Energieorganismus

Der Begriff umfasst ein System aus Energiezellen und aus verbindender Infrastruktur in Form von intelligenten Energienetzen (z. B. intelligentes Stromnetz analog Smart Grid ). Dies ermöglicht die Verbindung zentraler und dezentraler Energiegewinnungskonzepte. Die energiewirtschaftlichen Funktionen in Energiezellen umfassen das Energiemanagement zur Interaktion von Produzenten mit Energiequellen in Form von Kraftwerken oder anderen Energiewandlern, von Konsumenten mit Energieanwendungen sowie in deren Kombination von Prosumenten unter zusätzlichem Einsatz von Energiespeicheranlagen. Die Energienetze bestehen aus Leitungs- und Rohrleistungssystemen sowie steuernden Netzbetriebsmitteln zur Energieübertragung in Verbindung mit Informations- und Kommunikationstechnologie.

Das Ziel bei der Definition von Energiezellen im Energiesystem besteht darin, ein verbundenes Gesamtsystem aus regionalen Strukuren und übergeordneten Systemstrukturen mit Systembereichen in äquivalenter Ausstattung, synergetischem Zusammenwirken und mit Entwicklung neuer Eigenschaften hinsichtlich Komplexitätsbeherrschung, Erhöhung der Flexibilität des Gesamtsystems, Resilienz und Vulnerabilität zu entwickeln [Andreas Kießling et al.].

Erweiternd zu den die technischen und wirtschaftlichen Aspekte von Energiesystem und Energiemarkt adressierenden Begriffen Energiewirtschaft, Energietechnik oder intelligentes Stromnetz wird der Begriff Energieorganismus benutzt, um den erweiterten Kontext gesellschaftlicher Aspekte bei der Transformation des Energiesystems in einer sozioökonomischen Betrachtung einzubeziehen. Dies betrifft die Entwicklung von Energielandschaften in Raum und Zeit sowie die Bewertung kultureller Faktoren für die Akeptanz von Änderungsprozessen. Insbesondere umfasst der Energieorganismus die Beteiligung vielfältiger gesellschaftlicher Kräfte mit Bürgern, Unternehmen, Kommunen und Regionen als Prosumenten auf der Basis von vielfältigen Formen des Energie- und Informationsaustausches und dezentralem Energiemanagements im ganzheitlichen Energiesystem.

Struktur des Energieorganismus

Systemdimensionen

Dimensionen des Energieorganismus

Die Beschreibung eines zellularen Energiesystems umfasst unter gesellschaftlicher Sichtweise die Aspekte Landschaftsentwicklung und Flächenplanung in den Dimensionen Raum und Zeit. Der Zustand des Systems ändert sich durch Flüsse von Energie und Information durch die Kanäle einer Infrastruktur, die durch Energienetze und zuständige Netzbetreiber gebildet wird. Die Steuerung der Energieflüsse erfolgt durch verschiedene Funktionen des Managements, womit das energiewirtschaftliche Umfeld der Akteure am Energiemarkt beschrieben wird. Die Realisierbarkeit einer bestimmten Gestaltungsweise des Energiesystems wiederum wird durch die Dimension Kultur beeinflusst.

Systembeschreibung

Der Energieorganismus stellt für einen definierten Raumbereich ein offenes Energiesystem dar, das in den umgebenden Raum (Umwelt) durch Energie- und Informationsaustausch über Kanäle einer digitalen Energieinfrastruktur eingeordnet ist. Der Energieorganismus bildet im inneren Raum einen Verbund von Energiezellen sowie der vernetzenden, digitalen Energieinfrastruktur aus Energie- und Kommunikationskanälen. Die Energiezellen als sich selbst optimierende Energiesysteme besitzen einerseits eine innere Infrastruktur zur Kopplung von auf kleinerer Systemebene eingeordneten Energiezellen als Produzenten und Konsumenten zur Abbildung vollständiger Energiekreisläufe innerhalb der Energiezellen. Die Energiezellen auf gleicher Systemebene sind aber anderseits über eine äußere Infrastruktur im äußeren Raum untereinander verbunden und entwickeln damit auf höherer Systemebene wiederum eine umfassendere Energiezelle. Jede Energiezelle kann damit ebenso als offenes Energiesystem mit Energie- und Informationsaustausch in den äußeren Raum beschrieben werden, das sich intern wiederum aus Energiezellen und einer intern vernetzenden digitalen Energieinfrastruktur strukturiert. Insofern wiederholt sich die Beschreibung des Energieorganismus als fraktales System hierarchisch über beliebige Systemebenen aus einer inneren Struktur des untergeordneten Systems aus Energiezellen und einer intern vernetzenden Infrastruktur und einer die Kanäle zum äußeren Raum bildenden Energieinfrastruktur des übergeordneten Systems. Damit wird in sich selbst wiederholender Weise ein Energieorganismus über verschiedene Systemebenen von kleinen zu großen Systemstrukturen gebildet. Als System wird hierbei ein Energiesystem bezeichnet, das Energie und Informationen aufnimmt, damit seinen inneren Zustand auf Grundlage von vorgegebenen Managementparametern und eines kulturellen Rahmens auf ein Ziel hin anpasst sowie dann wiederum Energie und Information abgibt.

Systemebenen

Für konzeptionelle Systementwicklungen lassen sich folgende Systemebenen nutzen, wobei deren vollständige oder gar erweiterte Nutzung keinen Einfluss auf die Allgemeingültigkeit des Systemmodells hat.

• Nanosysteme – Geräte und Anlagen (innere Infrastruktur: Gerätenetze)
• Mikrosysteme – Gebäude (innere Infrastruktur: Gebäudenetze)
• Mesosysteme – Areale und Stadtteile (innere Infrastruktur: Arealnetze, Verteilungsnetze)
• Makrosysteme – Städte und Ortschaftenverbünde (innere Infrastruktur: Verteilungsnetze)
• Supersysteme – Regionen und Staaten (innere Infrastruktur: Übertragungsnetze)
• Ultrasysteme – Staatenverbünde (innere Infrastruktur: Verbundnetze)

Gestaltung des Energieorganismus

Beispiel eines hierarchischen Aufbaus des Energieorganismus

Hierarchische Gestaltung des Energieorganismus

Das Gerät oder die Anlage bildet als kleinste Energiezelle ein Nanosystem und umfasst als selbstoptimierendes Energiesystem innere Energie- und Informationsflüsse zur Verwirklichung der aufgeprägten Funktion. Geräte oder Anlagen besitzen aber als offene Systeme ebenso die Verbindung zu Energie- und Informationsflüssen in einer bezüglich der Nanosysteme äußeren Infrastruktur der Umgebung. Die Nanosysteme vernetzen sich durch diese äußere Infrastruktur innerhalb des externen Raumes des umgebenden Mikrosystems, das als Gebäude oder Liegenschaft gestaltet sein kann. Mit dieser Vernetzung wird die Möglichkeit zum gegenseitigen Austausch zwischen den Nanosystemen als Prosumenten gegeben.

Gebäude oder Liegenschaften bilden als Energiezellen Mikrosysteme und umfassen als selbstoptimierende Energiesysteme eine Anzahl von Nanosystemen mit Energie- und Informationsaustausch, die über eine innere Infrastruktur des Mikrosystems zur synergetischen Unterstützung der von Management im Mikrosystem aufgeprägten Funktion verbunden sind. Gebäude oder Liegenschaften besitzen aber als offene Systeme ebenso die Verbindung zu Energie- und Informationsflüssen in einer bezüglich der Mikrosysteme äußeren Infrastruktur der Umgebung. Die Mikrosysteme vernetzen sich durch diese äußere Infrastruktur innerhalb des externen Raumes des umgebenden Mesosystems, das als Stadtteil oder andersartiges Areal gestaltet sein kann. Mit dieser Vernetzung wird die Möglichkeit zum gegenseitigen Austausch zwischen den Mikrosystemen als Prosumenten gegeben.

Stadtteile oder Arale bilden als Energiezellen Mesosysteme und umfassen als selbstoptimierende Energiesysteme eine Anzahl von Mikrosystemen mit Energie- und Informationsaustausch, die über eine innere Infrastruktur des Mesosystems zur synergetischen Unterstützung der von Management im Mesosystem aufgeprägten Funktion verbunden sind. Stadtteile oder Areale besitzen aber als offene Systeme ebenso die Verbindung zu Energie- und Informationsflüssen in einer bezüglich der Mesosysteme äußeren Infrastruktur der Umgebung. Die Mesosysteme vernetzen sich durch diese äußere Infrastruktur innerhalb des externen Raumes des umgebenden Makrosystems, das als Stadt oder Ortschaftenverbund gestaltet sein kann. Mit dieser Vernetzung wird die Möglichkeit zum gegenseitigen Austausch zwischen den Mesosystemen als Prosumenten gegeben.

Diese Kette der Organisation von Energiezellen zur Entfaltung des Energieorganismus ist von unten nach oben über beliebig definierte Systemebenen selbstabbildend nach Bedarf bis zum weltweiten Verbund abzubilden, womit sich die Grundidee eines subsidären Energiesystems im globalen Verbund mit hoher Widerstandsfähigkeit und Versorgungssicherheit sowie einer minimierten Verletzbarkeit realisiert. Handle lokal und Denke global !

Literatur

• Servatius, Hans-Gerd; Schneidewind, Uwe; Rohlfing, Dirk (Hrsg.): Wandel zu einem nachhaltigen Energiesystem. 2011, etwa 550 S., 129 Abb., Hardcover. ISBN 978-3-642-21819-4.
• Kevin Kelly: Das Ende der Kontrolle. Die biologische Wende in Wirtschaft, Technik und Gesellschaft. Bollmann Verlag. August 1998. ISBN 0-201-57793-3
• Andreas Kiessling, Michael Niemann, Frieder Schmitt (2013): Why Smart Grids? it - Information Technology: Vol. 55, No. 2, pp. 52–62. DOI 10.1524/itit.2013.000. Oldenburg Link

Weblinks

• Architektur Campus Dessau
• Begriffe Smart Grid, Smart Energy
• NEO - New Energy Organism - Technology for Energy
• New name for Latin American energy organism

Einzelnachweise

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