Das Energiesystem der Zukunft - und was man als Privatperson tun kann

Julius Aka

1 Vorstellung

Julius Aka, 28 Jahre alt
Doktorand am Lehrstuhl für Mechatronk der Universität Augsburg
Thema: Energiesystemsimulation und Scientific Machine Learning (“KI”)
Master in Energietechnik (Maschinenbau), TU Hamburg
- Auslandsjahr an UC Berkeley, Kalifornien
Bachelor in Allgemeine Ingenieurwissenschaften, TU Hamburg
- Vertiefung Energie- und Umwelttechnik
Tätigkeiten bei XRG-Simulation, Siemens Gamesa, Institut für technische Thermodynamik
Deutschlandstipendien 2017-2022, VDI-Preis Hamburg, (BA & MA), bidt graduate center Stipendiant

2 Einführung

2.1 Die Klimakatastrophe

wesentliche Treibhausgase:
- \(\text{CO}_2\)
- Methan, ca. 80x klimaschädlicher als \(\text{CO}_2\) über 20 Jahre
- weitere: Lachgas, F-Gase, …
Emissionsbudget
Wesentlich mehr fossiler Brennstoffe, als die Erde verkraften kann

(Quelle: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung)

2.2 Emissionen weltweit

Peak ist noch nicht erreicht [1]

China: Erfolg der EE im Stromsektor [2]

2.3 aktueller Stand der Zielerreichung

Stand der Energiewende in Deutschland 2025 [3]

Energiewirtschaft (Stromerzeugung) auf Kurs
Industrie: Effizienzgewinne und Verlagerung ins Ausland (Bezugsjahr 1990)
Verkehr & Gebäude: großer Nachholbedarf
Climate Action Tracker:
- Deutschland “Insufficient”, derzeitige Maßnahmen reichen fast für <+2°C aus [4]
- Weltweite Maßnahmen: +2.6°C, aktuelle Ziele: +2.2°C [5]

3 Energiequellen der Zukunft

3.1 “Primärenergie” der Zukunft

Photovoltaik und Wind \(\rightarrow\) Strom: “All Electric Society”
eher nicht:
- ~~Wasserstoff~~ (“Champagner der Energiewende”)
- aber Wasserstoff als saisonaler Energiespeicher und Grundstoff für Chemie und Schwerindustrie
ganz sicher nicht:
- ~~Kernenergie~~ (Energiewende jetzt nötig, nicht in 20 Jahren, Bauzeiten)
- ~~Kernfusion~~ (aus selbem Grund)

3.2 Boom von Wind & Solar weltweit

[6]

Boom von Solar und Wind weltweit
Wasserkraftspotenziale in Deutschland ausgeschöpft
- Vorteile:
  - Regelbarkeit
  - in begrenzten Umfang Speicherfähigkeit

3.3 Solar & Wind sind am günstigsten

Solar und Wind sind in Deutschland am günstigsten
Biogas nach Nuklearenergie teuerste Form der Stromerzeugung
- Folgen für Biodiversität & Konkurrenz mit weltweiter Nahrungsmittelproduktion
meine Meinung:
- besser PV (32x mehr Strom) bzw. Wind (850x mehr) [8]
- ggf. in Kombination mit Wasserstoffproduktion

erneuerbare Stromerzeugung in Deutschland 2024 [9]

Wind & Solarenergie ergänzen sich im Jahresverlauf
jedoch: Wind deutlich volatiler, Feb. 2025 z.B. 9GWh anstatt 16GWh 2024

3.4 Wind

Wochenverlauf stark abhängig von Wetter [9]

Produktion pro Tag im bisherigen 2026 [9]

\(\rightarrow\) Starkwindphasen über mehrere Tage senken den Börsen-Strompreis deutlich
\(\rightarrow\) Flauten erhöhen den Strompreis deutlich (v.a. im Winter)

3.5 Sonne

\(\rightarrow\) täglicher Peak der PV Erzeugung
\(\rightarrow\) im Sommer regelmäßig mittags geringste Börsen-Strompreise

3.6 Bioenergie

Biogaserzeugung & fossile Kraftwerke vs. Börsenstrompreis: fixe EEG-Vergütung verhindert Flexibilisierung [9]

ungenutztes Potenzial: keine Flexibilisierung durch fehlende Anreize bei Bestandsanlagen (EEG-Vergütung zeitlich konstant)
hohe Umrüstungskosten (zusätzliche BHKW und Gasspeicher)

4 Wärmepumpen und Elektromobilität

“Das beste was der Effizienz je passiert ist”

Puzzlestück 1: Energieverbrauch verringern

4.1 Elektromobilität

fossile Mobilität: 20-40% Wirkungsgrad
elektrische Mobilität: 80-90% Wirkungsgrad
- \(\rightarrow\) Faktor 3 effizienter
- Emissionsabnahme über Lebenszyklus durch fortschreitende Dekarbonisierung der Stromerzeugung

4.2 Wärmepumpen

fossile Heizung: 80-90% Wirkungsgrad
Wärmepumpe: 300-700% Wirkungsgrad (COP 3-7)
- Wirkungsgraddefinition \(\text{COP} = \frac{\text{Nutzen}}{\text{Aufwand}}\), Umweltwärme kostenlos, nur Strom als Aufwand
- \(\rightarrow\) Faktor 4-8 effizienter als Heizung
- Emissionsabnahme über Lebenszyklus durch fortschreitende Dekarbonisierung der Stromerzeugung
mit E-Fuels heizen ist “politische Nebelkerze”

Funktionsweise einer Wärmepumpe: elektrische Energie wird genutzt, um die Energiedichte kostenloser Umweltwärme zu steigern [11]

4.3 Bedeutung für die Energiewende 1

Energieerhaltung
- \(\sum E_{in} = \sum E_{out}\)
Energieflussdiagramm:
- Primärenergie: Energie vor erster Umwandlung
- Nutzenergie: Energie, die Aufgaben erfüllt (z.B. Heizen, Fahren)

46% Verlust von Primär- zu Nutzenergie in Deutschland:
- Verkehr, Kraftwerke, (Gebäudeheizung)
“Erneuerbare Energien erreichen 19% am Primärenergiebedarf” [12]

4.4 Bedeutung für die Energiewende 2

Pre- und Post Transformation Nutzenergiebedarf [13]

Effizienzgewinne in Industrie, Gebäude und Verkehr [13]

Wärmepumpen und Elektromobilität \(\rightarrow\) Halbierung des Endenergiebedarfs in Gebäuden und Mobilität, -40% Endenergiebedarf weltweit
Endenergiebedarf: Energie die von Verbraucher bezogen werden muss
“primary energy fallacy” [14]: Das Problem wird kleiner, je mehr wir uns ihm nähern

5 Sektorenkopplung und Speicher

Puzzlestück 2: Das was geht, an Erzeugung anpassen

Puzzlestück 3: Energie kurz- und langfristig speichern

5.1 Speicher (kurzfristig): Batterien

Wirkungsgrad: 95%

[15]

Jede Verdoppelung der Produktionskapazität hat zu 20% Preisreduktion geführt [15]

5.2 Was ist Power-to-X / Sektorenkopplung?

Verknüpfung von verschiedenen Energieträgern
Strom, Wärme und Rohstoffindustrie nicht mehr getrennte Systeme, sondern gekoppelt
Dreh- und Angelpunkt: Stromnetz

5.3 Power-to-Mobility

Zeitpunkt der Ladung von E-Autos, E-LKWs, E-Busse verschieben
meist geringe Komforteinbußen
“~~Marginalerzeugungsansatz~~” (in einigen Studien)
großes Potenzial für bidirektionales Laden:
- im Jahr 2030 könnte Deutschlands Strombedarf 18h lang komplett durch E-Auto Batterien gedeckt werden¹

5.4 Power-to-Heat

Wärmepumpen privat
Großwärmepumpen (Fernwärme)
Power-to-heat mittels Elektrodenheizung (Fernwärme)
- geringer Wirkungsgrad, aber auch geringe Investition \(\rightarrow\) negative Strompreise, Engpassmanagement
Hochtemperaturspeicher zum Puffern

5.5 Speicher (langfristige): Power-to-Gas

Wasserstoff-Herstellung
- Energie-Speicher und Industrie-Rohstoff (chemische & Schwerindustrie)
- Effizienz: ca. 65% Wirkungsgrad
- Rückwandlung mit Brennstoffzelle: ca. 60%
  - \(\rightarrow\) >40% Gesamtwirkungsgrad
- Hauptkosten: Strom
- Handhabung teuer: Flüchtigkeit, hoher Druck, Explosionsgefah

weitere Gase, ggf. Herstellung Derivate
- Umwandlung zu Methan
- Ammoniak (\(\text{NH}_3\)) (Schiffahrt)
- Power-to-Liquid (eFuels) \(\rightarrow\) Kerosin
  - Fischer-Tropsch-Verfahren
    - grob: \(\text{Wasserstoff} + \text{CO}_2 \rightarrow \text{Kraftstoffe} (\text{C}_{x}H_{y})\)
    - weitere Wirkungsgradverluste
Deutschland besitzt große Menge Gaskavernenspeicher (noch Erdgas):
- 250TWh, zum Vergleich: 600TWh Strombedarf in Deutschland

5.6 Fazit

Kopplung von fluktuierender erneuerbare Erzeugung mit flexiblen Verbrauchern und Speichern

\(\rightarrow\) marktwirtschaftlicher Signale nötig, die Knappheit und Überfluss widerspiegeln

6 Strommarkt

zentraler Drehpunkt des zukünftigen Energiesystems: Elektrizität als “Primärenergie” der Zukunft

6.1 Aufbau der Stromnetze

Aufbau des Stromnetzes [17]

6.2 Europäisches Verbundnetz

Europäisches Verbundnetz [18]

größte Maschine der Welt
Vorteile:
- geringere Preise
- größere Systemstabilität

Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) [19], betreiben Hochspannung:
- Tennet
- Amprion
- TransnetBW
- 50 Hertz
“Wächter der Netzstabilität”

Übertragungsnetzbetreiber in Deutschland [19]

6.3 Verteilnetzbetreiber (VNB)

Verteilnetzbetreiber: 851 Unternehmen [20]
- Kritik: kleinteilige Struktur kann ineffizient sein
- Gegenargument: lokale Nähe und kommunale Verankerung
- mögliche Antwort: Kooperationen und gemeinsame Plattformen
Paragraf §14a EnWG - Auswirkungen auf Verbraucher
- Schutz des Verteilnetzes vor Überlastung
- Möglichkeit zum “Dimmen” in begrenzten Zeiträumen
- Im Gegenzug Reduktion der Netzentgelte
- Pflicht zum Netzausbau in betroffenen Gebiete

6.4 Charakteristika des Strommarktes

Markt ohne Möglichkeit zur Lagerhaltung
- Bedingung: Erzeugung = Verbrauch
- Abweichung: Veränderung der Netzfrequenz von 50Hz
Verbrauch ist netzgebunden - Monopol des Stromnetzbetreibers
keine eindeutige Zuordnung von Verbraucher zu Erzeuger
Strom ist (zumeist) Kuppelprodukt:
- elektrische Energie + jederzeitige Verfügbarkeit der Energie

6.5 typischer Lastgang Deutschland

Lastgang der KW 16 2026 von energy-charts.info (Fraunhofer) [9]

Last in der Nacht niedrig
steigt bis zum Mittag an
Abflachen zum Nachmittag

Anstieg zum Abend
niedriger am Wochenende
zw. 40-70 GW

6.6 Strompreis- und Erneuerbare Energien

Börsenstrompreis (Day-Ahead) als Indikator für Knappheit oder Überfluss von Strom

6.6.1 Winter

energy-charts: Day-Ahead Börsenstrompreise über eine Woche im Winter [9]

- ca. 160€/MWh Steuern, Netzentgelte und Umlagen
Preispeaks abends und morgens
am Wochenende günstigere Preise

nachts günstigster Strom verfügbar
Flaute & Sturm bestimmen Preisniveau des Tages

6.6.2 Sommer

energy-charts: Day-Ahead Börsenstrompreise über eine Woche im Sommer [9]

plus ca. 160€/MWh Steuern, Netzentgelte und Umlagen
Solarstromspitzen sorgen verlässlich für Minimum zur Mittagszeit
ausgeprägterer Peak abends, da rasches Absinken der PV-Erzeugung

PV-Überschüsse führen regelmäßig an Wochenende zu Null- oder Negativpreisen
Feiertage / lange Wochenenden stellen zunehmend Problem dar
- Gründe: starre EEG-Vergütung, geringe Flexibilisierung, fehlende Speicher

6.7 Strommarkt nach Liberalisierung

Entflechtung von Erzeugung und Verteilung
Strom handelbar über:
- Termingeschäfte, Power-Purchase Agreements (PPA) (langfristig, z.B. Jahre im Vorraus) [21]
- Day-Ahead-Markt(in 15min Stücken, Gebotabgabe bis 12 Uhr am Vortag)
- Intraday-Markt (in 15min Stücken, bis 30/5min vor Lieferung)
basierend auf Last- und Erzeugungsprognose (Wettervorhersage)

6.8 Ablauf des Day-Ahead Markt

Angebot nach variablen Grenzkosten
letztes eingesetztes Kraftwerk bestimmt Preis
Erneuerbare mit Grenzkosten 0€ drücken den Preis
Aber: EEG garantiert bestimmte Vergütung und tw. (private PV) Einspeisung \(\rightarrow\) negative Preise
Solarspitzengesetz für privat-PV: keine Vergütung bei negativen Preisen, Begrenzung auf 70% der Maximalleistung \(\rightarrow\) Speicher netzdienlich laden

6.9 Redispatch

Stromhandel: Deutschland = eine Preiszone
Vernachlässigung der Übertragungskapazitäten (“Kupferplatte”)
Ausgleich identifizierter Engpässe durch ÜNB
Kosten werden auf Netzentgelte umgelegt (steigend, 2024: ca 1.8 Mrd. €)¹ [25]

Gegenmaßnahmen:
- Netzausbau Nord-Süd
- Teilung von des deutschen Strommarktes in mehrere Preiszonen, die Übertragungskapazitäten berücksichtigen
  - Druck aus EU
  - Tendenziell geringer Strompreise im Norden, höhere im Süden
  - Befürchtung: Verlagerung von energieintensiver Industrie in den Norden
  - Preisunterschiede aber wahrscheinlich gering

7 Energiesystem der Zukunft

dezentralisierte Erzeugung
digitalisierte und marktwirtschaftliche Kopplung von Erzeugung und Verbrauch
Flexibilisierung von Verbrauch, insbesondere durch Sektorenkopplung
Kurzzeitspeicher: Batterien, Wärmespeicher
Langzeitspeicher: Wasserstoff (“Kalt-Dunkel-Flaute”)

8 Energiewende Zuhause

8.1 Smart-Meter

Smart-Meter nötig für dynamische Stromtarife
stockender Smart-Meter Rollout
- Deutschland 5.5% [26]
- Europa 63% Quote, Skandinavien, Frankeich, Spanien > 90% [27]
- “500 der ca. 900 VNB hätten keine Smart-Meter installiert” [27]

Gründe:
- politisch bewusst verschleppter Rollout, Vorwand Datenschutzbedenken
- Ineffizienzen bei kleinen VNB

8.2 CO2 Emmissionen / Strompreis überprüfen

und Verbrauch großer Geräte (Geschirrspüler, Waschmaschine, Trockner, E-Auto, Wärmepumpe) anpassen

smard.de (Strommarkttransparenzstelle)
energy-charts.info (Fraunhofer ISE), Stromampel-App
Electricity Maps (App zu weltweiter Emissionsintensität)

8.3 dynamische Stromtarife

von wechselnden Strompreisen profitieren

macht vor allem Sinn, wenn große verschiebbare Lasten vorhanden (E-Auto, Wärmepumpe, Batteriespeicher)
Verpflichtung, dynamische Stromtarife (Day-Ahead-Preis) anzubieten
andere Tarifmodelle denkbar:
- Tarife mit mehreren Preiszonen pro Tag
- Tarife mit aktiver Ansteuerung des Ladevorganges bei E-Auto
- noch wenig Anbieter (bisher Octopus Energy)

8.4 PV & Speicher

Kosten: ca. 15.000€ für 10kWp PV-Anlage, 10kWh Speicher & Elektroinstallation
pro kWp: ca. 1000 kWh Strom pro Jahr
Speicher nicht zu groß wählen, wichtig für Eigenverbrauch. Einfache Web-Tools hier, einfache Faustformeln hier
Reduktion des Strombezuges um 80%, geringe Vergütung von 0.07/€ kWh für eingespeisten Strom
sehr attraktiv in Kombination mit E-Auto oder Wärmepumpe: PV-Überschussladen

8.4.1 Netzdienlichkeit von privaten PV Anlagen

aufgrund fester EEG Vergütung fixe Einspeisung
-499.99€/MWh Börsenstrompreis am 1.Mai 2026
- \(\rightarrow\) hier wird sich etwas ändern müssen
heutige mögliche Lösungen
- mindestens: prognosebasierte Ladung
- oder Integration in ein virtuelles Kraftwerk, z.B. bei Anbietern wie 1KOMMA5, attraktive Vergütung \(\rightarrow\) zukünftig sinnvollstes Modell
- Wichtig: Orchestrierung & Kommunikation der Komponenten, des (dynamischen) Stromtarifes und Prognosen, viele einfache Anbieter bieten hier wenig.
  - zum Selbermachen: z.B. clever-pv, EVCC… (IT-Affinität nötig)
Zukünftig:
- Bereitstellung von Systemdienstleistungen (Regelenergie, lokale Spannungshaltung)
- Diskussion: indirekten Subventionierung durch Einsparung von Netzentgelten bei nur tw. reduzierter Infrastrukturnutzung (Sozialaspekt)

8.5 Alternative: Balkonkraftwerke

steckerfertige Solaranlagen zur Selbstmontage, 4kWp PV, 4kWh Speicher für 2000€
Speicher können auch mit dynamischen Stromtarifen arbeiten (Winter)
max. 800W Einspeisung, begrenzter Nutzen für E-Autos und Wärmepumpen
Interessante Anbieter:
- Solakon (deutsche Server)
- Ecoflow (flexibel platzierbar Speichermodule mit 1200W Steckdose)

8.6 Wärmepumpe

Wärmepumpen funktionieren in fast allen Bestandsgebäuden¹
bei anstehendem Austausch über Laufzeit günstiger als Gasheizung
- Beispiel: 20.000kWh Wärmebedarf, konservative Annahmen²³:
  - über 15 Jahre:
    - Gasheizung: 46.300€⁴
    - Wärmepumpe: 37.500€⁵
  - perspektiv Strom gleich teuer oder günstiger (dynamische Tarif, Solaranlage)
  - perspektivisch Gas teurer (CO2-Preis, steigende Netzentgelte, “Biotreppe”)
bei vorzeitigem Austausch oft auch günstiger, v.a. bei älteren Heizungen (Wirkungsgrad) oder dynamische Tarife / PV

mein Tipp: erfahrener Betrieb & besonders effiziente Geräte (z.B. Lambda, Heliotherm)¹

8.6.1 Alternative: Klima-Splitgeräte

gleich Funktionsweise und Wirkungsgrad wie Wärmepumpe
Nachteil: Luftzug, ungleichmäßige Wärmeverteilung
günstige Lösung, Einzelgeräte ab 1000€ bzw. 3500€ mit Einbau
mögliche Low-Budget-Lösung und Zusatznutzen im Sommer (Schutz vor Hitzewellen)

8.7 E-Auto

direkte Emissionen (aktuell): 150-200g \(\text{CO}_2\)/km Verbrenner vs. 60g \(\text{CO}_2\)/km ¹ 60g \(\text{CO}_2\) / km E-Auto
- “Emissionsrucksack” von 20-70kg \(\text{CO}_2\)/kWH Batterie (je nach Herstellungsregion, Zahlen für 2030 [29])
Lebenszyklus-Emissionen deutlich geringer als von Verbrennern, ADAC-Tool²
- 50.1t (Diesel) vs. 27.6t (E-Auto) vs. 14.9t (E-Auto nur Windstrom) [30]
- weiteres Absinken (effizientere Produktion, fortschreitende Emissionsreduktion des Fahrstroms)
Klimanutzen bei Ersatz von Bestandsfahrzeugen ab ca. 7500km/Jahr [31]

8.7.1 E-Auto: Batterien

Lebensdauer unproblematisch
- Wichtig: dauerhafte Ladestände > 80% und < 20% vermeiden
Rohstoff-Thematik entschärft sich in Zukunft:
- neue Technologien (Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), Natrium-Ionen-Batterien)
- Recycling
- meines Erachtens: geringere Umwelt- und soziale Auswirkungen als fossile Brennstoffe
weniger Wartungskosten, geringere Betriebskosten

Batteriedegradation VW ID.3 mit 58kWh Batterie. Degradation je nach Fahrprofil zwischen Pendler (blau) und Autobahn- (orange) Szenario [32]

bei Kauf eines E-Autos Batteriezertifikat (z.B. von aviloo) anfordern

9 Quellen

[1]

H. Ritchie, P. Rosado, and M. Roser, “CO₂ and greenhouse gas emissions,” Our World in Data, 2023.

[2]

H. Ritchie, P. Rosado, and M. Roser, “Data page: Share of electricity generated by low-carbon sources.” Part of the publication Energy, 2023. Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://archive.ourworldindata.org/20260427-150047/grapher/share-electricity-low-carbon.html

[3]

Agora Energiewende, “Die energiewende in deutschland: Stand der dinge 2025.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://www.agora-energiewende.de/publikationen/die-energiewende-in-deutschland-stand-der-dinge-2025

[4]

Climate Action Tracker, “Germany.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://climateactiontracker.org/countries/germany/

[5]

Climate Action Tracker, “The CAT thermometer.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://climateactiontracker.org/global/cat-thermometer/

[6]

H. Ritchie, M. Roser, and P. Rosado, “Renewable energy,” Our World in Data, 2020.

[7]

C. Kost, P. Müller, J. S. Schweiger, V. Fluri, and J. Thomsen, “Levelized cost of electricity: Renewable energy technologies.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/studies/cost-of-electricity.html

[8]

Thünen-Institut, “Energie vom acker: Mit windkraft und photovoltaik geht’s am besten.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://www.thuenen.de/de/newsroom/detail/default-443e059cd7

[9]

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, “Energy-charts.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://www.energy-charts.info/

[10]

G. Rueter, “Batterien oder e-fuels: Was ist besser?” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://www.dw.com/de/batterien-oder-e-fuels-was-ist-besser-synthetische-kraftstoffe-e-mobilit%C3%A4t/a-61283790

[11]

Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V., “Mediengalerie: grafiken.” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://www.waermepumpe.de/presse/mediengalerie/grafiken/

[12]

BDEW, “Interaktive grafik: Energieflüsse von primär- bis nutzenergie.” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://www.bdew.de/energie/nutzenergiebilanz/

[13]

H. Ritchie, “Electrification is efficiency: The world will need less energy after the transition.” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://hannahritchie.substack.com/p/electrification-energy-efficiency

[14]

J. Rosenow, “Have we been duped by the primary energy fallacy?” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://medium.com/@jan.rosenow/have-we-been-duped-by-the-primary-energy-fallacy-167f53c58961

[15]

H. Ritchie and P. Rosado, “Battery costs have declined by 99,” Our World in Data, 2026.

[16]

I. Sturz, “Bidirektionales laden – gamechanger unseres energiesystems.” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://blog.iao.fraunhofer.de/bidirektionales-laden-gamechanger-unseres-energiesystems/

[17]

BDEW, “Energiewende im verteilnetz.” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.bdew.de/energie/energiewende-im-verteilnetz/

[18]

Kimdime, “European electricity grid.” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1387849

[19]

Bundesnetzagentur, “Übertragungsnetzbetreiber.” Accessed: May 01, 2026. [Online]. Available: https://www.smard.de/page/home/wiki-article/446/205184/uebertragungsnetzbetreiber

[20]

K. Stratmann, “Energiewende: Braucht deutschland wirklich 851 stromnetzbetreiber?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.handelsblatt.com/politik/deutschland/energiewende-braucht-deutschland-wirklich-851-stromnetzbetreiber-01/100220550.html

[21]

Next Kraftwerke GmbH, “Was ist ein power purchase agreement (PPA)?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.next-kraftwerke.de/wissen/power-purchase-agreement-ppa

[22]

Next Kraftwerke GmbH, “Was bedeutet merit-order?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.next-kraftwerke.de/wissen/merit-order

[23]

VDE FNN, “Übersichtsplan deutsches höchstspannungsnetz 2024.” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.vde.com/resource/blob/2065996/8750950fe075bf02938abec49a2ac83a/vde-fnn-uebersichtsplan--deutsches-hoechstspannungsnetz--2024-data.pdf

[24]

Next Kraftwerke GmbH, “Was sind dispatch, redispatch & redispatch 2.0?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.next-kraftwerke.de/wissen/dispatch-redispatch

[25]

Bundesnetzagentur and Bundeskartellamt, “Monitoringbericht 2025.” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://data.bundesnetzagentur.de/Bundesnetzagentur/SharedDocs/Mediathek/Monitoringberichte/MonitoringberichtEnergie2025.pdf

[26]

Bundesnetzagentur, “Roll-out intelligente messsysteme: Quartalsweise erhebungen.” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/ElektrizitaetundGas/NetzzugangMesswesen/Mess-undZaehlwesen/iMSys/artikel.html

[27]

A.-B. Bakkenbüll, “Smart meter: Warum der langsame umstieg die energiewende bremst.” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.tagesschau.de/wirtschaft/energiewende-sonnenstrom-smart-meter-100.html

[28]

Verbraucherzentrale, “Smart meter: Was sie über die stromzähler wissen müssen.” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/energie/preise-tarife-anbieterwechsel/smart-meter-was-sie-ueber-die-stromzaehler-wissen-muessen-13275

[29]

Green NCAP, “Estimated greenhouse gas emissions and primary energy demand of passenger vehicles – 2nd edition: Life cycle assessment methodology and data,” Green NCAP, 2022. Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://assets.adac.de/image/upload/v1670942436/ADAC-eV/KOR/Text/PDF/Green-NCAP-Life-Cycle-Assessment-Methodology-and-Data_2nd-edition_20_286_29_awznk2.pdf

[30]

T. Kroher, “Treibhausgas-bilanz: Welcher antrieb kann das klima retten?” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://www.adac.de/verkehr/tanken-kraftstoff-antrieb/alternative-antriebe/klimabilanz/

[31]

R. Bianchetti, B. Cox, E. Böwing, and I. Meyer, “Kaufentscheid: Wann es sich lohnt, auf ein elektroauto umzusteigen,” INFRAS. Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://www.infras.ch/media/filer_public/de/f2/def2625c-baed-4e92-95ca-49739d4f77fa/3901a_kaufentscheid_elektroautos_schlussbericht.pdf

[32]

M. Schreiber et al., “Understanding lithium-ion battery degradation in vehicle applications: Insights from realistic and accelerated aging tests using Volkswagen ID.3 pouch cells,” Journal of Energy Storage, vol. 112, p. 115357, Mar. 2025, doi: 10.1016/j.est.2025.115357.

[33]

Siemens Energy, “Combined cycle power plants.” Accessed: May 01, 2026. [Online]. Available: https://www.siemens-energy.com/us/en/home/products-services/product/combined-cycle-power-plants.html

[34]

INNIO Jenbacher, “Jenbacher J920 FleXtra.” Accessed: May 01, 2026. [Online]. Available: https://www.jenbacher.com/de/gasmotoren/baureihe-9/j920-flextra/

[35]

Next Kraftwerke GmbH, “Was ist ein bilanzkreis?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.next-kraftwerke.de/wissen/bilanzkreis

10 Backup-Folien

10.1 Exkurs: Wandelbarkeit von Energie

Wirkungsgrad: \(\eta=\frac{Nutzen}{Aufwand}\)
Thermodynamik, N.Carnot (1824): Wärme ist nicht uneingeschränkt in Arbeit wandelbar
Arbeit dahingegen vollständig in Wärme wandelbar
Beispiele
- Wasserkocher: Strom (Arbeit) \(\rightarrow\) Wärme: 100% Wirkungsgrad
- Auto mit Verbrennungsmotor: chemische Energie in Form von Wärme \(\rightarrow\) Antrieb: ~30-40% Wirkungsgrad
je höher die Temperatur der Wärme, desto wertvoller (mehr Arbeit erzeugbar, Carnot-Faktor)

10.2 Klassiker: Kombi-Kraftwerke

Grundlagen:
- Wärme nie uneingeschränkt in Arbeit wandelbar
- Arbeit dahingegen immer vollständig in Wärme wandelbar
- Wärme stellt (je nach Temperatur) niedrigst-wertvollste Energieform dar
Kraftwerke mit Wärmeauskopplung (Fernwärme)
- Gas-und-Dampfkraftwerk (GuD) bis ca. 65% Wirkungsgrad [33]
- Blockheizkraftwerke (BHKW) bis ca. 50% Wirkungsgrad [34]
- mit Wärmenutzung (Fernwärmenetz) bis 90% Nutzungsgrad
- strombasierte oder wärmebasierte Steuerung
- Flexibilisierung durch Wärmespeicher
neue Motoren und Turbinen prinzipiell mit Wasserstoff möglich
- 20 Vol-% Wasserstoff sind nur x% CO2-Reduktion, da \(\text{H}_2\) nur x/x der Energiedichte von Erdgas hat
- \(\rightarrow\) nur 100% Wasserstoff ist klimaneutral!

10.3 Leistung und Energie

Leistung und Energie ist etwas unterschiedliches!
Energie: Arbeit, die verrichtet wurde [in W oder kW]
Leistung: Geschwindigkeit der Arbeitsverrichtung [in Wh, kWh, MWh]
am gebräuchlichsten: kWh - kilowatthour (Kilowattstunde)
Zusammenhang: \(E = \int P(t) dt\)
Rechenbeispiele
- 1h E-Auto laden mit 11kW
  - \(11 \text{kW} \cdot 1\text{h} = 11 \text{kWh}\)
- 5min Wasserkocher mit 2000W
  - \(2000 \text{W} \cdot 5/60\text{h} = 166 \text{Wh} = 0.166 \text{kWh}\)
Strompreis privat: ca. 0.3€/kWh

ÜNB als Wächter der Netzstabilität
- Bilanzkreis: virtuelles Energiemengenkonto eines Energiehändlers [35]
  - Einspeisung
  - Entnahme
- Bilanzkreisverantwortliche reichen Fahrplan einen Tag vorher ein
- ÜNB überprüfen Fahrplan
- Basierend auf Fahrplänen: Lastflussrechnungen identifizieren Engpässe
- Unstimmigkeiten: werden von ÜNB durch (teuere) Ausgleichsenergie behoben