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2025 | Buch

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Innovation und Kooperation auf dem Weg zur All Electric Society

Nachhaltige Entwicklungen durch gesellschaftliche Akzeptanz

herausgegeben von: Sven Leonhardt, Tim Neumann, Daniel Kretz, Tobias Teich, Mirko Bodach

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Inhaltsverzeichnis
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Über dieses Buch

Deutschland beschleunigt den Ausstieg aus fossilen Energieträgern und setzt auf CO₂-neutrale Energie als Leitenergie der Zukunft. In diesem Zusammenhang ist das Ziel die Erschaffung eine „All Electric Society“ (AES), in der die Sektoren Verkehr, Wohnen, Industrie und Gewerbe energetisch verknüpft und optimiert werden. Um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, werden neue Modelle, Methoden und Technologien benötigt. Dazu zählt die beschleunigte Entwicklung innovativer, nutzerzentrierter Technik, unterstützt durch gesellschaftliche Beteiligung. Die Fortsetzung dieses Sammelbandes bietet einen Handlungsrahmen für Praxis und Wissenschaft, indem sie Herausforderungen und Lösungsansätze für den Innovations- und Kooperationsprozess in Bereichen wie Digitalisierung, Mobilität, Gesundheitswesen, Energie und gesellschaftliche Transformation beleuchtet. Ziel ist, kreative Lösungsansätze und branchenübergreifende Kooperationen aufzuzeigen, um den Übergang zur AES erfolgreich zu gestalten.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Zwischenkapitel Forschung und Transfer

Frontmatter
Kapitel 1. Wissensmanagement und Wissensvernetzung zur Sektorkopplung und Integration der Faktoren Elektrizität, Digitalität und Mobilität
Zusammenfassung
Die digitale Transformation hat tiefgreifende Veränderungen in Organisationen ausgelöst. Neue Technologien treiben den organisationalen Wandel voran und erfordern drastische strategische Neuausrichtungen in Bezug auf Geschäftsmodelle und Geschäftsprozesse. Die Vision einer All Electric Society (AES), in der Elektrizität, Mobilität und Digitalität ineinandergreifen, stellt Organisationen vor große Herausforderungen. Die Sektorkopplung erfordert eine enge Verknüpfung der Bereiche Verkehr, Industrie, Gewerbe und Wohnen, um Synergien zu schaffen und die Energiewende voranzutreiben. Gleichzeitig konfrontiert die digitale Transformation Organisationen mit beschleunigten Innovationszyklen, technologischen Evolutionen und Nachhaltigkeitsdruck. Dieser Beitrag erörtert die Erfolgsfaktoren für ein effektives Wissensmanagement und die Wissensvernetzung, um Organisationen dabei zu unterstützen, die Sektorkopplung erfolgreich umzusetzen. Es werden strategische Ansätze zur Bewältigung dieser Herausforderungen vorgestellt, darunter die Entwicklung einer Wissensmanagementstrategie, die Implementierung von Wissensmanagementprozessen und -technologien sowie die Förderung einer Wissenskultur und interdisziplinären Zusammenarbeit.
Martin Trommer, Susanne Franke, Tobias Teich, Ralph Riedel, Matthias Richter
Kapitel 2. Folgen statt Führen? Eine explorative Studie zum Innovations- und Technologietransfer zwischen Start-Ups und mittelgroßen deutschen Energieversorgern
Zusammenfassung
In der deutschen Energiewirtschaft sind mittelgroße Energieversorgungsunternehmen entscheidend bei der Gestaltung der lokalen Energiewende auf dem Weg zur All Electric Society. Der Wechsel von fossilen auf erneuerbare Energieträger und hin zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft umfasst neue Arten der Energieerzeugung, -speicherung und -verteilung in der jeweiligen Region. Ein üblicher Ansatz, um dem damit einhergehenden Innovationsdruck zu begegnen, ist die Zusammenarbeit mit Start-Ups. Hierdurch können Energieversorger ihr Wissen hinsichtlich neuer Technologie erweitern, Vorteile beim Zugang zu diesen erlangen und damit Marktveränderungen gerecht werden. Start-Ups ermöglichen es ihre Produkte auf den Kunden anzupassen, Kunden zu gewinnen sowie einen leichteren Marktzugang zu erhalten. In diesem Kapitel werden die Ergebnisse einer Studie präsentiert, in welcher der Innovations- und Technologietransfer in der deutschen Energiewirtschaft untersucht wurde. Mittels Interviews mit Experten mittelgroßer Versorgungsunternehmen, Start-Ups und intermediärer Akteure wird aufgezeigt, wie diese Transferprozesse in der Energiewirtschaft ablaufen und welche Kooperationsformen warum genutzt werden. Die qualitative Herangehensweise ermöglichte zudem die Identifikation von Kooperationsvoraussetzungen und Kooperationsbarrieren, welche die Innovationsfähigkeit und den Technologietransfer einschränken.
Julien Bucher, Frederike Brauer
Kapitel 3. Der Weg in die All Electric Society – ein Forschungsprogramm
Zusammenfassung
Um den globalen Temperaturanstieg auf maximal 1,5°C zu begrenzen und die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern, ist eine rasche Dekarbonisierung unverzichtbar. Dies erfordert die Förderung und Integration CO2-neutraler, erneuerbarer Energieressourcen und eine umfassende gesellschaftliche Transformation hin zu einer „All Electric Society“ (AES). Diese Umstellung stellt erhebliche Herausforderungen dar, insbesondere hinsichtlich der sozialen Akzeptanz und der Anpassung der Energieinfrastruktur an die hohe Volatilität regenerativer Energien. Ein integratives Framework, das technologische Innovationen und methodische Fortschritte mit sozialen, verkehrs- und arbeitswissenschaftlichen Perspektiven verbindet, ist notwendig, um diesen Übergang zu unterstützen. Der Beitrag beleuchtet die zentralen Forschungsbereiche, die zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur Erhöhung der Netzstabilität beitragen, und diskutiert Modelle zur Förderung der gesellschaftlichen Akzeptanz neuer Technologien. Aktuelle Herausforderungen und mögliche Lösungsansätze werden im Kontext der dynamischen und komplexen Anforderungen der Energiewende betrachtet.
Tim Neumann, Benny Gottschalk, Tom Höppner, Sven Leonhardt, Marco Walther, Tobias Teich, Mirko Bodach, Michael Heinrich, Rick Vosswinkel

Zwischenkapitel Elektrizität

Frontmatter
Kapitel 4. Verbrennungsmotoren zur Rückverstromung von Wasserstoff
Zusammenfassung
Auch in einer All Electric Society besteht die Notwendigkeit, elektrische Energie in chemisch gebundener Form zu speichern – sei es für den mobilen Einsatz in Kraftfahrzeugen aller Art oder um die temporäre Divergenz zwischen Angebot und Nachfrage regenerativ erzeugter elektrischer Energie auszugleichen (Überangebot am Tag oder im Sommerhalbjahr, Unterangebot in der Nacht oder im Winterhalbjahr). In allen Zukunftsszenarien spielt deshalb Wasserstoff als Energiespeicher eine zentrale Rolle. Um daraus wieder elektrische Energie (Rückverstromung), kinetische Energie (Fahrantrieb) oder thermische Energie (Wärme/Heizen) zu gewinnen, sind entsprechende Energiemaschinen, wie z. B. Brennstoffzellen oder Verbrennungsmotoren erforderlich. Der Verbrennungsmotor punktet dahingehend u. a. als marktreife Technologie, die es jedoch für diesen Anwendungsfall weiter zu erforschen und zu optimieren gilt. Bedingt durch die Eigenschaften von Wasserstoff im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen wie Benzin, Diesel oder Erdgas, ergeben sich einerseits neue Herausforderungen, andererseits aber auch erhebliche Potenziale. Dabei greift die Fokussierung allein auf das Kraftstoffsystem des Motors zu kurz. Vielmehr müssen das Arbeitsverfahren und die Motorkonstruktion für die in Bezug auf Wirkungsgrad und Schadstoffemission optimale Umsetzung von Wasserstoff grundlegend neu gedacht und ganzheitlich konzeptioniert werden.
Ulrich Walther, Benny Gottschalk, Mirko Bodach
Kapitel 5. Konzept eines geführten Prozesses zur Unterstützung von Re-X Verfahren für individuelle Industriebatterien
Zusammenfassung
Das Zukunftsmodell der All Electric Society beinhaltet einen Energiebedarf, der fast vollständig durch erneuerbare Energien gedeckt wird. Hierfür ist eine Zwischenspeicherung, etwa in Form von großen Batteriespeichersystemen sowie der verstärkte Einsatz von Batterien in elektrisch betriebenen Fahrzeugen unerlässlich. Im Rahmen des ganzheitlichen Ansatzes der Kreislaufwirtschaft wird es entscheidend sein, Batterien sektorübergreifend zu betrachten. Dies zielt darauf ab, die Integration verschiedener Speichermöglichkeiten in einer Vielzahl von Anwendungen zu ermöglichen. Zusätzlich müssen andere Recycling-Strategien (Re-X) wie Reparatur (Repair), Wiederaufbereitung (Remanufacturing) und die stoffliche Verwertung (Recycling) verstärkt umgesetzt werden, um die Weiter- und Wiederverwendung von Batteriesystemen und deren Komponenten zu gewährleisten (siehe Standardization Roadmap Circular Economy, 2023). Diese Prozesse umfassen im Wesentlichen die Befundung und gegebenenfalls Zerlegung der Systeme, wobei am Ende eine Entscheidung über den zu verfolgenden Re-X-Ansatz steht. Industriebatterien zeichnen sich durch eine große Variabilität hinsichtlich Zellchemie, Topologie, Größe und Gewicht aus. Die Automatisierung des Befundungs- und Demontageprozesses, die für die Wirtschaftlichkeit des Verwertungsprozesses unerlässlich ist, gestaltet sich daher schwierig. Etablierte Ansätze zur Demontage sind entweder manuell oder auf bestimmte Batterietypen beschränkt (siehe Noll, R. et al. 2020). Die erforderliche Flexibilität für Industriebatterien stellt nach wie vor eine große Herausforderung dar. Im Rahmen des ReCycle-Projekts entwickelte die HOPPECKE Systemtechnik GmbH ein Konzept zur geführten Befundung und Zerlegung von Industriebatterien, das Methoden zur späteren Automatisierung des Re-X Prozesses beinhaltet. Dieser Ansatz ermöglicht die kontinuierliche Dokumentation des Prozesses sowie die Anleitung der Servicekräfte bei der Befundung und Zerlegung der Systeme. Neben der Zeitersparnis soll insbesondere die Prozesssicherheit erhöht werden. Hierzu kommen datenbasierte Modelle zum Einsatz, die vorrangig durch synthetische Daten trainiert werden. Dies ermöglicht eine erhebliche Reduktion des zeitlichen Aufwands bei der Erstellung der Trainingsdaten.
Ronny Petersohn, Robin Grunau, Klara Schwibs, Somyeong Park, Sebastian Elfmann
Kapitel 6. Vorentwicklung eines aktiven Cell-Balancing-Systems für Multi-Zell-Lithium-Ionen-Batterien im Bereich Elektromobilität
Zusammenfassung
Die Elektromobilität hat in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte verzeichnet, angetrieben durch die steigende Nachfrage nach alternativen Antriebskonzepten im Automobilsektor aufgrund knapper und teurer werdender fossiler Brennstoffe. Eine der Hauptherausforderungen bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen ist die Batterie, insbesondere die Erhöhung der Reichweite bei gleichzeitiger Minimierung von Platzbedarf und Gewicht. Um die Effizienz der Batteriekapazität zu maximieren, ist ein aktives Zellenausgleichsystem unerlässlich, um sicherzustellen, dass alle Zellen gleichmäßig entladen und aufgeladen werden. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Entwicklung eines effektiven, aktiven Zellenausgleichskonzept für mehrzellige Lithium-Ionen-Batterien. Diese Systeme spielen eine entscheidende Rolle, um die Effizienz, Reichweite und Zuverlässigkeit von Elektrofahrzeugen zu verbessern und somit ihre breitere Akzeptanz und Integration in unsere Gesellschaft zu fördern.
Matthias Jehring, Mirko Bodach, Benny Gottschalk
Kapitel 7. Digitale Umspannwerke – IEC 61850 und Anwendungen im Unternehmen Elektrotechnik Oelsnitz/E. GmbH
Zusammenfassung
Im Zentrum der Digitalisierung in Schaltanlagen steht die Normengruppe IEC 61850, welche Standards für den Datenaustausch, die Kommunikation und Geräteintegration in Umspannwerken umfassend beschreibt. Sie bietet gegenüber herkömmlichen Systemen Vorteile in verschiedenen Bereichen der Schutz-, Steuerungs- und Leittechnik. Jedoch stellt diese Norm nicht nur Anwender, sondern auch Hersteller vor neue Herausforderungen. Angesichts der Energiewende und des damit verstärkten Neu- und Umbaus von Energieanlagen steigen auch die Anfragen im Bereich digitaler Umspannwerke. Unternehmen, die Umspannwerke planen und errichten, stehen im Zusammenhang mit der Normengruppe IEC 61850 häufig vor Änderungen im Planungs- und Bauablauf sowie der Inbetriebnahme, auf die sie sich einstellen müssen.
Georg Uhlmann, Maximilian Gärtner, Sebastian Gabriel, Markus Stiegler

Zwischenkapitel Digitalität

Frontmatter
Kapitel 8. Integration von Blockchain-Infrastrukturen in städtische Energieversorgungsnetze: Herausforderungen und Perspektiven
Zusammenfassung
In städtischen Energieversorgungsnetzen stellt die Volatilität des Energieverbrauchs und -erzeugung eine signifikante Herausforderung dar, verschärft durch das Fehlen von Live-Daten, die eine asymmetrische Belastung innerhalb von Trafostationen verschleiern. Unser Forschungsprojekt „Reallabor der Energiewende – JenErgieReal“ zielt darauf ab, konventionelle Städte in Smart Cities zu transformieren, indem Energie- und Informationsflüsse gekoppelt werden, um die bestehenden Probleme effizient zu adressieren. Die Implementierung von Mikroverträgen eröffnet dabei neue Geschäftsmöglichkeiten im Handel mit Energieanteilen und bietet erhöhte Flexibilität bei der Verwaltung von Energieversorgungsnetzen. Durch die Synthese aus theoretischen Modellen und praktischen Anwendungen tragen wir dazu bei, die Resilienz und Effizienz städtischer Energieinfrastrukturen zu verbessern und dabei innovative kommerzielle und technische Lösungen zu fördern.
Manoël Kraus, Christian Schöffl, Daniel Franke, Maximilian Schlachte, Tobias Teich

Zwischenkapitel Mobilität

Frontmatter
Kapitel 9. ABSOLUT – Automatischer Busshuttle selbstorganisierend zwischen Messe Leipzig und dem BMW-Terminal
Zusammenfassung
Städtische und kommunale Verkehrsbetriebe stehen vor mehreren Herausforderungen bei der Bereitstellung effizienter, CO2-freier Mobilitätsdienstleistungen. Dies gilt insbesondere in suburbanen und ländlichen Verkehrsräumen. Zweifellos ist die Aufgabe, ein selbstfahrendes Shuttle in ein bestehendes ÖPNV-System auf öffentlichen Straßen zu integrieren eine große Herausforderung für moderne automatisierte Fahrsysteme. Als erstes Vorhaben in Deutschland hat sich das ABSOLUT Projekt die Schließung dieser diese Lücke zur Aufgabe gemacht. Das selbstfahrende Shuttle soll zwischen dem Leipziger Messegelände und dem BMW Werk Leipzig auf einer 15 km langen Strecke, mit Geschwindigkeiten von bis zu 70 kmh-1 im realen Verkehr operieren. Das Projekt schließt mit vier Testwochen mit Fahrgästen ab, um die Fähigkeiten des elektrisch betriebenen Fahrzeugs zu zeigen und Einblicke in zukünftige Entwicklungen zugeben. Der Artikel gibt einen Überblick über die verwendete Systemarchitektur und konzentriert sich auf das automatisierte Fahrsystem, das auf dem Robot Operating System (ROS) und dem Automotive Data and Time-Triggered Framework 2 (ADTF2) basiert. Um einen zuverlässigen Betrieb unter verschiedenen Bedingungen zu gewährleisten wird ein redundantes Sensorkonzept mit GNSS, LiDAR, Kamera und Radar vorgestellt. Des Weiteren wird das System zur Lokalisierung und Eigenzustandsschätzung des Shuttles thematisiert. Da die Route eine hohe Variabilität der Fahrumgebung aufweist, wird ein kombiniertes GNSS/INS/LiDAR-Fusionssystem mit einem zusätzlichen Modul zur Fehlererkennung eingesetzt. Um das Shuttle zum autonomen Fahren im öffentlichen Verkehr zuzulassen, wird ein stufenweiser Prozess in enger Zusammenarbeit mit Aufsichtsbehörden definiert.
Georg Beierlein, Christian Schroer, Marcel Graef, Marcus Pelz, Steffen Kutter, Bernard Bäker
Kapitel 10. Datenbasierte Strategien für Mobilitäts- und Verkehrsplanung in kommunalen Bereichen: Intelligente Methoden zur effizienten Nutzung begrenzter Ressourcen
Zusammenfassung
Der Artikel befasst sich mit der Nutzung digitaler Technologien zur Verbesserung städtischer Mobilitätssysteme. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Stadt Zwickau, die in Kooperation mit der Westsächsischen Hochschule innovative Ansätze entwickelt, um die Kluft zwischen technologisch führenden und nachziehenden Städten zu überbrücken. Es wird betont, dass trotz finanzieller und personeller Einschränkungen durch den Einsatz von Open-Source-Technologien und den Aufbau von Partnerschaften, auch kleinere Kommunen fortschrittliche Verkehrslösungen implementieren können. Das Projekt Z-Move 2025 dient als Beispiel, wie datenorientierte Infrastrukturen ohne umfassende Ressourcen Fortschritte in der kommunalen Mobilität ermöglichen können. Dabei werden insbesondere TinyML-Technologien hervorgehoben, die es ermöglichen, Machine Learning lokal und energieeffizient auf Mikrocontroller-basierten Systemen durchzuführen, was Datenschutz und Kosteneffizienz fördert. Die Ergebnisse des Artikels zeigen, dass der Erfolg solcher Entwicklungen stark von der Verfügbarkeit von Ressourcen, Fachwissen und Kooperationen abhängt.
Erik Höhne, Oliver Scharf, Maximilian Schlachte
Kapitel 11. Akzeptanz und innovative Lösungsansätze für autonome Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen
Zusammenfassung
Die Elektrifizierung des Verkehrssektors ist ein entscheidender Schritt zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen und zur Erreichung von Klimazielen. Elektrofahrzeuge spielen dabei eine zunehmend wichtige Rolle, jedoch bleiben Herausforderungen, wie begrenzte Ladeinfrastruktur und ein notwendiger Netzausbau, bestehen. In diesem Kontext wird der Ansatz von „autonomous2grid“ (a2g) als vielversprechend betrachtet, um diese Hindernisse zu überwinden und die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen zu steigern. Der Beitrag behandelt die Herausforderungen und Lösungsansätze im Bereich Elektromobilität für den Weg zu einer All Electric Society. Der Ansatz des Projektes „autonomous2grid“ wird vorgestellt, in welchem batterieelektrische Fahrzeuge als flexible Energiespeicher und zur Netzstabilisierung nutzbar gemacht werden sollen. Die Studie untersucht die potenziellen Auswirkungen des a2g-Systems auf Elektrofahrzeugnutzende, mit Fokus auf Präferenzen, Bedenken und Wünschen. Die Ergebnisse sollen das Systemdesign und die Implementierungsstrategien optimieren, um eine breite Nutzerakzeptanz sicherzustellen. Zudem werden potenzielle Vorteile für verschiedene Akteure entlang der Prozesskette des a2g-Ansatzes beleuchtet.
Monique Greiner, Laura Schladitz, Matthias Jehring, Scott Meinhardt, Tom Höppner, Felix Krabbes, Tabea Becker, Michael Heinrich, Elena Queck, Mirko Bodach, Tobias Teich, Michaela Gläß, Rick Vosswinkel

Zwischenkapitel Wärme

Frontmatter
Kapitel 12. Abwärmenutzung an stationären Lithium-Ionen-Akkuspeichern
Zusammenfassung
Die Energiewende ist unumgänglich, um die Folgen des menschengemachten Klimawandels zu reduzieren. Einen Pfad der Energiewende beschreibt die All Electric Society. Hierbei ist die Energieversorgung von der Zunahme an Stromverbrauchern und dem gleichzeitigen Ausbau der regenerativen Stromerzeugung geprägt, wodurch eine Flexibilisierung des Stromnetzes erforderlich ist. Dabei ist die elektrochemische Speicherung von Strom eine Schlüsseltechnologie. Um der Forderung nach effizient eingesetztem regenerativen Strom nachzukommen und die Sektorenkopplung voranzutreiben, soll die Abwärmenutzung von Akkuspeichern in Betracht gezogen werden. Hierzu wurden wichtige Komponenten zur Abwärmenutzung modelliert, um diese simulativ evaluieren zu können. Betrachtete Komponenten sind der Lithium-Ionen-Akku und der Batterieumrichter als Wärmequellen und der Gebläse-Konvektor als Wärmesenke. Mithilfe der Modelle wurde ein Szenario zur Abwärmenutzung untersucht. Der Leser wird in die Lage versetzt, eine Vielzahl weiterer Szenarios auf ihr Abwärmepotential zu untersuchen und so einen Beitrag zur All Electric Society und damit zur Energiewende leisten zu können.
Christoph Hutter
Kapitel 13. Praxisbeitrag: Bürger- sowie umweltfreundliche Wärmeversorgung im kommunalen Kontext
Zusammenfassung
Der Praxisbeitrag beleuchtet die dringende Notwendigkeit einer tiefgreifenden gesellschaftlichen Transformation angesichts der zunehmenden Herausforderungen des Klimawandels. Durch ein wachsendes Bewusstsein für Nachhaltigkeit und Umweltschutz hat sich ein Paradigmenwechsel in der öffentlichen Wahrnehmung und politischen Agenda vollzogen. Die Transformation der Energieversorgung, insbesondere der Wärmeversorgung, steht dabei im Fokus des Beitrages. Diese gesetzlichen Maßnahmen erfordern jedoch eine Anpassung der städtebaulichen Entwicklungsstrategien und technischen Lösungen. Insbesondere in dicht bebauten Quartieren stellen sich vielfältige Herausforderungen, die eine Anpassung der Bauvorschriften und eine sorgfältige Abwägung erfordern. Gerade kleinere Kommunen stehen vor finanziellen und personellen Herausforderungen bei der energetischen Stadtplanung. Die Entwicklung effektiver Lösungen für eine bezahlbare und effiziente Wärmeversorgung wird somit zu einem zentralen Anliegen. Der Praxisbeitrag zeigt anhand dem Forschungsvorhaben „Nähe – Nahwärmeversorgung bürgernah etablieren“ spezifische Hindernisse bei der energetischen Stadtsanierung auf und präsentiert Lösungsansätze für eine effektive städtebauliche Entwicklung. Dabei nimmt eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Forschung, Verwaltung und Wirtschaft eine entscheidende Rolle für die Überwindung von Hindernissen und die Erschließung des Potenzials der Wärmeleitplanung ein.
Tabea Becker, Kevin Steiner, Tobias Teich, Mirko Bodach, Mario Reichel, Sven Leonhardt, Götz Müller

Zwischenkapitel Quartier

Frontmatter
Kapitel 14. Aktuelle Untersuchungen zum Einfluss des Nutzungsverhaltens auf den Endenergieverbrauch im Mietwohnungsbau
Zusammenfassung
Diese Untersuchung analysiert die Veränderungen im Energieverbrauch für Heizung und Warmwasser in Mehrfamilienhäusern zwischen 2019 und 2022, insbesondere in Bezug auf das Nutzungsverhalten der Mieter. Dabei werden 26 Gebäude einer Thüringer Wohnungsgenossenschaft betrachtet, die typisch für Ostdeutschland sind und im Untersuchungszeitraum nicht baulich verändert wurden. Die Studie untersucht damit den Einfluss äußerer Faktoren wie Gaspreissteigerungen und Informationsangebote des Vermieters auf das Nutzungsverhalten. Das Ziel ist es, Erkenntnisse zu gewinnen, wie nachhaltige Verhaltensänderungen erreicht werden können, um Energieeinsparungen zu bewirken. Im Ergebnis wird festgestellt, dass sich im Durchschnitt aller Gebäude nur geringe Veränderungen ergeben haben. Am Untersuchungsstandort werden bereits effiziente Gebäude und Anlagen sowie ein sparsames Verbrauchsverhalten identifiziert. Das Potential für weitere Reduzierungen des Endenergieverbrauchs ist beschränkt. Um auf dem Weg zur All Electric Society Dekarbonisierungsstrategien und Transformations-pfade für den Mehrfamilienhausbestand zu entwickeln, ist es notwendig den IST-Zustand der Gebäude, der Anlagentechnik sowie des Nutzungsverhaltens zu untersuchen. Verbrauchsdatenanalysen können hierfür ein wirksames Instrument sein und wertvolle Aussagen liefern.
Bettina Lehmann, Matthias Schirmer
Kapitel 15. Machine Learning für die effiziente Wärmeversorgung in Gebäuden
Zusammenfassung
Informations- und Kommunikationstechnologien sowie smarte Interaktion vernetzter Systeme stellen eine Schlüsselrolle für die Energiewende dar. Der Gebäudesektor ist insbesondere im Bereich der Wärmeerzeugung Stand heute ein maßgeblicher Treiber für hohe Kohlendioxidemissionen, welche es systematisch zu reduzieren gilt. Durch Kommunikation und breite Erfassung von Verbrauchsinformationen im Gebäude wird es ermöglicht, auch Bestandsanlagen kosteneffizient zu optimieren, indem die althergebrachte witterungsgeführte Steuerung durch bedarfsorientierte Ansätze ersetzt wird, welche zusätzliche Informationen über den realen Bedarf im Gebäude in die Betrachtung mit einbeziehen. Im Ergebnis wird eine deutliche Reduzierung der Vorlauftemperaturen in den Heizanlagen ermöglicht, sodass der zukünftig breitflächige Einsatz von Wärmepumpen im Interesse einer All Electric Society unterstützt wird. In zahlreichen Pilotprojekten konnten verschiedene Szenarien aufgebaut und die Verfahren erfolgreich erprobt werden. Zu diesem Zweck wurden smarte Heizkostenverteiler als Temperatursensoren, vernetzte Stellantriebe zur Steuerung der Heizkörper sowie ein Wohnungscontroller je Wohnung eingesetzt. Problematisch zeigt sich bereits heute, dass die Komplexität mit jeder hinzugefügten Komponente im Gesamtsystem gleichermaßen wie die Kosten steigen und eine zügige Umsetzung durch erforderliche Installationsarbeiten sowie Betreuungs- und Wartungsaufwand im Betrieb bei stetigen Personalnotstand in allen Gewerken und Fachbereichen problematisch ist. Insbesondere die smarten Stellantriebe sind jedoch essenziell, um den realen Heizbedarf abschätzen zu können. Dieser Beitrag untersucht, inwieweit es möglich ist, aus bereits gewonnenen Messreihen Rückschlüsse über die Heizbedarfe einzelner Wohnungen zu ziehen, wenn außer den ohnehin vorhandenen Heizkostenverteilern keine weiteren Ausstattungsmerkmale hinzugezogen werden und ob es möglich ist, die damit einhergehenden Informationsverluste durch Machine Learning-Ansätze zu kompensieren.
Oliver Müller, Sebastian Junghans, David Hatzel, Daniel Kretz
Kapitel 16. Teilwarmmietmodelle zur Lösung des Vermieter-Mieter-Dilemmas: Eine vergleichende Untersuchung und rechtliche Analyse
Zusammenfassung
Das Vermieter-Mieter-Dilemma gilt als eine der bedeutendsten Barrieren auf dem Weg zu mehr Investitionen in einen energieeffizienten Gebäudebestand. Eine Erhöhung der Energieeffizienz ist aber auch Voraussetzung für eine Elektrifizierung der Wärmeversorgung mithilfe von Wärmepumpen und ganz allgemein für den Weg zu einem klimaneutralen Gebäudebestand. Teilwarmmietmodelle bieten eine Möglichkeit, die durch das Vermieter-Mieter-Dilemma verzerrten Anreizstrukturen zu korrigieren. Der Beitrag stellt eine Systematik vor, mit der verschiedene Modelle sowohl untereinander als auch mit dem Status quo des Kaltmietenmodells verglichen und ihr Verhalten unter verschiedenen Randbedingungen analysiert werden können. Zwei Modelle, das bestehende Ausgleichsmodell und ein neu entwickeltes Aufteilungsmodell, werden im Detail analysiert und einer rechtlichen Bewertung unterzogen. Der Beitrag zeigt, dass Teilwarmmietmodelle bei gleichzeitiger Abschaffung der Modernisierungsumlage zwar allein nicht die notwendigen Investitionen im Gebäudebestand auslösen können, aber zu einer sozial- wie auch marktgerechteren Lösung beitragen.
Simon Moeller, Christine Ruttmann, Martina Deckert, Bernhard Gill

Zwischenkapitel Querschnittsthemen

Frontmatter
Kapitel 17. Der All Electric Society Park – Blaupause für eine gelungene Sektorenkopplung
Zusammenfassung
Die All Electric Society ist mehr als eine Zukunftsvision. Das Konzept stellt einen der wesentlichen Lösungsbausteine zur signifikanten Reduzierung der globalen Treibhausgasemissionen und der damit verbundenen Klimaerwärmung dar. Technische Lösungen von Phoenix Contact bereiten den Weg in diese All Electric Society. Phoenix Contact sieht sich deshalb auch als „Empowerer der All Electric Society“. Der All Electric Society Park in Blomberg zeigt wesentliche Bestandteile zur technischen Umsetzung der All Electric Society. Im Jahr 2023 wurde er auf einem frei zugänglichen Areal des Phoenix Contact Firmengeländes in Blomberg eröffnet. Mit dem Park soll Besucherinnen und Besuchern unabhängig von der technischen Vorbildung gezeigt werden, was heute schon möglich ist, um die Energiewende zu gestalten. Er soll dazu animieren, gemeinsam Lösungen zu erarbeiten. Der vorliegende Fachbeitrag beschreibt den aktuellen Stand der verbauten Technologien zur Kopplung thermischer und elektrischer Energieströme sowie die Interaktion der einzelnen Komponenten. Dadurch wird ein detaillierter Einblick in die technischen Möglichkeiten der im Park realisierten Anwendungen für eine gelungene Sektorenkopplung ermöglicht.
Sarah Pyritz, Bernhard Tillmanns, Holger Krings, Florian Burgdorf
Kapitel 18. Personalentwicklung an (Fach-)Hochschulen zwischen Agilität und Transformation – (Inter-)nationale Ansätze und Best Practices
Zusammenfassung
Hochschulen treten zuweilen als Impulsgeber und regionale wie (inter-)nationale Entwicklungs- und Innovationszentren in Erscheinung. Dabei spielt die Förderung und Qualifizierung des eigenen Personals für die einzelne Organisation, insbesondere unter Berücksichtigung des Fachkräftemangels, eine zentrale Rolle, um sichtbar und wettbewerbsfähig zu bleiben. Es gilt, Mitarbeitende nicht nur auf sich aufmerksam zu machen und für sich zu gewinnen, sondern auch gezielt und adäquat zu fördern und sie bei ihrer individuellen und eigenmotivierten Weiterentwicklung zu unterstützen. Diesbezüglich wird Personalentwicklung als zukunftsweisende Investition diskutiert. Dem Beitrag liegt darüber hinaus ein multidimensionales Begriffsverständnis von (akademischer) Personalentwicklung in seiner engen Verknüpfung zur Organisationsentwicklung zugrunde. Ausgehend von diesen Überlegungen wird ein Organisationsmodell im Kontext von Transformation und Agilisierung dargestellt. Abschließend werden im Rahmen dieses Beitrages ausgewählte Elemente sowie Ansätze und Best Practices einer akademischen Personalentwicklung an Hochschulen als Querschnittsthema der All Electric Society in Bezug zueinander gesetzt und mit Blick auf ihre Übertragbarkeitspotenziale in Wirtschaft und Gesellschaft erörtert.
Cornelia M. Enger, Kevin Fuchs, Anja Westphal
Kapitel 19. Antizipatives Handeln im Spannungsfeld aktueller Rahmenbedingungen zur Gestaltung einer nachhaltigen Energieversorgung
Zusammenfassung
Diese Arbeit untersucht, wie Akteure der Energiewende die Zukunft antizipieren und auf Basis dieser Vorstellungen in der Gegenwart handeln. Anhand von Interviews mit Vertretern aus Politik, Industrie, Wirtschaft und Energieversorgung wird analysiert, welche Zukunftsszenarien die Akteure entwickeln, wie sie sich auf diese Zukünfte beziehen und welche Maßnahmen sie ergreifen, um den antizipierten Herausforderungen zu begegnen. Dabei wird deutlich, dass rechtliche, wirtschaftliche, technische und soziale Barrieren die Handlungsmöglichkeiten der Akteure einschränken und die Umsetzung von Vorsorgemaßnahmen, präventiven Eingriffen und Anpassungsstrategien erschweren oder gar verhindern. Die Arbeit erweitert die Theorie der Antizipation von Ben Anderson um die Dimension der Barrieren und zeigt auf, wie diese die Handlungsstrategien der Akteure prägen. Insgesamt wird deutlich, dass die Bewältigung von Zukunftsherausforderungen wie dem Klimawandel nicht nur eine Frage des Wollens, sondern immer auch eine Frage des Könnens ist.
Johanna Siebeking, Daniel Friedrich
Kapitel 20. Prozessoptimierung im Gesundheitswesen durch den Einsatz eines KI-basierten EKG-Auswertungsmodells
Zusammenfassung
Das E-Rezept ist in Deutschland weiterhin auf dem Vormarsch. Seit dem 1. Januar 2024 ist die Nutzung des E-Rezepts für verschreibungspflichtige Medikamente verpflichtend. Die Folgen sind mehr Komfort für die Patienten und weniger Wege in die Arztpraxis. Auch der Arbeitsalltag in den Apotheken wird dadurch optimiert und verbessert. Das E-Rezept ist nur ein Beispiel für die zunehmende Digitalisierung im Gesundheitswesen. Vor allem in den Bereichen der Krebsdiagnose sowie der Früherkennung von Herzerkrankungen schafft beispielsweise Künstliche Intelligenz (KI) als ein Haupttreiber der Digitalisierung eine bessere Versorgung der Patienten. Digitalisierung kann dabei unter anderem auch als eine Möglichkeit zur Prozessoptimierung verstanden werden. Sie hilft dabei Prozesse in einem Unternehmen (oder in diesem Fall im Gesundheitswesen bzw. im Krankenhaus) so zu verbessern, dass Abläufe optimiert werden, die Qualität gesteigert wird und Fehler reduziert werden. Diese enormen Potenziale der Digitalisierung werden bspw. auch im Rahmen der All Electric Society genutzt, indem sie als ein verbindendes Element der vier großen Sektoren Industrie, Gewerbe, Wohnen und Verkehr im Sinne der Sektorenkopplung angesehen wird. Im Folgenden wird es darum gehen, die Grundlagen eines Prozesses sowie des Prozessmanagements zu erläutern als auch die Digitalisierung als eine Möglichkeit zur Prozessverbesserung zu erklären. Dabei wird stets eine Verbindung zum Gesundheitswesen und zur Gesundheitswirtschaft hergestelltgabl. Im speziellen wird die integrative Entwicklung einer KI-basierten EKG-Auswertung dargelegt, an der deutlich gemacht wird, welche Mehrwerte eine solche Innovation in der Kardiologie bietet und wie Prozesse damit konkret verbessert werden können. Die hier beschriebene Technologie einer KI-basierten EKG-Auswertung im Kindesalter schafft es den Gesundheits- und den Wohnsektor durch digitale Infrastrukturen intelligent zu verknüpfen und somit einen wertvollen Beitrag zu einer All Electric Society zu leisten.
Scott Meinhardt, Tim Neumann, Daniel Franke, Linus Teich, Laura Schladitz, Sven Leonhardt
Kapitel 21. Hemmnis oder Verwirklicher? – Die kommunale Verwaltung als Schlüsselakteur der Transformation zur All Electric Society
Zusammenfassung
Besonders für kommunale Verwaltungen sind vollumfängliche Transformationsprozesse, wie der Wandel zu einer (All) Electric Society, ein langwieriger und arbeitsintensiver Prozess. In diesem Wandlungsszenario stößt die Verwaltung auf eine Vielzahl heterogener Hürden, die für eine gelungene Transformation überwunden werden müssen. Die drei Aspekte, Elektrizität, Mobilität und Digitalität, münden in einer als „AES“ beschreibbaren Gesellschaftsform, in welcher Elektrizität die Leitenergie der Zukunft darstellt. Wie dafür Verständnis geschaffen und auch das nötige Know-How zur Umsetzung dieser Zukunftsgedanken für Kommunen greifbar gemacht werden kann, wird im folgenden Kapitel erläutert.
Sven Leonhardt, Christoph Mewes, Silvia Queck, Pauline Ziegert
Kapitel 22. Innovationsbarrieren in Forschungs- und Transferprojekten: Eine Fallstudie über Reallabore der Energiewende
Zusammenfassung
Der Weg in die All Electric Society (AES) ist steinig und von Widerständen geprägt. Dieses Kapitel legt daher den Fokus auf Innovationsbarrieren in öffentlich geförderten, kollaborativen Forschungs- und Transferprojekten. Die Erkenntnisse basieren auf Daten aus der qualitativen Begleitforschung zu sechs Reallaboren, Leuchtturmprojekten im deutschen Energiesektor. Zur Identifikation der Innovationsbarrieren im Rahmen der Leuchtturmprojekte wurden Beobachtungen, Experteninterviews, Workshopprotokolle und Dokumentenanalysen angefertigt und ausgewertet. Die identifizierten Innovationsbarrieren werden im Artikel systematisiert und Möglichkeiten zum Management und zur Überwindung vorgestellt.
Julien Bucher, Sven Leonhardt, Thomas Hempel, Tobias Teich, Stefan Hüsig
Metadaten
Titel
Innovation und Kooperation auf dem Weg zur All Electric Society
herausgegeben von
Sven Leonhardt
Tim Neumann
Daniel Kretz
Tobias Teich
Mirko Bodach
Copyright-Jahr
2025
Electronic ISBN
978-3-658-46895-8
Print ISBN
978-3-658-46894-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-46895-8

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