ENSURE
Von der Forschung zum Handeln: zehn Empfehlungen
Wie müssen sich Deutschlands Stromnetze verändern, damit die Energiewende gelingt? Zehn Jahre lang hat das Kopernikus-Projekt ENSURE dazu geforscht. Das Ergebnis: Neue Leitungen und innovative Technologien allein reichen nicht. Auch Politik, Wirtschaft und Gesellschaft müssen an einem Strang ziehen. Zehn Handlungsempfehlungen zeigen, worauf es jetzt ankommt – und wie sich Forschungsergebnisse in die Praxis übertragen lassen.
Immer mehr Windräder und Solaranlagen erzeugen Strom, während Wärmepumpen, Elektroautos und Industrie zunehmend auf elektrische Energie setzen. Diese Entwicklungen verändern die Anforderungen an Stromnetze grundlegend. Sie müssen immer größere Mengen erneuerbaren Stroms aufnehmen und steigende Lasten versorgen, Erzeugung und Verbrauch ausgleichen und dabei eine zuverlässige und bezahlbare Stromversorgung sichern.
Wie kann das gelingen? Mit dieser Frage hat sich das Kopernikus-Projekt ENSURE zehn Jahre lang beschäftigt. Forschende aus unterschiedlichen Disziplinen bei Unternehmen, Netzbetreibern, Hochschulen und gesellschaftlichen Organisationen haben gemeinsam untersucht, wie sich die Stromnetze für die Energiewende fit machen lassen. Dabei haben sie nicht nur technische Lösungen entwickelt, sondern auch wirtschaftliche, politische und gesellschaftliche Fragen berücksichtigt.
Es gibt nicht die eine Lösung für das Stromnetz der Zukunft
Entscheidend ist das Zusammenspiel vieler Maßnahmen. Deutschland muss seine Netze bedarfsgerecht ausbauen, bestehende Leitungen besser nutzen, die Digitalisierung vorantreiben und Stromerzeugung und -verbrauch flexibler aufeinander abstimmen. Gleichzeitig braucht es passende gesetzliche Rahmenbedingungen, Anreize für Innovationen und die Beteiligung der Menschen, die die Energiewende mitgestalten.
Zum Abschluss seiner Forschung hat ENSURE deshalb zehn Handlungsempfehlungen formuliert. Sie bündeln die wichtigsten Erkenntnisse und zeigen, was Politik, Regulierungsbehörden, Netzbetreiber, Wirtschaft und Gesellschaft konkret tun können. Ihr Ziel: Forschung in die Praxis bringen, Fehlentscheidungen und unnötige Kosten vermeiden und die Voraussetzungen für ein klimaneutrales, leistungsfähiges und sicheres Energiesystem schaffen.
Die folgenden zehn Themenbereiche zeigen, wo ENSURE Handlungsbedarf sieht, welche Lösungen die Forschung empfiehlt und wer jetzt gefragt ist.
ENSURE empfiehlt: Effizienz im Energiesystem durch einen konsistenten Ordnungs- und Planungsrahmen steigern
Im Rahmen der Energiewende müssen viele Infrastrukturen parallel ausgebaut und transformiert werden: Stromnetze, Wärmenetze, Gas- und Wasserstoffnetze. Bislang werden diese Bereiche häufig in getrennten Verfahren geplant und durch unterschiedliche Regeln gesteuert. Eine Entscheidung an einer Stelle kann dadurch an anderer Stelle zusätzliche Kosten oder unnötige Anlagen verursachen. ENSURE empfiehlt deshalb, Planung, Gesetze, Regulierung und Marktregeln stärker aufeinander abzustimmen. Eine unabhängige und fachlich begleitete Koordination soll Widersprüche sichtbar machen und gemeinsame Annahmen fördern. Auch Kommunen und Netzbetreiber sollten ihre Planungen frühzeitig miteinander verbinden. Ein konsistenter Rahmen gibt Unternehmen und öffentlichen Stellen verlässlichere Orientierung und hilft, Investitionen dort vorzunehmen, wo sie dem gesamten Energiesystem am meisten nutzen.
ENSURE empfiehlt: Die Digitalisierung der Netze und die systematische Erfassung des Netzzustands zügig vorantreiben, um die Effizienz und die Sicherheit des Netzbetriebs zu steigern
Ein Stromnetz lässt sich zuverlässiger steuern, wenn sein aktueller Zustand bekannt ist. Sensoren und Messsysteme erfassen beispielsweise Stromflüsse, Spannungen, Temperaturen oder den Zustand einzelner Anlagen. Diese Daten helfen, drohende Überlastungen und Störungen frühzeitig zu erkennen, Wartung besser zu planen und vorhandene Netzkapazitäten gezielter zu nutzen. Dafür muss nicht jeder Punkt des Netzes vollständig gemessen werden; entscheidend sind die für den sicheren Betrieb relevanten Informationen. Gleichzeitig müssen Daten aus unterschiedlichen Geräten und Unternehmen zusammenpassen und geschützt übertragen werden. ENSURE empfiehlt daher gemeinsame Standards, sichere Kommunikationswege und herstellerübergreifende Lösungen. Eine gute und verlässliche Datenbasis ist die Voraussetzung für weitere Automatisierung und stärkt sowohl die Effizienz als auch die Versorgungssicherheit.
ENSURE empfiehlt: Die Stromnetze zügig zu aktiven, anpassungsfähigen Systemen weiterentwickeln
Die bestehenden Stromnetze sind für die zunehmenden und immer dynamischeren Veränderungen bei Erzeugung und Verbrauch nicht ausgelegt. ENSURE empfiehlt den Netzbetrieb stärker zu automatisieren: Assistenzsysteme, automatische Steuerungen und anpassbare Netzkonfigurationen können Netzbetreiber dabei unterstützen, schneller und effizienter auf wechselnde Situationen zu reagieren. Dafür muss auch der Datenaustausch zwischen Netzbetreibern und ihren Leitsystemen weiter vereinheitlicht und die technische Kommunikation entsprechend ausgebaut werden. Auch zeitweise Änderungen der Netzstruktur können dazu beitragen vorhandene Netzkapazitäten besser nutzen und den Ausbaubedarf zu verringern; anpassbare Schutzsysteme und automatisierte Prüfungen müssen dabei jederzeit einen sicheren Betrieb gewährleisten. Digitalisierung, Automatisierung und flexible Betriebsweisen können helfen, Engpässe früher zu erkennen, erneuerbare Energien besser zu integrieren und die bestehende Infrastruktur leistungsfähiger zu nutzen.
ENSURE empfiehlt: Vorhandene Kapazitäten bestehender Anlagen in den Netzen umfangreicher nutzen, die Netze bedarfsgerecht ausbauen und eine vorausschauende Instandhaltung einführen
Der Anschluss neuer Erzeuger und Verbraucher erfordert zusätzliche Netzkapazität. Neben dem Bau neuer Leitungen und Anlagen kann auch die vorhandene Infrastruktur effizienter ausgenutzt werden. Genaue Zustands- und Belastungsdaten zeigen, wo Reserven bestehen, wo Engpässe absehbar sind und welche Investitionen zuerst benötigt werden. Eine vorausschauende Instandhaltung erkennt Verschleiß möglichst früh und kann die Nutzungsdauer geeigneter Anlagen verlängern, ohne die Versorgungssicherheit zu verringern. ENSURE empfiehlt Netzbetreibern, Planung, Betrieb und Instandhaltung integriert und datenbasiert zu betrachten. Regulierung und Politik sollten nicht nur Neubau, sondern auch Digitalisierung, bessere Zustandsbewertung und flexible Betriebsweisen unterstützen.
ENSURE empfiehlt: Einen „digitalen Zwilling“ des Stromsystems als gemeinsame Entscheidungs-, Prüf- und Lerninfrastruktur institutionalisieren
Neue Anlagen, Regelungen und Schutzsysteme wirken im Stromnetz eng zusammen. Manche Wechselwirkungen zeigen sich erst im Gesamtsystem, können aber wegen möglicher Risiken nicht einfach im realen Netz ausprobiert werden. Ein digitaler Zwilling bildet Netze, Anlagen und Betriebszustände virtuell nach. In einer gemeinsamen Testumgebung lassen sich auch echte Steuer- und Schutzgeräte mit solchen Simulationen verbinden. ENSURE empfiehlt, dafür eine dauerhaft finanzierte nationale Infrastruktur aufzubauen, die Netzbetreiber, Industrie, Behörden, Normung und Forschung zusammenbringt. Gemeinsame Qualitätsregeln und ein sicherer Umgang mit vertraulichen Daten sind dafür notwendig. So können kritische Situationen, Netzanschlüsse und neue Technologien vorab geprüft, Risiken früher erkannt und Investitionsentscheidungen besser abgesichert werden.
ENSURE empfiehlt: Den regulatorischen Rahmen schaffen, um den Einsatz von innovativen Lösungen in den Stromnetzen durch die Netzbetreiber zu ermöglichen
Für die Energiewende müssen neue digitale, technische und betriebliche Lösungen entwickelt, getestet und in den Alltag überführt werden. Die geltenden Regeln können jedoch Investitionen in klassische Anlagen gegenüber laufenden Aufwendungen für digitale Lösungen oder Forschung begünstigen. Netzbetreiber tragen dann Kosten und Risiken einer Innovation, während sich mögliche Vorteile erst später zeigen. ENSURE empfiehlt deshalb geeignete Erprobungsräume und Forschungsbudgets ohne den Nachweis unmittelbarer Effizienzsteigerungen bei Netzbetreibern. Ergebnisse öffentlich mitfinanzierter Vorhaben sollen zudem so veröffentlicht und geteilt werden, dass weitere Netzbetreiber sie einsetzen können. Dadurch gelangen erfolgreiche Ansätze schneller aus einzelnen Projekten in die breite Anwendung.
ENSURE empfiehlt: Im Netz verfügbare Flexibilitäten gezielt aktivieren und koordinieren, um den Betrieb des Stromsystems zu unterstützen
Die verfügbare verbrauchsseitige Flexibilität im Energiesystem wird derzeit erst wenig genutzt. Viele Anlagen können ihren Verbrauch verschieben, ohne ihren eigentlichen Zweck einzuschränken: etwa industrielle Prozesse, Wärmepumpen, Ladevorgänge von Elektroautos. Solche Flexibilität kann Engpässe verringern und den Bedarf an zusätzlichen Eingriffen oder Netzausbau reduzieren. Bisher fehlen jedoch passende Anreize, geeignete Schnittstellen und eine Abstimmung mit dem aktuellen Zustand des Netzes. ENSURE empfiehlt, Flexibilität bei Erzeugern, Unternehmen und Haushalten systematisch zu erschließen und die flexible Betriebsweise auf Basis geeigneter Preis- und Steuerungssignale anzureizen. Speicher sollen dabei ebenso berücksichtigt werden wie verschiebbare Nachfrage.
ENSURE empfiehlt: Das Wissen aller Akteure über die Energiewende gezielt stärken, damit diese als Teil des Energiesystems nachhaltige Entscheidungen treffen können
Privatpersonen entscheiden sich zunehmend für Solaranlagen, Wärmepumpen, Batteriespeicher, Elektroautos oder dynamische Stromtarife. Diese Entscheidungen betreffen nicht nur den eigenen Haushalt, sondern wirken auch auf Netze, Kosten und Klimaschutz. Dafür müssen technische Zusammenhänge und finanzielle Folgen verständlich werden. ENSURE empfiehlt unabhängige, leicht zugängliche Beratung, die Anschaffungskosten, laufende Kosten, Förderungen, Einsparmöglichkeiten und Unsicherheiten miteinander verknüpft und nachvollziehbar erklärt. Angebote sollten unterschiedliche Vorkenntnisse und Lebenslagen berücksichtigen und gerade Menschen ohne technische Erfahrung erreichen. Kommunen, Verbände, Unternehmen, Handwerk und Forschung können dazu mit Beratungsstellen, Beispielen und Bildungsangeboten beitragen. Gut informierte Menschen können nachhaltiger entscheiden und die Folgen ihrer Entscheidungenrealistischer einschätzen.
ENSURE empfiehlt: Gemeinsam getragene Visionen für die Umsetzung der Energiewende entwickeln, um viele Akteure für eine aktive Beteiligung zu motivieren
Die Energiewende nimmt in jeder Region eine andere Form an. Wirtschaft, Landschaft, vorhandene Infrastruktur, das Selbstverständnis der Bevölkerung und kulturelle Eigenarten vor Ort bestimmen, welche Lösungen geeignet sind. Ein gemeinsames Zukunftsbild kann zeigen, wohin sich eine Region entwickeln will und welchen Beitrag Einzelne und Gruppen leisten können. ENSURE empfiehlt, solche regionalen Energiewende-Visionen gemeinsam mit Kommunen, Energieversorgern, Unternehmen, Verbänden sowie Bürgerinnen und Bürgern zu erarbeiten. Gute Beispiele aus anderen Regionen können Anregungen geben, müssen aber an die örtlichen Bedingungen angepasst werden. Verständliche Informationen, Umfragen und gemeinsame Workshops helfen, Möglichkeiten, Ziele und Konflikte offen zu besprechen. Eine gemeinsam getragene Vision schafft Orientierung und kann Motivation, Beteiligung und lokale Wertschöpfung in der Transformation stärken.
ENSURE empfiehlt: Die Ausgestaltung der Energiewende vor Ort mit einer Vielfalt von Beteiligten unterstützen
Lokale Projekte der Energiewende müssen oft unter engen Zielvorgaben bei unsicheren Rahmenbedingungen umgesetzt werden. Feste Verwaltungsabläufe sind wichtig für die Umsetzung, können aber unterschiedliche örtliche Voraussetzungen, Kenntnisse und Interessen nicht angemessen berücksichtigen. ENSURE empfiehlt deshalb eine lernfähige Prozessgestaltung zu integrieren, in denen Beteiligte kontinuierlich und strukturiert Bedarfe, Herausforderungen und Maßnahmen, sowie deren Wirkung gemeinsam überprüfen. Kommunen, Netzbetreiber, Unternehmen, Kammern, Verbände sowie Bürgerinnen und Bürger sollen dabei in ihrem jeweiligen Wirkungsfeld gezielt zur Prozessgestaltung beitragen. Leitfäden und geeignete Organisationsstrukturen, die gleichzeitig der Langzeittransformation Rechnung tragen und kurzfristige Bedarfe abdecken, können solche Prozesse unterstützen, ohne Ergebnisse vorwegzunehmen. Die gemeinsame Bearbeitung macht Konflikte und Spielräume früh sichtbar, erhöht die Qualität der Entscheidungen und verbessert die lokale Umsetzungsfähigkeit.
