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. Ein übermäßiges Vertrauen in Preise und finanzielle Anreize als Allheilmittel für die Nachfragesteuerung soll vermieden werden. Politik und Forschung sollten das Potenzial breiter angelegter, vielseitiger Ansätze untersuchen, die verschiedene Instrumente in Engagement-Strategien einbeziehen, die eine Vielzahl von Nutzern mit unterschiedlichen Motivationen und Hindernissen ansprechen können.

Quelle 07/2022