Aufbau des Energie-Internets: Risiken von Innovationen im komplexen, vernetzten Stromnetz minimieren

Autor: Ken Boyce, vice president, Principal Engineering, Industrial

Wir befinden uns mitten in einer der bedeutendsten Umwälzungen, die der Energiesektor je erlebt hat. Was einst ein zentralisiertes, unidirektionales System war, entwickelt sich zu einem dynamischen, dezentralen und hochvernetzten digitalen Netzwerk, das ich oft als „Energie-Internet“ bezeichne. Millionen miteinander verbundener Knotenpunkte – darunter Solar- und Windkraftanlagen, Speichersysteme, Elektrofahrzeuge (EVs), intelligente Gebäude und vieles mehr – tauschen in Echtzeit Daten und Strom über das Netz aus. Diese zunehmende Komplexität eröffnet enorme technische Chancen, bringt jedoch auch neue Risiken und Verantwortlichkeiten mit sich, die es zu bewältigen gilt.

Die weltweite Nachfrage nach Energie steigt rasant. Versorgungsunternehmen, Netzbetreiber und Energieerzeuger stehen zunehmend unter Druck, die Bezahlbarkeit und Widerstandsfähigkeit zu verbessern. Führungskräfte müssen geopolitische Unsicherheit, Schwankungen in der Lieferkette und kurzfristige Rentabilität berücksichtigen, während sie gleichzeitig langfristige Dekarbonisierungsziele verfolgen. In dieser Situation sind technische Klarheit und koordiniertes Handeln gefragt, keine übertriebene Vereinfachung.

Was mir Zuversicht gibt, wenn ich auf die Arbeit von UL Solutions im Kontext der Energiewende blicke, ist, dass viele der benötigten Instrumente bereits existieren und einsatzbereit sind, um die Entwicklung hin zu einer kohlenstoffarmen Energiezukunft zu beschleunigen. Die Technologie entwickelt sich rasant. Wir brauchen Vertrauen, dass Innovationen die Sicherheitsanforderungen erfüllen, zuverlässig sind und sich in der Praxis bewähren. Das Wort „Sicherheit“ ist hier entscheidend: Es ist nicht einfach ein Punkt auf einer Checkliste. Vielmehr muss Sicherheit als Grundlage verankert sein, die Innovation erst ermöglicht.

Dieser Artikel beleuchtet die Themen, die wirklich zählen: die Zuverlässigkeit unserer Energieinfrastruktur, die Sicherheit der Gesellschaft und die Innovationsgeschwindigkeit bei der globalen Energiewende.

Mehr als hundert Jahre Erfahrung bei UL Solutions haben uns gezeigt, wie Unsicherheit den Fortschritt verlangsamen kann. Gleichzeitig kann Vertrauen, das auf proaktiver Sicherheitswissenschaft basiert, diesen beschleunigen. Im Folgenden finden sich Einblicke, wohin sich die Energiewende entwickelt – fünf entscheidende Bereiche, die ihren Verlauf prägen – und warum ein integrierter, vorausschauender Ansatz für Sicherheit entscheidend ist, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen.

Hier ist meine Sicht auf den Weg in die Zukunft und die Bereiche, auf die wir uns konzentrieren müssen.

Was steht auf dem Spiel? 

Wir stehen an einem Scheideweg: Weltweit werden immer mehr Investitionen in saubere Energien getätigt, und die Technologien entwickeln sich schneller, als die Vorschriften Schritt halten können – manchmal sogar schneller, als die Verantwortlichen in der Energiebranche und Wirtschaft sicher handeln können. Und dennoch vollzieht sich der Wandel nicht schnell genug.

Warum? Weil die Chancen zwar enorm, die Herausforderungen jedoch noch größer sind.

Die derzeitige elektrische Infrastruktur steht unter Druck. Stromerzeuger und Netzbetreiber sehen sich gleichzeitig mit extremen Wetterereignissen, einem rapidesteigenden Bedarf und ständig weiterentwickelnden Cyber-Bedrohungen konfrontiert. Führungskräfte von Versorgungs- und Energieunternehmen stehen unter enormem Druck: Sie müssen Quartal für Quartal Ergebnisse liefern und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit für eine sich in Echtzeit verändernde Zukunft stärken. Die diesbezüglichen Vorschriften und Anforderungen sind fragmentiert und oft einen Schritt hinter dem technologischen Fortschritt zurück.

Machen wir uns nichts vor: Wir bewegen uns in einem komplexen und sich ständig verändernden Umfeld. In Zeiten wie diesen neigen Führungskräfte oft dazu, innezuhalten und auf mehr Klarheit zu warten.

Doch die Wahrheit ist: Klarheit entsteht nicht durch Warten, sondern durch Vorangehen. Wir haben keine Zeit mehr zu verlieren. Es geht darum, die Probleme von heute zu lösen und gleichzeitig die Fähigkeiten, das Vertrauen sowie die Systeme und Ökosysteme aufzubauen, die es uns ermöglichen, auch die Aufgaben von morgen zu lösen.

Fünf technische Prioritäten für einen sichereren, nachhaltigeren Fortschritt

Wenn wir über die Energiewende sprechen, neigen wir dazu, die Bereiche Stromerzeugung, Netzinfrastruktur und Elektromobilität voneinander zu trennen und in Silos zu denken. In Wirklichkeit sind diese Bereiche jedoch eng miteinander verbunden, sodass Veränderungen in einem Bereich direkte Auswirkungen auf die anderen haben. Aus diesem Grund müssen Sicherheit und Nachhaltigkeit systematisch und nicht selektiv angewendet werden.

Aus meiner Sicht prägen fünf Schlüsselbereiche die Zukunft der Energie. Dies sind die Belastungs- und Fortschrittspunkte, an denen Innovation und disziplinierte Sicherheit zusammenarbeiten müssen:

1. Dekarbonisierung der Stromerzeugung

   Erneuerbare Energien, insbesondere Solar- und Windenergie, haben sich von einer „aufstrebenden” zu einer „unverzichtbaren” Energiequelle entwickelt. Sie bilden das Rückgrat der meisten Dekarbonisierungsstrategien. Obwohl die Wasserkraft in vielen Regionen eine etablierte Lösung ist, können globale Bedingungen die Fähigkeit erneuerbarer Energien in Frage stellen, rentable und zuverlässige Energiequellen zu bleiben.

   Eine der größten Chancen besteht darin, Energiequellen zu diversifizieren und zu lokalisieren, um den Zugang zu verbessern. Diese Dezentralisierung erschwert jedoch auch die Planung, den Betrieb und die Wartung miteinander verbundener Systeme. 

   Wir sehen neue Herausforderungen entstehen, wie z. B. anspruchsvollere Installationsumgebungen, Netzinstabilität und zunehmende Folgen wie Geräteschäden und Kaskadenausfälle, geringere Stromerzeugung während Spitzenlastzeiten sowie Sicherheitsrisiken für den Betrieb und die Gesellschaft aufgrund extremer Wetterbedingungen. Vorausschauende Wartung und Validierung unter realen Bedingungen sind längst kein „Nice-to-have“ mehr, sondern unerlässlich.

   Das Interesse an Wasserstoff und kleinen modularen Reaktoren (SMR) wächst unterdessen. Diese Energietechnologien bergen ein erhebliches Potenzial, führen jedoch auch zu einer erhöhten Komplexität, darunter auch wirtschaftliche Überlegungen. Andere Ansätze, wie die Geothermie, werden noch untersucht. 

   Die Skalierung bleibt nach wie vor eine Herausforderung. Die sichere Integration neuer Technologien in Altsysteme und umliegende Bereiche erfordert mehr als nur technische Spezifikationen: Sie erfordert enormes Vertrauen.

   Unsere Aufgabe ist es, diese Systeme und ihre Komponenten, dabei zu unterstützen, den Anforderungen der Realität gerecht zu werden - mithilfe von Stresstests, fortschrittlichen Modellen und Beratungsdienstleistungen, die Innovation mit betrieblicher Langlebigkeit verbinden.

2. Sicherere, nachhaltigere Energiespeicherung mit Batterien

   Batteriesysteme sind das verbindende Element des modernen Energieökosystems. Batterien bergen jedoch Risiken, die aus sich weiterentwickelnden chemischen Zusammensetzungen, einer beschleunigten Einführung und „Second Live“-Anwendungen resultieren. 

   Energiespeicherung ist heute ein strategischer Vorteil. Sie bietet eine neue Flexibilität im Betrieb sowie eine Netzstabilität, die es vor wenigen Jahren noch nicht gab. Allerdings verhalten sich Batterien der neuen Generation unter Belastung anders. Zudem bergen alternde oder wiederverwendete Batterien Unwägbarkeiten etwa hinsichtlich ihres thermischen Verhaltens, ihrer langfristigen Degradation und potenzieller Brandrisiken. All dies kann sich negativ auf die Sicherheit, Leistung und Zuverlässigkeit auswirken.

   Derzeit erreichen große Mengen an Elektrofahrzeugbatterien ihr Lebensende und sollen für den Einsatz in Infrastruktur-Speichersystemen wiederverwendet werden. Dieser Wandel eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten, bringt jedoch auch Sicherheits- und Leistungsvariablen mit sich, die wir noch definieren und beherrschen müssen. Brandrisiken, Kreislaufwirtschaft und langfristige Leistungsfähigkeit sind mehr als nur theoretischen Bedenken. Sie stellen reale technische und sicherheitsrelevante Herausforderungen für Hersteller und die Netzbetreiber dar, die sie beliefern.

   Bei UL Solutions untersuchen wir Batteriesysteme ganzheitlich über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg, von fortschrittlichen Chemikalien bis hin zu Second-Life-Anwendungen. Wir bewerten die Leistung unter Belastung und entwickeln Sicherheitsrichtlinien, die sowohl Nachhaltigkeit als auch Zuverlässigkeit fördern. Denn Kreislaufwirtschaft reduziert nicht nur Abfall, sondern sie stärkt auch die Widerstandsfähigkeit.

3. Stärkung der Netzstabilität 

   Dies ist ein Moment der Neuorientierung für Netzbetreiber, denn das Stromnetz ist nicht mehr nur eine Einbahnstraße. Ein intelligenteres, anpassungsfähigeres Netz, das sich an wechselnde Nachfrage, dezentrale Energiequellen (DERs) sowie hochfrequente Datenströme anpassen kann, ist möglich. Doch die zunehmende Komplexität schafft ein fragiles Gleichgewicht. Cyberrisiken, regionale Ungleichheiten und eine alternde Infrastruktur belasten ein System, das für dieses Maß an Komplexität nicht ausgelegt ist.   

   Entsprechend muss sich die Widerstandsfähigkeit weiterentwickeln. Sie darf sich nicht auf punktuelle Verbesserungen verlassen. Die Chance besteht darin, ein intelligenteres und ausgefeilteres Netz aufzubauen. Dafür ist jedoch eine koordinierte Planung zwischen Versorgungsunternehmen, Entwicklern von Energietechnologien, Geräteherstellern, Anbietern von Cybersicherheit und öffentlichen Infrastrukturbehörden erforderlich. Dieses Maß an Integration erfordert auch eine Abstimmung zwischen lokalen, regionalen und nationalen Zuständigkeiten. Das bedeutet, über Kapazität und Redundanz hinauszudenken und eine Zukunft anzustreben, in der physische Sicherheit, technologische Integrität und die Einhaltung von Vorschriften eng miteinander verflochten sind. 

   Bei unserer Zusammenarbeit mit Versorgungsunternehmen, Herstellern und Regulierungsbehörden liegt der Fokus auf Zukunftssicherheit. Dazu gehört, neue Technologien zu validieren, Netzinteraktionen Stresstests zu unterziehen und Beratung zu resilienten Designbewertungen und technischen Leitlinien anzubieten. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da die Resilienz in einer dezentralisierten Welt nur so stark ist wie ihre schwächste Verbindung – und die Anzahl dieser Verbindungen wächst stetig weiter.

4. Intelligentere und sicherere bebaute Umgebungen schaffen 

   Gebäude sind heute aktive Akteure im Stromnetz: Mit Photovoltaikanlagen auf dem Dach, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge und lokalen Energiespeichern werden sie selbst zu Energieerzeugern.

   Dies eröffnet enorme Chancen, die Effizienz zu steigern, Treibhausgasemissionen zu senken und die lokale Energieversorgungssicherheit zu stärken. Gebäude können als flexible Netzressourcen agieren, indem sie Strom speichern und bei Bedarf wieder ins Netz einspeisen.

   Doch dieser Wandel bringt auch neue Komplexität mit sich. Die Tragwerks- und Elektrosysteme von Gebäuden wurden nicht für einen derart hohen Bedarf ausgelegt. Um einem dynamischeren, elektrifizierten Umfeld mit Elementen wie EV-Ladestationen und Energiespeicher gerecht zu werden, müssen Brandschutz, Lastverteilung und Notfallkoordination neu konzipiert werden. Planung und Design müssen heute Risiken berücksichtigen, die aus dem Zusammenspiel verschiedener Technologien entstehen, nicht nur aus deren individueller Leistung.

   Es geht darum, Gebäude so zu gestalten, dass sie sich sicher und zuverlässig als dynamische Elemente innerhalb der Energiesysteme betreiben lassen.

   Deshalb arbeiten wir mit Projektentwicklern und Planern zusammen, um Sicherheit bereits in der Entwurfsphase des Gebäudelebenszyklus zu verankern, einschließlich der Validierung der Integration von Hochleistungs-Ladeinfrastruktur, der Widerstandsfähigkeit in gemischt genutzten Umgebungen und der Unterstützung bei der Notfallplanung. Ziel ist es, Gebäude zu schützen und gleichzeitig ihre sichere Einbindung in die Energiewende zu gewährleisten.

5. Sichere Elektrifizierung der Mobilität 

   Der Verkehrssektor ist ein wichtiger Faktor für die Energiewende mit erheblichen Auswirkungen auf die Infrastruktur. Elektrofahrzeuge verändern nicht nur die private und gewerbliche Mobilität, sondern auch die Zukunft der Batteriespeicherung und des Stromnetzes insgesamt. Die Elektrifizierung von Fahrzeugen bietet die Chance, Emissionen zu reduzieren, Kraftstoffkosten zu senken und Fahrzeuge zu aktiven Teilnehmern eines flexibleren Energiesystems zu machen. Dies funktioniert jedoch nur, wenn jeder Schritt der Nutzung von Elektrofahrzeugen als sicher gilt.

   Schnellladen, die Kompatibilität zwischen Fahrzeug und Ladestation sowie die Integration von Vehicle-to-Grid (V2G) sind gleichermaßen technische wie vertrauensbasierte Herausforderungen. Verbraucher müssen sich darauf verlassen können, dass ihr Fahrzeug sicher ans Ziel kommt, egal ob es an einer öffentlichen Schnellladestation oder zu Hause ordnungsgemäß ohne Sicherheitsrisiken lädt. Das aufkommende Potenzial von V2G-Anwendungen eröffnet Energieverbrauchern zudem völlig neue Möglichkeiten, die es bisher nicht gab. All dies erfordert eine sorgfältige Abstimmung über Lieferketten, Rechtsräume und digitale Plattformen hinweg.

   Ohne eine einheitliche Benutzererfahrung kann das Vertrauen der Nutzer schwinden, was die Akzeptanz verlangsamt und die ohnehin schon stark belasteten Infrastruktursysteme zusätzlich beansprucht. Unsere Aufgabe ist es, die Interoperabilität zwischen den Plattformen zu unterstützen, Batteriesysteme unter realen Bedingungen zu validieren und den Aufbau einer Infrastruktur zu fördern, die mit der Nachfrage Schritt hält. Von Megawatt-Ladetechnik bis hin zur intelligenten Leistungssteuerung tragen wir dazu bei, das Rückgrat eines Elektromobilitätssystems aufzubauen, das Sicherheit, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit fördert.

Gemeinsam die Zukunft der Energie sicher und stark gestalten 

In meiner langjährigen Zusammenarbeit mit Innovatoren, Regulierungsbehörden und Branchenführern, die für die Infrastruktur in den Bereichen Netz, Verkehr und Gebäude verantwortlich sind, habe ich eines gelernt: Resilienz ist kein statischer Zustand, sondern ein lebendiges System, das sich mit den Herausforderungen, denen es standhalten soll, weiterentwickeln muss.

Wenn Sicherheit richtig umgesetzt wird, können wir uns schneller bewegen, besser bauen und nachhaltig skalieren. Doch damit sie wirklich funktioniert, muss Sicherheit proaktiv sein. Sie muss früh beginnen, lange bevor der Beschaffungsprozess startet, bevor eine Technologie in das Stromnetz, ein Fahrzeug, ein Gebäude oder eine kritische Anlage integriert wird. Es gibt zu viele Beispiele, in denen kleine Versäumnisse in der Entwurfsphase zu kostspieligen Fehlern führen. In vernetzten Systemen gibt es kein isoliertes Problem. Sicherheitsprüfungen erst am Ende des Produktionsprozesses durchzuführen, ist das Risiko einfach nicht wert.

Sicherheit ist ein strategischer Erfolgsfaktor; daher verbinden wir bei UL Solutions technische Präzision mit vorausschauender Zusammenarbeit. So wird es Herstellern, Versorgungsunternehmen und Technologieentwicklern ermöglicht, vorauszudenken, frühzeitig zu testen und sicher voranzugehen. In der Praxis bedeutet das:

• Nutzung von realen Leistungsdaten, um fundierte Entscheidungen zu treffen.
• Analytische Methoden wie die gefahrbasierte Sicherheitsentwicklung anzuwenden, um praxisorientierte Lösungen voranzutreiben.
• Technologien unter extremen und wechselnden Bedingungen einem Stresstest unterziehen.
• Systemweite Resilienz – von physischen Anlagen bis zur Cyberinfrastruktur – durch Tests, Risikobewertungen und technische Beratung stärken.
• In Kooperation mit Branchenverbänden globale Sicherheitsstandards harmonisieren.

Wir tun das nicht allein. Durch einen abgestimmten Sicherheitsrahmen und ein gemeinsames Engagement für risikobasierte Entscheidungsfindung tragen wir dazu bei, ein leistungsfähigeres Energiesystem aufzubauen. Ein solches System verbindet Stromerzeugung, -speicherung, -verteilung und -transport mit der bebauten Umwelt – und das sicher und widerstandsfähig.

Die Zukunft der Energiewende hängt davon ab, wie gut wir zusammenarbeiten, um auf jeder Ebene dieses komplexen Systems und bei jedem Schritt Vertrauen zu schaffen. Sicherheit und Nachhaltigkeit sind keine Gegensätze. Gemeinsam verwandeln sie Ambitionen in echte Verantwortung.

Bei UL Solutions ist genau das die nachhaltige Energiezukunft, der wir uns verpflichtet haben.
 

Entdecken Sie hierwie UL Solutions dazu beiträgt, die Energiewende sicherer und nachhaltiger zu gestalten. Eine englische Infografik zum Thema dieses Beitrags finden Sie hier.