VDE-Informationspapier Brauchen wir neue Studiengänge für die Energiewende?

Dr. Michael Schanz ist Experte für Beruf&Arbeitsmarkt und Vorsitzender des Ausschusses »Beruf Gesellschaft und Technik« im VDE.

Stellt die Energiewende neue Anforderungen an Elektroingenieure, braucht es gar neue Studiengänge? Der Ausschuss »Beruf Gesellschaft und Technik« im VDE hat das analysiert. Dr. Michael Schanz, Experte für Beruf&Arbeitsmarkt, fasst die Ergebnisse zusammen.

Herr Dr. Schanz, erwarten Sie zusätzliche Arbeitsplätze durch die Energiewende?

Dr. Michael Schanz, VDE: Zunächst einmal: Im elektrischen Energiesystem findet eine drastische strukturelle Veränderung statt, indem volatile erneuerbare Erzeuger im System installiert werden. Der Ausgleich zwischen dieser Erzeugung und dem Verbrauch ist eine der herausforderndsten Aufgaben für Ingenieure und das Gelingen der Energiewende.

Das Marktsegment der elektrischen Energieversorgung verändert sich zwar durch die Energiewende, wird sich aber voraussichtlich vom Volumen her nicht signifikant verändern. Warum? Wenn durch Energieeffizienz die Zunahme des Bedarfs an elektrischer Energie über die nächsten Dekaden kompensiert wird und die Kosten für Energie nicht überproportional steigen, dann ist das finanzielle Marktvolumen im Prinzip konstant.

Überregional gesehen ist dann kein Potenzial für die Schaffung zusätzlicher Arbeitsplätze vorhanden.

Allerdings verringert die Energiewende auch die Abhängigkeit von Energieimporten, wenn die elektrische Energie direkt hier gewonnen wird. Das heißt, die Wertschöpfung verlagert sich ins Inland. Hierdurch können positive Effekte für den Arbeitsmarkt resultieren. Der Nettoeffekt ist jedoch nur schwer abzuschätzen. Ein Beispiel: Alternative Energieanbieter, Hersteller von EE-Anlagen oder Firmen zur Projektentwicklung und Errichtung von EE-Anlagen haben sich bereits mit mehreren Tausend Angestellten am Markt etabliert. Gleichzeitig gehen Arbeitsplätze bei den klassischen Energieversorgern und Kraftwerksbetreibern verloren.

Wie beurteilen Sie den Status Quo der Energiewende?

Viele Technologien haben bereits heute einen hohen Reifegrad erzielt, insbesondere die zur Erzeugung von Windenergie, Photovoltaik oder Biomasse. Die Bündelung mittelgroßer Erzeuger zu sog. virtuellen Kraftwerken wird seit einigen Jahren bereits technologisch erprobt.

Große Verbraucher betreiben heute bereits ein Energiemanagement, um den Verbrauch den Marktprodukten anzupassen. Auch Pilotprojekte zur Steuerung von Lasten bei Normalverbrauchern gab es bereits, konnten sich jedoch nicht durchsetzen, weil Marktanreize wie z. B. zeitabhängige Tarife fehlen. Speicheranbieter hingegen etablieren sich mehr und mehr. Im Angebot sind verschiedene Technologien zur Eigenbedarfspufferung von Photovoltaikanlagen oder für Regelenergieprodukte am Strommarkt.

Im Netzbereich gibt es vielfältige Smart-Grid-Produkte, die die Stromnetze effizienter nutzbar machen. Aber auch Bereiche, die noch nicht oder nur unzureichend abgedeckt werden. Beispielsweise neueste und standardisierte IKT-Lösungen in der Energietechnik. Viele der Angebote basieren auf spezifischen Lösungen. Dabei wird aber außer Acht gelassen, dass vieles in der Industrieautomatisierung bereits existiert und genutzt werden könnte, zum Beispiel sichere Protokolle für Produktionsprozesse über öffentliche Informationsinfrastrukturen zu steuern und zu überwachen.

Ein weiterer noch unterentwickelter Bereich ist die effiziente Erschließung von Lastflexibilität in der Fläche. Auch wenn die energiemarktgetriebene Steuerung der einzelnen Waschmaschine unrealistisch erscheint: Die gesteuerte und koordinierte Nutzung von Erzeugern und Verbrauchern wie Wärmepumpen, Elektrofahrzeugen, größeren Kühlgeräten oder Klimaanlagen zusammen mit einer dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung wird als Produktsegment gerade erst angegangen. In diesem Bereich fehlen kostengünstige, wiederum standard-IKT-basierte Lösungen. Eine Herausforderung für Ingenieure.

Weiter fehlt es auch noch an Rahmenbedingungen wie der Regulierung des Elektrizitätsmarktes. Die Standardisierung der IKT in Smart Grids ist essenziell, um den neuen Technologien den Weg in den Markt zu ebnen. Durch die dezentralisierte und auf Grund der volatilen EE-Einspeisung flexibel zu gestaltenden Energieerzeugungsstruktur gewinnt die Frage der Erbringung von Systemdienstleistungen (SDL) zunehmend an Bedeutung.

Diese im konventionellen Erzeugungssystem inhärent gelösten Aufgabenstellungen müssen für das zukünftige flexible System noch gelöst werden. Denn auch in Zeiträumen mit überwiegendem Einsatz von Windkraft und Photovoltaik sind Regelfähigkeit, Blindleistungsbilanz und Spannungshaltung aufrecht zu erhalten und selektiver Netzschutz sicherzustellen. In Konsequenz sind die EE-Erzeugungseinheiten entsprechend auszurüsten und/oder durch die Netzbetreiber geeignete SDL-Einrichtungen im Netz zu planen.

Zu einem funktionierenden Gesamtsystem sind überdies bis auf weiteres konventionelle Wärmekraftwerke erforderlich. Sie müssen hinsichtlich Flexibilität, Kraft- Wärme-Verbundsysteme und Wirtschaftlichkeit weiterentwickelt werden.

Im Bereich der primären Netzbetriebsmittel gibt es ein großes Potenzial durch neue Materialien, Regelbarkeit oder Leistungselektronik. Beispielsweise befinden sich Hochspannungsgleichstromübertragungen (HGÜ) auf einem steilen Entwicklungspfad, weil sich hierdurch ein großräumiger Leistungsausgleich zwischen unterschiedlichen Energiequellen und –senken erzielen lässt.

Verändert sich durch die Energiewende die Landschaft der potenziellen Arbeitgeber für Elektroingenieure?

Neben den klassischen Energieversorgern haben sich alternative Stromanbieter etabliert. Klassische Herstellerfirmen im Energiesektor wurden durch EE-Anlagenhersteller und Systemintegratoren ergänzt.

Aktuell nehmen sich zunehmend Automatisierungsfirmen dem Energiesektor an und möchten ihre Technologien dort einsetzen. IKT-Firmen sehen in der Energiewende eine Chance neue Produktbereiche zu erschließen. Speziell an der Automatisierungs- und IKT-Branche ist ersichtlich, dass sich Firmen aus anderen Branchen im Energiesektor engagieren möchten und speziell ihre spezifische IKT-Kompetenz oder auch ihre Kompetenz im Endverbrauchergeschäft einbringen möchten.

Auch Firmen, die soziale Netzwerke betreiben und zum Teil bereits einen hohen Kundenstamm haben, arbeiten an der Erschließung zusätzlicher Dienstleistungen im Energiebereich. Auch für Handwerksberufe gibt es neue Felder. Betriebsdienst und Instandhaltung der bis dato rund 1,3 Millionen dezentralen Kleinanlagen werden vermehrt zur Aufgabe für das lokale Handwerk.

Welche Kompetenzen müssen Elektroingenieure für all das skizzierte haben?

Bricht man die Analyse der oberen Abschnitte auf die notwendigen Kompetenzen von Elektroingenieuren herunter, so ergeben sich zwei ausgeprägte Bereiche, die abzudecken sind.

Zum einen ist ein tiefes Verständnis für die Technik und die Wirtschaft von Energiesystemen erforderlich. Die lauffähige und sichere Technik ist die Basis, wobei die Elektrizitätswirtschaft den Rahmen für die Ausgestaltung sämtlicher technischer Produkte aber auch Marktprodukte bildet. Somit ist die Kompetenz von Ingenieuren mit energiewirtschaftlichem Verständnis in vielen Bereichen der Energiewende erforderlich.

Zum anderen sind für die Weiterentwicklung des technischen Systems sowohl energietechnische als auch IKT-Kenntnisse innerhalb der Elektrotechnik notwendig, da hier ein immenses Innovationspotential auszumachen ist. Die vor wenigen Jahren etablierte Aufteilung in IKT und Elektrische Energietechnik wächst an dieser Stelle wieder zusammen.

Im IKT-Bereich für die Energiewende liegt der Fokus allerdings weniger auf hohen Datenraten sondern auf der Sicherheit der kritischen Infrastruktur.

Betrachtet man die notwendigen Kompetenzen im Detail, so werden diese für die Energiewende einschließlich der Energieeffizienz bereits heute durch die Disziplinen innerhalb der Elektrotechnik weitgehend abgedeckt.

Die heutigen etablierten Studiengänge beinhalten das benötigte breite Basiswissen, Energiesysteme, Netze, Hochspannungstechnik, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe sowie die Fächer der IKT bilden bereits das benötigte Spektrum ab, das aber Ergänzungen in der Bereichen Niederspannung und alternativer Netzstrukturen wie Mikro- und/oder Nanogrids erfahren muss.

Zusammen mit elektrotechnischen Energiewirtschaftsingenieuren steht ein breites methodisches Kompetenzfeld zur Verfügung, das die Energiewende gestaltet.

Als weitere ergänzende Gebiete sind noch die Gebäude- und Versorgungstechnik zu nennen, die für diesen Sektor die notwendigen Kompetenzen bündeln, so dass die notwendige Effizienz erzielt werden kann.

Die Energiewende als große gesellschaftliche Aufgaben hat jedoch neben dem technischen und wirtschaftlichen Bereich noch eine Reihe weiterer Facetten. Der Umwelteingriff erfordert raumplanerische und die Regulierung juristische Kompetenz. Neben der elektrischen Energie muss auch das Zusammenspiel mit anderen Energieträgern und der Mobilität erfolgen.

Hieraus folgt, dass Ingenieure in diesem Bereich die Schnittstellen zu diesen anderen Disziplinen besetzen müssen und diese auch als Kompetenz bereits im Studium erlangen sollten.