Zentrum für interdisziplinäre Risiko- und Innovationsforschung

Helmholtz-Allianz EnergyTrans

Nach der Reaktorkatastrophe in Fukushima 2011 wurde die Helmholtz-Allianz ENERGY-TRANS gegründet, um die technisch ausgerichtete Energieforschung um eine sozialwissenschaftlich geprägte interdisziplinäre Perspektive zu ergänzen. Das Design zur Erforschung der Transformation des Energiesystems war auf die Untersuchung des Wechselspiels zwischen technischen Potenzialen, Innovationsprozessen, Nutzerverhalten, politischen und ökonomischen Randbedingungen, Konflikten sowie Steuerungsprozessen ausgerichtet. ZIRIUS war an allen fünf Themenfeldern beteiligt.

Projektförderung

zur Hälfte durch den Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft, zur andere Hälfte von den Projektpartnern

Projektlaufzeit

2011 bis 2016

Zukünftige Infrastrukturen der Energieversorgung - Auf dem Weg zur Nachhaltigkeit und Sozialverträglichkeit

Die Transformation der Infrastruktur der Energieversorgung unter Aspekten nachhaltiger Entwicklung und eines beschleunigten Ausstiegs aus der Kernenergie stellt eine erhebliche Herausforderung dar. Um diese Herausforderungen interdisziplinär zu bearbeiten, hat sich ZIRIUS von der Universität Stuttgart mit sieben weiteren Partnern in der neuen interdisziplinären Helmholtz-Allianz „Zukünftige Infrastrukturen der Energieversorgung“ zusammengeschlossen. An der Allianz sind folgende Forschungseinrichtungen beteiligt: die vier Helmholtz-Zentren Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Forschungszentrum Jülich, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Universitäten Stuttgart, Magdeburg und FU Berlin sowie das Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung in Mannheim. Die Koordination liegt beim KIT. Sprecher sind Professor Armin Grunwald, Direktor des Instituts für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) des KIT und Prof. Ortwin Renn von der Universität Stuttgart. Die Helmholtz-Allianz verfügt über die fünf Jahre Laufzeit bis 2016 über ein Projektvolumen von 16,5 Millionen Euro.

Das wesentliche Ziel der Allianz besteht darin, die vielfältigen Schnittstellen zwischen technischen und sozialen Faktoren zu erforschen, die den Transformationsprozess hin zu neuen Energie-Infrastrukturen maßgeblich beeinflussen. Auf dieser Basis sollen dann Strategien entwickelt werden, wie der Transformationsprozess effizient und sozialverträglich ausgestaltet werden kann. Neben wissenschaftlicher Erkenntnis wird daher „Wissen zum Handeln“ entwickelt, welches, entsprechend dem Selbstverständnis der Allianz, aktiv in die gesellschaftlichen Debatten, in Stakeholder-Diskussionen und in die Politikberatung eingebracht werden soll. Die Allianz fühlt sich der Aufgabe verpflichtet, Entscheidungsträger aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft sachgerecht zu informieren und aktiv in die Forschungsarbeit einzubeziehen sowie gegenüber der breiten Öffentlichkeit zum besseren Verständnis der komplexen Zusammenhänge im Energiebereich beizutragen.

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Die angestrebte Transformation der Energieinfrastrukturen erfordert das Zusammenspiel des technologischen und des gesellschaftlichen Wandels quer durch alle Lebensbereiche. Hier interagieren technische Systeme zur Strom-, Wärme- und Kraftstoffversorgung mit dem Verbraucherverhalten in Haushalten, Wirtschaft und Verkehr, mit den politischen Rahmensetzungen und mit gesellschaftlichen Entwicklungen wie z.B. den demographischen Veränderungen, Lebensstilveränderungen und dem Wertewandel. Dieses komplexe Zusammenspiel ist das zentrale Thema der Helmholtz-Allianz. Um es zu verstehen, und um Wege eines abgestimmten Wandels für den gesamten Komplex beschreiben und diskutieren zu können, werden im Rahmen der Helmholtz-Allianz „Integrierte Szenarien“ des Transformationsprozesses entwickelt. Mit den Szenarien sollen alternative Entwicklungspfade beschrieben und ihre Voraussetzungen erkennbar gemacht werden. Das Projekt „Integrierte Szenarien“ wird unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) unter Beteiligung des Forschungszentrums Jülich und ZIRIUS durchgeführt. Aufgabe von ZIRIUS in diesem Projekt ist die Entwicklung von Gesellschaftsszenarien, die die Unsicherheiten der gesellschaftlichen Rahmenbedingungen für den Transformationsprozess aufschlüsseln und in alternativen Gesellschaftsbildern bündeln. Diese Gesellschaftsszenarien werden von ZIRIUS unter Verwendung der Cross-Impact Bilanzanalyse (CIB) als zentrale Szenariomethodik entwickelt und werden dazu dienen, die Umsetzbarkeit und die Stabilität der verschiedenen aus technologischer Perspektive denkbaren Pfade aus Sicht der gesellschaftlichen Rahmenbedingungen zu hinterfragen.

Auch über die Szenarioentwicklung hinaus erfordert die Zusammenarbeit von acht Forschungseinrichtungen in insgesamt 17 Projekten ein harmonisiertes Vorgehen im Bereich der Foresight-Aktivitäten der Helmholtz-Allianz. Da alle Projekte unterschiedliche Aspekte der Zukunft der deutschen Energieinfrastrukturen behandeln, setzen viele von ihnen entweder selbst Foresight-Methoden ein oder verwenden Foresight-Produkte wie Prognosen, Vorausrechnungen oder Szenarien. Damit die Foresight-Aktivitäten der Projekte hinsichtlich ihrer Methoden und ihrer Daten auf einer harmonisierten Grundlage erfolgen und die Chancen auf methodische Weiterentwicklung von Foresight-Techniken im Rahmen der Allianz genutzt werden können, richtet die Helmholtz-Allianz die „Horizontal Task Foresight Integration“ ein.

Diese von ZIRIUS geleitete Querschnittsaktivität hat die Aufgabe, gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine Kommunikationsplattform für alle Partner im Bereich Foresight zu betreiben, die Harmonisierung der zentralen Rahmenannahmen über die zukünftige Entwicklung (wie z.B. Bevölkerungs- und Wirtschaftsentwicklung) sicherzustellen und methodische Weiterentwicklungen im Bereich der Foresight-Methoden, wie z.B. das Zusammenwirken von quantitativen und qualitativen Analysewerkzeugen, voranzutreiben. Teil der Aufgaben der „Horizontal Task Foresight Integration“ ist auch die Erstellung von GIS-gestützten Risk-Maps, die die Zusammenhänge zwischen möglichen Entwicklungen bei den Energieanlagen und -infrastrukturen und den damit verbundenen Risiken, Verwundbarkeiten und Konfliktpotenzialen beleuchten.

  • Projektlaufzeit:      2011 – 2016
  • Ansprechpartner:  Dr. Gerhard Fuchs
  • Mitarbeiter:           Dr. Gerhard Fuchs, Nele Hinderer, Gregor Kungl, Dr. Mario Neukirch

Das Energiesystem ist ein gutes Beispiel für ein „Großes technisches System“, das durch ein erhebliches Maß an institutioneller Trägheit und pfadabhängiger Entwicklung geprägt ist. Um das System an neue Anforderungen anzupassen, die etwa von der Politik oder der Öffentlichkeit formuliert werden, muss es ein erhebliches Maß an Anpassungsfähigkeit entwickeln. Je verfestigter und komplexer die bestehenden organisatorischen und institutionellen Strukturen sind, desto schwieriger ist es, eine grundlegende Transformation zu erreichen. Das gilt in besonderem Maße für Felder, die durch eng gewobene Netzwerke und kapitalintensive technische Strukturen gekennzeichnet sind – wie eben das Energiesystem.

Transformation muss dabei nicht durch einen einmaligen Impuls und disruptiv stattfinden. Transformation kann auch über viele kleine Anpassungsschritte erreicht werden. Anpassungsschritte finden in länger andauernden Phasen von Diskontinuität und Unsicherheit statt. Während solcher Phasen kann eine Bewegung in Richtung einer neuen, dominanten Feldstruktur stattfinden. Das Projekt "Adaptive Kapazitäten, Pfadkreation und Sektoraler Wandel" zielt darauf, die treibenden Kräfte, Akteure und Entwicklungen zu analysieren, die in Richtung einer Transformation des Energiesystems gehen bzw. diese Transformation verhindern wollen.

Methodisch werden im Projekt primär Dokumenten- und Datenanalysen angewandt sowie Experteninterviews durchgeführt.

Allgemeines
Das Projekt ist ein Teilprojekt der Helmholtz Allianz ENERGY-TRANS, die von der Helmholtz Gemeinschaft und dem Land Baden-Württemberg finanziert wird (vgl. die allgemeinen Projektinformationen ‘ENERGY-TRANS’). Das Projekt läuft von August 2011 bis Juli 2016. Das Projekt wird in enger Kooperation mit anderen Projektpartnern innerhalb der Helmholtz Allianz durchgeführt, insbesondere mit der Abteilung für Systemanalyse und Technikbewertung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Ziele
Ziel des Projektes ist die Analyse des Zusammenspiels von Intermediären, Organisationen und Institutionen im Zuge der Transformation des Energiesystems. Dabei wird einerseits untersucht, wie verschiedene Akteure den Wandlungsprozess organisieren oder auch behindern. Andererseits untersucht das Projekt, wie Akteure und Netzwerke von Akteuren durch neue regulatorische Mechanismen und Institutionen beeinflusst werden.
Die Analyse wird für verschiedene Subfelder des Energiesystems durchgeführt. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf jenen neu entstehenden Feldern, die sich im Zuge der Transformation herausbilden, wie die Direktvermarktung von Strom aus erneuerbaren Energien, Flexibilitätsoptionen (Speichertechnologien, Demand-Side-Management oder die Etablierung von Kapazitätsmechanismen) und Energiespardienstleistungen für private Haushalte.
Für zwei Felder (Direktvermarktung und Flexibilitätsmechanismen), bilden die Akteursanalysen in einem nächsten Schritt die Basis für die (Weiter-)entwicklung eines agentenbasierten Modells “AMIRIS” (dafür ist der Projektpartner DLR zuständig). Ziel von AMIRIS ist es zu analysieren, wie unterschiedliche regulative Rahmenbedingungen auf das Verhalten der Akteure wirken, die die aktuellen Herausforderungen im Zusammenhang mit der Energiewende, der Markt- und Systemintegration von Strom aus erneuerbaren Energien, organisieren.

Methoden
Die Akteursanalysen werden mit Hilfe von Dokumentenanalysen, leitfadengestützten qualitativen Experteninterviews und Workshops mit den wichtigen Akteursgruppen durchgeführt. Das Agentemodell wird in Java in der Simulationsumgebung Repast Simphony programmiert.

ZIRIUS koordinierte das Forschungsfeld "Nutzerverhalten und Nachfragesteuerung" und setzte zwei Projekte um:

  • „Effizient in der Bahnstadt – Smart Meter Webportal für eine nachhaltige Stromnutzung“ (Teilprojekt von „Effektivität und Effizienz von Interventionen“)
  • „Individuelles Rebound-Verhalten in der Pkw-Mobilität“ (Teilprojekt von „Determinanten energierelevanter Entscheidungen und Verhaltensweisen bei Haushalten“)

Fokus beider Projekte lag auf der Zielgruppe der privaten Haushalte, deren Anpassung und Beteiligung an der Transformation der Energieinfrastrukturen von großer Bedeutung ist. Haushalte sind nicht mehr nur Verbraucher scheinbar „unbegrenzter“ Energieressourcen, sondern sind gefordert, nachhaltig und effizient mit Energie umzugehen.

Ein zentrales Forschungsthema war ‚Smart Metering’. Smart Meter (intelligente Stromzähler) bilden die Nutzerschnittstelle zwischen Haushalten und den herkömmlichen und neuen Netzinfrastrukturen (Smart Grids). Sie eröffnen durch die  Gestaltung ergänzender Informationsinstrumente neue Möglichkeiten der Motivation und Unterstützung nachhaltigen Energieverbrauchsverhaltens.

In der Feldstudie „Effizient in der Bahnstadt“ wurde ein Smart Meter Webportal mit handlungsphasenorientierter Informationsarchitektur entwickelt. Es begleitet die Nutzer von der Entwicklung eines Einsparziels bis zur Implementierung neuer stromsparender Verhaltensweisen. Die Wirkung des Webportals auf Nutzerinteraktion und Stromverbrauch wurde evaluiert. Es zeigte sich, dass eine Nutzerinteraktion, die Commitment zu Stromspartipps und Selbstmonitoring des Implementierungsfortschritts realisiert, mit signifikanten Einsparungen einherging.

Rebound-Effekte im individuellen Energieverbrauchsverhalten stellten einen weiteren Forschungsschwerpunkt dar. Sie drohen technische Effizienzverbesserungen zunichte zu machen. Bisher sind jedoch die dem Rebound-Effekt zugrunde liegenden psychischen Prozesse kaum untersucht.

In der Studie „Individuelles Rebound-Verhalten in der PKW-Mobilität“ wurde dies im Kontext der PKW-basierten Mobilität erforscht. Zunächst wurde ein theoretisches Rahmenmodell erarbeitet. Es basierte auf ökonomischen und psychologisch-soziologischen Erklärungsansätzen des Rebound-Effekts, mobilitätsspezifischen Verhaltensmodellen und Theorien umweltrelevanter Entscheidungen. Anschließend wurden Autokäufer und Autokäuferinnen zu ihren Motiven beim Automobil-Kauf und zu Änderungen ihres Nutzungsverhaltens in einem Mixed-Methods-Design befragt. Es ging dabei um die Frage, ob technische Effizienzverbesserungen des Autos zu einer der drei Arten individuellen PKW-Rebound-Verhaltens führen. Dies sind die Anschaffung eines größeren Modells, das Zurücklegen längerer Strecken oder schnelleres Fahren. Es zeigt sich, dass derartiges Rebound-Verhalten lediglich in ganz bestimmten Konstellationen und Motivlagen zu Tage tritt. Insgesamt kommt den Effizienzsteigerungen eine erleichternde aber keine kausale Wirkung auf Rebound-Verhalten zu.

  • Projektlaufzeit:     2011 bis 2016
  • Ansprechpartner: Dr. Pia-Johanna Schweizer
  • Mitarbeiter:          Dr. Pia-Johanna Schweizer, Oliver Scheel, Regina Schröter

Die Entwicklung von nachhaltigen und sozialverträglichen Infrastrukturen der Energieversorgung kann nicht ohne die Einbeziehung von Stakeholdern und der Öffentlichkeit geschehen. Zum einen wird angenommen, dass sich durch geeignete Kommunikations- und Beteiligungsprozesse politische Entscheidungen verbessern lassen, da so mehr Expertise kanalisiert werden kann. Zum anderen wird davon ausgegangen, dass sich politische Entscheidungen, die mit der Beteiligung von Stakeholdern und der Öffentlichkeit getroffen wurden, leichter und besser umsetzen lassen. Trotz dieser Vorteile von Beteiligungsverfahren herrscht noch Forschungsbedarf hinsichtlich der Beteiligung von Öffentlichkeit und Stakeholdern an Planungsprozessen der Energieversorgung. ZIRIUS befasst sich daher im Forschungsbereich E der Helmholtz-Allianz mit dem Potential von diskursiven Beteiligungsprozessen. Dabei wird in einem ersten Schritt das Potential von Beteiligungsverfahren bei der Planung von Energieversorgung erörtert. In einem zweiten Schritt werden deliberative, gruppenbasierte Beteiligungsverfahren konkret umgesetzt.