102/2020 TEXTE Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – Synthese der Ergebnisse Teilbericht des Vorhabens: "Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen" TEXTE 102/2020 Umweltforschungsplan des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit Forschungskennzahl 3715 48 102 0 FB000231/ZUS Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – Synthese der Ergebnisse Teilbericht des Vorhabens: "Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen" von Martin Hirschnitz-Garbers, Mandy Hinzmann und Susanne Langsdorf Ecologic Institut, Berlin Alfred Olfert, Georg Schiller und Benjamin Brunnow Leibnitz-Institut für ökologische Raumentwicklung, Dresden Katharina Hölscher und Julia M. Wittmayer Dutch Research Institute for Transition, Rotterdam Jörg Walther BTU Cottbus-Senftenberg, Cottbus Im Auftrag des Umweltbundesamtes Impressum Herausgeber: Umweltbundesamt Wörlitzer Platz 1 06844 Dessau-Roßlau Tel: +49 340-2103-0 Fax: +49 340-2103-2285 buergerservice@uba.de Internet: www.umweltbundesamt.de /umweltbundesamt.de /umweltbundesamt Durchführung der Studie: Ecologic Institut Pfalzburger Str. 43-44 10717 Berlin Abschlussdatum: November 2019 Redaktion: Fachgebiet I 1.6 – Kompetenzzentrum Klimafolgen und Anpassung (KomPass) Inke Schauser Publikationen als pdf: http://www.umweltbundesamt.de/publikationen ISSN 1862-4804 Dessau-Roßlau, Juni 2020 Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autorinnen und Autoren. http://www.umweltbundesamt.de/ Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 5 Inhaltsverzeichnis Abbildungs- und Tabellenverzeichnis ............................................................................................................... 5 Abkürzungsverzeichnis ..................................................................................................................................... 5 1 Warum Transformationen hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen analysieren?................. 6 2 Wie wurden Transformationen in TRAFIS analysiert? ............................................................................ 7 3 Kernergebnisse zu Nachhaltigkeitspotentialen und Einflussfaktoren .................................................. 10 3.1 Bewertung von Nachhaltigkeitswirkungen –TRAFIS-Nachhaltigkeitscheck ......................... 10 3.2 Abgeschlossene Fallbeispiele: Einflussfaktoren und Gestaltungsoptionen ......................... 12 3.3 Laufende Fallbeispiele: Einflussfaktoren, Gestaltungsoptionen und Reflektion .................. 14 4 Fazit aus dem TRAFIS-Projekt ............................................................................................................... 16 5 Quellenverzeichnis ................................................................................................................................ 18 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Abbildung 1: Fallbeispielansatz im TRAFIS-Projekt .................................................... 8 Abbildung 2: Aufschlüsselung der Expert*innen-Einschätzungen zu 14 typischen Fallkonstellationen ............................................................................. 11 Tabelle 1: Die neun Fallbeispiele innovativer Infrastrukturkopplungen ............... 8 Tabelle 2: sektorale Zuordnung der Infrastrukturkopplungen in den Fallbeispielen ........................................................................................ 9 Tabelle 3: Zusammenfassung der Expert*innen-Einschätzung zu Nachhaltigkeitspotentialen................................................................. 10 Tabelle 4: Überblick über relevante Einflussfaktoren in den abgeschlossenen Fallbeispielen ...................................................................................... 12 Tabelle 5: Überblick über relevante Einflussfaktoren in den laufenden Fallbeispielen ...................................................................................... 14 Abkürzungsverzeichnis DSM Demand-Side-Management EEG Erneuerbare-Energien-Gesetz i.d.R. in der Regel IKT Informations- und Kommunikationstechnologie PV Photovoltaik Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 6 1 Warum Transformationen hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infra- strukturen analysieren? Infrastrukturen spielen eine zentrale Rolle in der Daseinsvorsorge für menschliche Gesellschaften. Sie stellen unter anderem die Energie- und Wasserversorgung, Mobilitätsangebote und Telekommunika- tion sowie die Abfall- und die Abwasserentsorgung für die Bevölkerung bereit. Um diese Funktionen langfristig kontinuierlich erfüllen zu können, sind großflächige physische Strukturen, flächendeckende Versorgungsnetze sowie zentrale und dezentrale Anlagen notwendig. Dadurch binden Infrastrukturen langfristig Materialbestände, schaffen Energiebedarfe und Pfadabhängigkeiten, beispielsweise indem einmal etablierte Systeme aufgrund der investierten Kosten und Amortisationszeiten eher am Laufen gehalten als durch neue Systeme ersetzt werden. Gleichzeitig bieten Innovationen im Infrastrukturbe- reich Hebelwirkungen für zukünftige, nachhaltige Infrastrukturpfade, wenn z.B. räumlich angepasste Innovationen in anderen Kontexten getestet und angewendet werden können (Clausen et al. 2017, Trapp et al. 2017, WBGU 2016). Die Sicherung der Versorgung bei Steigerung der Effizienz ist seit jeher ein zentrales Interesse in der Entwicklung, im Betrieb und in der Nutzung von Infrastrukturen. Zunehmend treten auch Erwartun- gen an eine höhere Nachhaltigkeit, einschließlich ökologischer Verträglichkeit und sozialer Gerechtig- keit bei der Erbringung von Infrastrukturdienstleistungen auch angesichts großer gesellschaftlicher Änderungen wie demographischer Wandel oder Klimawandel hinzu. Infrastruktursysteme zur Da- seinsvorsorge stehen derzeit unter einem hohen Veränderungsdruck, um einen Beitrag zu den sich verändernden gesellschaftlichen Zielstellungen zu leisten: Erwartungen und Herausforderungen in Bezug auf Klimaanpassung und Klimaschutz (Stichwörter Energiewende einschließlich Atom- und Kohleausstieg, Mobilitätswende, Dekarbonisierung), Kreislaufwirtschaft sowie die Megatrends Urbani- sierung und Digitalisierung geben neue Zielstellungen vor, denen auch die Entwicklung der Infrastruk- turen unterliegt. Infrastruktursysteme sind damit das Ergebnis gesellschaftlicher und technologischer Entwicklungen. Sie umfassen mehr als nur die physischen Komponenten und Funktionen: Infrastrukturen sind ge- kennzeichnet durch und wirken auf das gesellschaftliche Verständnis, wie bestimmte Dienstleistungen erbracht werden (sollten). Auch beeinflussen sie kollektive Verhaltensmuster und werden zugleich in ihrer Entwicklung von diesen beeinflusst. Infrastruktursysteme werden daher als sozio-technische Systeme verstanden (Bolton und Foxon 2015, Libbe et al. 2010). Entsprechend sind Veränderungen an Infrastruktursystemen komplexe sozio-technische Prozesse. Hieraus sowie aus der zentralen Versor- gungsfunktion für Gesellschaft und Wirtschaft resultieren unmittelbar Anforderungen an die Funkti- onsfähigkeit, Resilienz und Wirtschaftlichkeit von Infrastrukturen. Lange Planungs- und Nutzungszei- ten machen es zudem notwendig, langfristige Wandelprozesse bei der Planung zu berücksichtigen. Eine Hoffnung, diesen Herausforderungen erfolgreich begegnen zu können, liegt in der Transforma- tion hin zu neuartigen und nachhaltigeren Systemen durch Kopplung bisher unabhängig voneinander betriebenen Infrastrukturen. Infrastrukturkopplungen können Teil einer Nachhaltigkeitstransforma- tion sein, wenn sie helfen, die gesellschaftlichen Ziele und Normen auf einem höheren Nachhaltigkeits- niveau zu ermöglichen – wobei mögliche Rebound-Effekte, z.B. durch gesteigerten Energieverbrauch oder zusätzliche Mobilität, mitgedacht werden müssen. Weiterhin können durch Infrastrukturkopp- lungen auch Fragen sozialer Gerechtigkeit von Infrastrukturdienstleistungen im Blick behalten sowie attraktivere oder gänzlich neuartige Dienstleistungen entwickelt werden (Olfert et al. 2020). Dabei sind unterschiedliche Arten der Kopplungen denkbar, beispielsweise Kopplungen von Stoff-, Material- und Energieströmen (z.B. die Nutzung von Wärme aus Abwasser), aber auch Kopplungen von Informa- tionsströmen (z.B. IKT und Energiewirtschaft zur Verbesserung von Lastausgleich/Speicherungssyste- men). Gleichermaßen geht es um sektorenübergreifende Kopplungen (z.B. zwischen Energie und Was- ser) und auch um Kopplungen zwischen Teilsektoren (z.B. Power-to-Gas). Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 7 Kopplungen gehen über Grenzen hinweg – sie verbinden private und öffentliche Strukturen genauso wie zentrale mit dezentralen Elementen (z.B. dezentrale Stromspeicherung in E-Mobilen in Kombina- tion mit dem Umbau der Energieversorgungsstrukturen hin zu regenerativen Systemen; siehe Höl- scher und Wittmayer 2018). Damit erfordern die Entwicklung und der Betrieb von Infrastrukturkopp- lungen auch grundlegendere Änderungen in der Art und Weise, wie Infrastrukturdienstleistungen er- bracht und genutzt werden, die deutlich über Detailanpassungen an bestehenden Systemen hinausge- hen – sie erfordern unter anderem neue organisatorische Schnittstellen, neues Wissen über Kopp- lungsmöglichkeiten und die Einbindung verschiedener gesellschaftlicher Akteure. Diese Änderungsanforderungen machen deutlich, dass Infrastrukturen als Teil eines sozio-technischen Systems verstanden werden müssen. Bestehende Infrastrukturen sind Teil eines bestehenden Re- gimes, welches für das in einem gesellschaftlichen Teilbereich vorherrschende bzw. dominante Modell der Problemlösung steht (Grießhammer und Brohmann 2015, Loorbach et al. 2010, Moss 2014). Das Regime umfasst neben den Infrastrukturen an sich u.a. das Geflecht von Regulierung, Marktstrukturen, Wertvorstellungen, Akteuren und ihre Handlungen, welches sich durch vielfältige Querverbindungen und Wechselbeziehungen in einer bestimmten Entwicklungsrichtung befindet und ggf. stabilisiert. Veränderungen in Infrastruktursystemen, die sich z.B. aus aktuellen Entwicklungen und anstehenden Planungsaufgaben ergeben, werden von Regimeakteuren nicht selten als Störung wahrgenommen, die zu Widersprüchen und Ablehnung führen können. Für eine Transformation bzw. tiefgreifende System- veränderung notwendige Innovationen entstehen daher selten aus dem Regime heraus, sondern meist auf lokaler Ebene in Nischen und angepasst an die spezifischen Erfordernisse und Kontexte (Frant- zeskaki und Loorbach 2010, Loorbach et al. 2015). In solchen Nischen entstehen die Keime für eine Transformation hin zu innovativen Kopplungen, welche die Entwicklung einer nachhaltigeren Gesell- schaft wesentlich unterstützen – denn sie können gesellschaftlichen Wandel hin zu nachhaltigeren Konsummustern und suffizienten Lebensstilen unterstützen oder überhaupt erst ermöglichen. Vor diesem Hintergrund untersuchte das Projekt TRAFIS „Transformation hin zu nachhaltigen, gekop- pelten Infrastrukturen“ aktuelle Entwicklungen im Infrastrukturbereich, die damit einhergehenden Transformationsprozesse einschließlich möglicher unterstützender und hindernder Einflussfaktoren sowie potentielle Nachhaltigkeitswirkungen dieser neuartig gekoppelten Infrastrukturlösungen. Im Fokus standen innovative, d. h. nicht etablierte, Kopplungen (verstanden als Nischeninnovationen) in den Sektoren Verkehr, Energie, Wasser, Abwasser, Abfallwirtschaft sowie Informations- und Kommu- nikationstechnologien (IKT). Ziele des Vorhabens sind: ► Bewerten von Wirkungen von Infrastrukturkopplungen in Hinblick auf Nachhaltigkeit, insbeson- dere Ressourceneffizienz und Klimaresilienz. ► Systematisches Herausarbeiten von Einflussfaktoren für das Gelingen lokaler Transformationen hin zu gekoppelten nachhaltigen Infrastrukturen. ► Erproben der Möglichkeiten der unterstützenden Prozessbegleitung, Reflektieren von Ansatz- punkten und Handlungsmöglichkeiten zur politischen Unterstützung von Transformationsprozes- sen. 2 Wie wurden Transformationen in TRAFIS analysiert? Das TRAFIS-Projekt nutzte unterschiedliche qualitative Fallbeispielanalysen, um die Vielfalt bereits umgesetzter und möglicher innovativer Infrastrukturkopplungen zu untersuchen (Abbildung 1). Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 8 Abbildung 1: Fallbeispielansatz im TRAFIS-Projekt Quelle: Olfert et al. (2020), S. 29; verändert In einer ersten Fallbeispielanalyse wurden mögliche Nachhaltigkeitswirkungen von Infrastruktur- kopplungen bewertet. Dazu wurden mittels Literaturauswertung zunächst typische Fallkonstellatio- nen gekoppelter Infrastrukturen auf lokaler Ebene konstruiert, die eine Kopplung von Teil-Systemen repräsentieren, ohne sich auf einen konkreten Umsetzungsfall zu beziehen, d.h. ohne Standort-, Umset- zungs- oder Betriebsspezifika zu betrachten. Die betrachteten innovativen Infrastrukturkopplungen repräsentieren Kopplungsoptionen, die in der Praxis bisher kaum erprobt sind. Über das Potential solcher und Infrastrukturkopplungen generell, zu einer Transformation hin zu mehr Nachhaltigkeit beizutragen, ist daher grundsätzlich wenig bekannt. Um Potenziale und mögliche Einschränkungen innovativer Infrastrukturkopplungen im Hinblick auf technische, wirtschaftliche, soziale und umweltbezogene Wirkungen einschätzen zu können, wurde mittels einer Delphi-Umfrage über 100 Expert*innen aus Praxis und Forschung (Kommunen, Stadt- werke, Verbände und wissenschaftliche Institutionen) befragt (TRAFIS-Nachhaltigkeitscheck). Die Er- gebnisse sind in einem eigenen Band publiziert (Olfert et al. 2020). Mit der zweiten Fallbeispielanalyse wurden neun Beispiele abgeschlossener Infrastrukturkopplungen (verstanden als Nischeninnovationen) auf lokaler, regionaler und nationaler Ebene in Deutschland da- raufhin untersucht, welche Faktoren, Rahmenbedingungen und Akteure förderlich oder hinder- lich Einfluss auf die Infrastrukturkopplungen bzw. eine Nachhaltigkeitstransformation genommen haben. Tabelle 1 gibt eine Übersicht über die ausgewählten Fälle (Hölscher und Wittmayer 2018). Tabelle 1: Die neun Fallbeispiele innovativer Infrastrukturkopplungen Fallbezeichnung und Clusterzuordnung 1 Abwasserwärmenutzung in Waiblingen – alternative Energieerzeugung und Verteilung durch Fern- wärmenetz 2 Abwasserwärmenutzung in Köln – alternative Energieerzeugung an drei Schulen 3 Serverabwärmenutzung in Hamm – Alternative Energieerzeugung in einer Wohnsiedlung 4 Wohnen & Elektromobilität im Rosensteinviertel Stuttgart – Alternative Energieerzeugung (PV, Wind), Energiespeicherung (Elektromobilität) Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 9 Fallbezeichnung und Clusterzuordnung 5 Solardorf Müllerstraße in Norderstedt – Alternative Energieerzeugung (PV), Energiespeicherung (Elektromobilität), intelligente Netze 6 Multi-Energie-Tankstelle H2BER – Alternative Energieerzeugung (Wasserstoff, Energie) für Mobilität, Energiespeicherung 7 Hybridkraftwerk Prenzlau – Alternative Energieerzeugung (Wasserstoff, Windgas), Energiespeiche- rung 8 VPS Allgäu – Energiespeicherung und intelligente Netze 9 Drivy – privates Car Sharing via App – IKT für privates Car Sharing via Internetplattform Mittels Literaturanalyse und Expert*innen-Interviews wurde die Entwicklung der gekoppelten Infra- struktur von der Idee bis zum heutigen Stand nachgezeichnet. Anhand dieser Analysen wurden sowohl einzelfallspezifisch als auch über einen Quervergleich der neun Fallbeispiele fallübergreifende potenti- elle Handlungsoptionen und Gestaltungsmöglichkeiten für unterschiedliche Akteure identifiziert. Die Ergebnisse der Analyse von Transformationsprozessen in abgeschlossenen Fallbeispielen sind in ei- nem eigenen Band publiziert (Hölscher et al. 2020). Die dritte Fallbeispielanalyse bestand in einer Analyse und Prozessbegleitung von vier laufenden Fallbeispielen zur Vertiefung der Erkenntnisse aus der Analyse der abgeschlossenen Fallbeispiele. Die Fallbeispiele umfassen intra- und intersektorale Infrastrukturkopplungen1 (siehe Tabelle 2) auf kom- munaler und regionaler Ebene. Tabelle 2: sektorale Zuordnung der Infrastrukturkopplungen in den Fallbeispielen Fallbeispiel Kopplungsart 1 Demand-Side-Management in der Klär- anlage (Gemeinde Rödental) Intersektoral: Stromversorgung mit Sekundärprozessen der Abwasserreinigung, Nutzung dezentraler Stromver- brauchs- und angebotspotentialen zur Stromnetzstabili- sierung über ein virtuelles Kraftwerk 2 IKT (App)-gestützte Vernetzung der Mobilitätsangebote der Stadtwerke Augsburg (Stadt Augsburg) Intrasektoral (Bündelung von Mobilitätsangeboten) und intersektoral: Mobilitäts- und (Strom-)Versorgungsdienst- leistungen über IKT 3 Dezentrale Power-to-Gas-/KWK-Anlage mit Gasspeicher für Wärme- und Stromversorgung sowie für Klimaschutz im Altbau (Stadt Augsburg) Intrasektoral (Energieversorgung): Nutzung von erneuer- baren Energien (Strom) zur Methan-Erzeugung für die Verwendung in einer KWK-Anlage zur Versorgung von Mieter*innen mit Wärme und Strom 4 Steinfurter Flexkraftwerke - Integration von Wasserstoff in regionale Energie- und Verkehrswende (Kreis Steinfurt) Intrasektoral (Energieversorgung) und intersektoral (Wärme- und Mobilitätsversorgung): Nutzung von erneu- erbaren Energien zur Wasserstoff-Erzeugung, Speicherung und Verwertung für Wärme, Strom, Fahrzeugantrieb Damit untersuchte TRAFIS relevante Faktoren, Rahmenbedingungen und Akteure auf Ebene lau- fender Infrastrukturkopplungsbeispiele und inwieweit sich Erkenntnisse aus der Analyse abgeschlos- sener Fallbeispiele hier wiederfinden. Zugleich wurde hierbei der TRAFIS-Nachhaltigkeitscheck einem Praxistest unterzogen. 1 Für eine vertiefte Darstellung und Klassifizierung von intra- und intersektoralen Infrastrukturkopplungen siehe Olfert et al. 2020. Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 10 Darüber hinaus dienten die Aktivitäten in der Analyse der laufenden Fallbeispiele auch dazu, die Fall- beispiele in ihren Transformationsprozessen zu begleiten und zu unterstützen. Dazu wurden mit- tels transformativer Aktionsforschung vor Ort konkrete Unterstützungsleistungen durch TRAFIS kon- zipiert und seitens der Praxisakteure mögliche Bedarfe an bundespolitischer Rahmengebungen ermit- telt, die Gestaltungsoptionen für die Weiterentwicklung der Kopplungen aufzeigen. Zusätzlich reflek- tierten die Wissenschaftler*innen die Eignung der transformativen Forschung und der angewendeten Methoden für die Analyse und Begleitung von Infrastrukturkopplungen. Die Ergebnisse der Analyse von laufenden Fallbeispielen sind in einem eigenen Band publiziert (Hirschnitz-Garbers et al. 2020). 3 Kernergebnisse zu Nachhaltigkeitspotentialen und Einflussfaktoren 3.1 Bewertung von Nachhaltigkeitswirkungen –TRAFIS-Nachhaltigkeitscheck Potentielle Nachhaltigkeitswirkungen gekoppelter Infrastrukturen wurden bewertet im Hinblick auf: (a) Funktionalität, (b) soziale und ökonomische Verträglichkeit, (c) Ressourcenschonung und Ressour- ceneffizienz sowie (d) Versorgungssicherheit im Kontext externer (vor allem wetterbedingter) Störun- gen. Über 14 typische Fallkonstellationen hinweg lassen sich folgende Einschätzungen zusammenfas- sen (Tabelle 3; siehe Abbildung 2 auf S. 11 für eine Aufschlüsselung zu den 14 Fallkonstellationen): Tabelle 3: Zusammenfassung der Expert*innen-Einschätzung zu Nachhaltigkeitspotentialen Nachhaltigkeitsaspekt Zusammenfassung von Expert*innen-Einschätzung zu Potentialen Funktionalität gekoppelter Infrastrukturen Infrastrukturkopplungen verfügen über das Potential, die erwartete Leistung zu erbringen. Infrastrukturkopplungen stellen durch die Hebung bisher ungenutzter Synergien teilweise höhere Leistungspotentiale bereit als nicht gekop- pelte Systeme. Infrastrukturkopplungen führen i.d.R. zu deutlich höherer technischer und organisatorischer Komplexität. soziale und ökonomische Verträglichkeit Potentiale im Bereich Leistungsfähigkeit und Versorgungssicherheit werden i.d.R. ohne Einbußen in der wahrgenommenen Qualität der Dienstleistung erzielt. Betrieb von Infrastrukturkopplungen kann für Anbieter*innen und Nutzer*innen ökonomisch tragfähig sein. Inanspruchnahme der Infrastrukturdienstleistung kann teilweise spür- bare Nutzer*innen-seitige Investitionen erfordern, z.B. wenn Gebäu- detechnik angepasst werden muss, um die Vorteile einer neuen Infra- strukturlösung nutzen zu können. Ressourcenschonung und Ressourceneffizienz Neutrale bis deutlich positive Wirkungen werden bei Primärenergie- bedarf, Endenergiebedarf und Treibhausgasemissionen erwartet. Leicht negative Wirkungen werden in Bezug auf Bodenbelastungen, Bedarf an Rohstoffen allgemein und kritischen Rohstoffen erwartet. Flächenbedarf steigt teils sehr deutlich. Versorgungssicherheit im Kontext externer (v. a. wet- terbedingter) Störungen Durch neue Kopplungen von Infrastruktursystemen können neue Ab- hängigkeiten (Dependenzen) entstehen. Infrastrukturkopplungen können durch Verbesserung von Redundanz, Modularität und Puffervermögen der Systeme die lokale/regionale Versorgungssicherheit stärken. Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 11 Abbildung 2: Aufschlüsselung der Expert*innen-Einschätzungen zu 14 typischen Fallkonstellationen Quelle: Olfert et al. (2020), S. 93; Bewertung auf der y-Achse: 2 = deutlich positive Bewertung; 1 = geringfügig positive Bewertung; 0 = keine Veränderung; -1 = geringfügig negative Bewertung; -2 = deutlich negative Bewertung. Die Kriterien Leistungsfähigkeit (1, 2), technische Komplexität (3, 4), organisatorische Komplexität (5, 6), Störungsanfäl- ligkeit (23, 24) und Dependenz (25, 26) auf der x-Achse betrachten die Wirkungen aus den Perspektiven der jeweils gekoppelten Teilsysteme A und B. Die übrigen Kriterien thematisieren die Wirkungen des gekoppelten "Gesamtsystems" bzw. thematisieren die Perspektiven der Betreiber*innen und Nutzer*innen. Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 12 3.2 Abgeschlossene Fallbeispiele: Einflussfaktoren und Gestaltungsoptionen In der Auswertung der neun abgeschlossenen Fallbeispiele wurden verschiedene relevante Einfluss- faktoren ermittelt. Tabelle 4: Überblick über relevante Einflussfaktoren in den abgeschlossenen Fallbeispielen Bezug der Einfluss- faktoren Relevante Einflussfaktoren technisch Lokale technische und physische Begebenheiten und Potentiale können die Anbindung und Umsetzung erleichtern, aber auch bestimmte Umsetzungs- möglichkeiten ausschließen oder zu verminderter Leistungsfähigkeit führen. Verfügbarkeit von tragfähigen und passenden technischen Optionen beein- flusst die Anwendbarkeit. Ist die Technik für eine bestimmte Kopplungsidee noch nicht ausgereift, kann das Umsetzungsmöglichkeiten ausschließen. Der Lebenszyklus der Infrastrukturkopplung kann über den Zeitverlauf z.B. neue technische Anforderungen und Möglichkeiten sowie durch technische Veraltung entstehenden Modernisierungsbedarf mit sich bringen. institutionell und organisatorisch Verordnungen und Normen (z.B. der rechtliche Rahmen für die Inbetrieb- nahme und die Bereitstellung der Dienstleistung) können vor allem dann hin- dernd wirken, wenn die Innovation nicht reibungslos in diesen hineinpasst. Netzwerk- und Kooperationsstrukturen (z.B. organisatorische Kontakte und Schnittstellen) ermöglichen den Austausch von Wissen und Ressourcen sowie Interessenvermittlung. gesellschaftlich Nutzerseitige Motivation und Finanzierbarkeit stellen die Nachfrage und Nut- zung sicher, fehlendes Wissen und bestehende Nutzungspraktiken sowie er- höhte Nutzungskosten können die Nutzung jedoch auch einschränken. Hohe Bedienkomplexität und Kenntnisanforderungen können Nutzer*innen- seitige Akzeptanz verringern und zu Bedienfehlern führen. Politischer Pioniergeist und politische Anbindung können Innovationsimpulse geben und politische Sichtbarkeit für die Nutzung und Instandhaltung einer Infrastrukturkopplung fördern – gleichermaßen sind sie Ausdruck gesell- schaftlicher Akzeptanz und Nachfrage. wirtschaftlich Förderprogramme (z.B. Investitions- und Forschungsförderprogramme durch EU-, Bundes- und Landesebenen) tragen durch Subventionen und Darlehen zur Finanzierung spezifischer Innovationsvorhaben bei, unterstützen Moder- nisierungsmaßnahmen und Ausweitungen sowie Wissenstransfer. Anreizstrukturen des Marktes unterstützen bestimmte Formen von Angebot und Nachfrage und können attraktive Innovationsanreize setzen. Derzeitige marktwirtschaftliche Strukturen bevorzugen jedoch kurzfristige Kosten-Nut- zen-Rechnungen und behindern somit erhöhten Innovationsaufwand mit langfristigeren Amortisierungszeiten. Gesetzliche Rahmenbedingungen können (Fehl-)Anreize für die Investition und die Vermarktung von Innovationen setzen – bestehende Rahmen sind je- doch oftmals hindernd. Die meisten Einflussfaktoren können, je nach Kontext in dem sie wirken, sowohl unterstützende als auch hemmende Wirkungen entfalten. So können Regulierungen und Anreize für den Ausbau erneuer- barer Energien sowie Speicherkapazitäten und intelligentere Vernetzung für Versorgungssicherheit Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 13 die Gewinnchancen verbessern und Innovationen vor dem Hintergrund der angestrebten Energie- wende fördern. Derzeit gibt es jedoch auch gegenläufige Tendenzen; so fällt für Wasserstoffproduktion die EEG-Umlage an und die Renditen für Eigenkapital wurden in kommunalen Stromnetzen reduziert, wodurch sich deren Gewinnchancen verringern. Außerdem wirken Einflussfaktoren unterschiedlich zu verschiedenen Momenten in den Transformationsprozessen. Beispielsweise können Förderpro- gramme Entwicklungspfade in Momenten unterstützen, in denen Finanzierungsaufwand besteht – wie bei der Installation und Inbetriebnahme, der technischen Anpassungen, Ausweitung und Übertragung sowie dem Wissenstransfer, während Nutzer*innen-seitige Nachfrage über den gesamten Entwick- lungspfad hinweg langfristig sein muss. Eine Vielzahl von Akteuren kann Entwicklungspfade durch unterschiedliche Handlungen vorantreiben oder behindern und damit auch die Richtung und Dynamik der Entwicklung beeinflussen. Marktwirt- schaftliche Akteure, welche in den meisten Fallbeispielen maßgeblich beteiligt waren, haben ein Inte- resse an der Erprobung neuer und nachhaltiger Technologien und an der Erschließung neuer Markt- potentiale. Lokale Stadtverwaltungen und kommunale Betriebe zur Stromversorgung hatten (kommu- nalpolitisches) Interesse, nachhaltige Stadtentwicklung zu unterstützen und Pilotprojekte in diesem Zusammenhang zu entwickeln. Im Laufe der Entwicklungspfade wurden verschiedene Arten von Netz- werken und Plattformen gebildet bzw. genutzt, um Planungsarbeiten zu unterstützen, eine Finanzie- rungsbasis zu schaffen und Wissen auszutauschen. Netzwerke umfassen lokale öffentliche Netzwerke (innerhalb einer Stadtverwaltung), öffentlich-private Partnerschaften, Interessengemeinschaften und Forschungspartnerschaften. Viele der Netzwerke und Partnerschaften haben zu langfristigen Koopera- tionen geführt, um beispielsweise an weiteren Innovationen zu arbeiten. Es ergeben sich vier Handlungsbereiche mit verschiedenen Handlungs- und Gestaltungsmöglichkeiten, um zu verschiedenen Zeitpunkten unterstützend in Entwicklungspfade einzugreifen: 1. Innovationsräume öffnen und gestalten: Ziel – Entwicklung, Installation und Inbetriebnahme von Infrastrukturkopplungen technisch, finan- ziell und institutionell ermöglichen. Ansätze – z.B. Ideenimpulse für Innovationen schaffen, Machbarkeitsstudien durchführen, Finan- zierung sicherstellen. 2. Langfristigen Betrieb gewährleisten: Ziel – Betrieb innovativer Infrastrukturkopplung organisatorisch und institutionell gewährleisten sowie gesellschaftliche Akzeptanz und Bereitschaft für die Nutzung der Infrastrukturkopplung er- zeugen. Ansätze – z.B. organisatorische Strukturen für den langfristigen Betrieb schaffen sowie Sichtbar- keit und Attraktivität stärken. 3. Langfristige und integrative Rahmensetzung für Synergieeffekte nutzen und gestalten: Ziel –Infrastrukturkopplung im gesellschaftspolitischen Kontext einer Nachhaltigkeitstransforma- tion positionieren. Ansätze – Beitrag zu Nachhaltigkeitsveränderungen, Synergien und Zielkonflikte offenlegen und die Infrastrukturkopplung kritisch reflektieren; Veränderungsprozesse, Investitionen und Gesetz- gebung langfristig und integrativ gestalten. 4. Kooperationen und Interessenvermittlung fördern: Ziel – Kooperation und Koordination zwischen allen an Planung, Installation, Finanzierung, Betrieb und Nutzung einer Infrastrukturkopplung beteiligten Akteuren ermöglichen und stärken. Ansätze – Wissen durch Netzwerke und Kooperationsstrukturen austauschen und in den breiteren gesellschaftlichen Diskurs einbringen; Ressourcen zusammenlegen und zwischen unterschiedli- chen Interessen vermitteln. Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 14 3.3 Laufende Fallbeispiele: Einflussfaktoren, Gestaltungsoptionen und Reflektion In der Auswertung der vier laufenden Fallbeispiele wurden zu den abgeschlossenen Fallbeispielen sehr ähnliche relevante Einflussfaktoren ermittelt. Tabelle 5: Überblick über relevante Einflussfaktoren in den laufenden Fallbeispielen Bezug der Einfluss- faktoren Relevante Einflussfaktoren technisch Infrastrukturkopplungen erhöhen die technische Komplexität aufgrund tech- nisch-physischen Strukturen und erfordern z.T. für die Kopplung weitere Inf- rastruktur(komponent)en Das bestehende bzw. geplante technische Set-Up der Kopplung bietet Nach- haltigkeitspotentiale (z.B. Beitrag zur lokalen Energiewende), trägt zu Versor- gungssicherheit bei (z.B. über redundante, dezentrale Komponenten) und er- möglicht Weiternutzung bestehender Strukturen ohne (größere) Zusatzauf- wände. institutionell und organisatorisch Zusammenarbeit sowie geschultes, Innovations- und Nachhaltigkeits-orien- tiertes Personal sowie Unterstützung und Innovationsbereitschaft in der Hie- rarchie sind förderlich für Infrastrukturkopplungen. Langjähriges Erfahrungswissen und eigenständige Organisationsbereiche un- terstützen Infrastrukturkopplungen. gesellschaftlich Akzeptanz und Relevanz der Infrastrukturkopplung bzw. von Bestandteilen der Kopplung in Politik, Wirtschaft und der lokalen Bevölkerung stellen eine wichtige Voraussetzung für ein Gelingen von Kopplungen dar. wirtschaftlich Infrastrukturkopplungen können auf Seiten der Betreiber*innen oder der Nutzer*innen Kosten reduzieren oder zusätzliche Erlöse generieren. Hohe Investitionskosten und unzureichende Erlösmöglichkeiten erschweren eine (schnellere) Amortisation der Investitionskosten. Bestehende politische oder rechtliche Vorgaben hemmen die Kopplungen in verschiedenen Fallbeispielen. So resultieren unzureichende Erlösmöglichkei- ten in mehreren Fallbeispielen aus fehlender Honorierung der Energiespei- cherung durch das EEG. Relevante Unterschiede bestehen vor allem darin, dass manche Einflussfaktoren aus den abgeschlos- senen Fallbeispielen – wie beispielsweise Modernisierungsbedarfe oder auch Genehmigungs- und Zu- lassungsfragen – in den vier laufenden Fallbeispielen aufgrund der dortigen Kopplungsphase (Konzep- tion und Planung in drei, Pilotanlage in einem der vier Fallbeispiele) noch nicht wirksam sind. Des Weiteren wurden in der Prozessbegleitung der laufenden Fallbeispiele auch mögliche weitere Ge- staltungsoptionen und politische Unterstützungsbedarfe aus Sicht der Fallbeispielakteure ermittelt. Weitere Gestaltungsoptionen umfassen eine Weiterentwicklung der Infrastrukturkopplungen durch ► (neue) Geschäftsmodelle: Hierunter fallen (i) Ausrichtung auf Contracting-Lösungen im Fallbeispiel dezentrale Power-to- Gas-Anlage (Augsburg); (ii) attraktive, intermodal zugängliche und Benutzer*innen-freundlich konzipierte Mobilitätsangebote im Fallbeispiel Mobilitätsapp (Augsburg) oder (iii) Erprobung von Power-to-Gas-Geschäftsmodellen für Windenergie im Fallbeispiel Steinfurter Flexkraftwerke; ► Kapazitätsaufbau: Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 15 Das umfasst (i) spezifisch auf die Infrastrukturkopplung ausgerichtete Qualifikation der Mitarbei- tenden im Bereich Mechatronik für Energieanlagen im Fallbeispiel dezentrale Power-to-Gas-An- lage (Augsburg) oder (ii) organisatorische und vertragliche Abstimmung der Abnahme von in der Kläranlage erzeugter Energie im Fallbeispiel Demand-Side-Management (Rödental); ► Verstetigung und Weiterdenken: Dieser Aspekt ist in allen Fallbeispielen relevant im Sinne (i) etablierter Netzwerke und Kontakte; (ii) guter, motivierter Mitarbeiter*innen; (iii) Erweiterung von Akteurskreisen; und (iv) Ausdeh- nung der Kopplung auf weitere Kommunen bzw. über Grenzen hinaus. Politische Unterstützungsbedarfe bestehen in den vier Fallbeispielen im Wunsch danach: ► Regulatorische Experimentierräume (rechtliche Reallabore) zu nutzen, um Anpassungen an recht- lichen Vorgaben in einem gewissen Maßstab ausprobieren zu können, die als förderlich für die Umsetzung der regionalen Energie- und Mobilitätswende angesehen werden. Hier sollten kommu- nalwirtschaftliche Tätigkeiten im Bereich Netzübernahme und Netzbetrieb sowie in der Mobili- tätsberatung testweise zugelassen werden; ► Bestehende rechtliche Vorgaben so zu ändern, dass sie förderlich für die Umsetzung der regiona- len Energiewende sind, insbesondere EEG-Vergütung für Energiespeicherung; ► Finanzielle Unterstützung für Pilotprojekte bereitzustellen und flexibler zu gestalten, beispielsweis über Investitionsanschub- und Projektförderungen für Investitions- und Betriebskosten; ► Nachhaltige öffentliche Beschaffung zu stärken, um die Inanspruchnahme nachhaltigerer Produkte und Dienstleistungen (wie z.B. „grüner“ Wasserstoff) in öffentlichen Einrichtungen zu steigern. In einer Reflektion zu Forschungsansatz und Methoden für die Prozessbegleitung der vier laufenden Fallbeispiele traten insbesondere die beiden Aspekte Vertrauensbildung und Praxisrelevanz zu Tage. Dazu dienten neben den persönlichen Treffen insbesondere die aus dem TRAFIS-Projekt angebotenen ingenieurs-technische und sozialwissenschaftliche Unterstützungsaktivitäten, die gemeinsam mit Akt- euren aus den Fallbeispielen festgelegt und konzipiert wurden. Als „Türöffner“ erlaubte diese Unter- stützung, Vertrauen aufzubauen und die Relevanz des TRAFIS-Projekts für die lokale Fallbeispielpraxis sichtbar zu machen. Dadurch konnte auch die Vertrauensbasis zwischen den Praxisakteuren und den Forschenden aufgebaut werden, welches tiefere Einblicke, Interviews zur gezielten Systemanalyse und kritischen Diskussionen mit Hilfe des TRAFIS-Nachhaltigkeitschecks erlaubte. Der TRAFIS-Nachhaltigkeitscheck konnte in zwei Fallbeispielen gemeinsame mit Praxisakteuren durchgeführt werden (Fallbeispiel DSM-Optionen in der Kläranlage Rödental und Fallbeispiel Mobili- tätsapp in Augsburg). Dabei hat sich die grundsätzliche Eignung des Bewertungskonzepts und der ein- zelnen Kriterien auch im Rahmen einer Anwendung im Kreis persönlich anwesender Expert*innen und auf Basis eines auf Papier ausgedruckten Fragebogens vollumfänglich bestätigt. Die einzelnen Kri- terien wurden in ihrer Operationalisierung von den beteiligten Expert*innen schnell und unkompli- ziert erfasst. Die Bearbeitung war innerhalb eines zeitlichen Rahmens von ca. 30 Minuten gut möglich. Weiterhin führte der gemeinsame Nachhaltigkeitscheck im Fallbeispiel Rödental dazu, dass unter- schiedliche und teils konfliktäre Perspektiven der Beteiligten deutlich wurden und zwischen diesen dadurch vermittelt werden konnte, dass der Nachhaltigkeitscheck eine gute Grundlage für eine Sach- diskussion schaffte. Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 16 4 Fazit aus dem TRAFIS-Projekt Infrastrukturkopplungen sind ein wichtiger Baustein für eine Nachhaltigkeitstransforma- tion und benötigen dazu Experimentierräume, Kümmerer*innen mit unterstützenden Netzwerken und förderliche politische Rahmengebung Anhand der Erkenntnisse aus dem TRAFIS-Projekt wird deutlich, dass Infrastrukturkopplungen einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeitstransformation leisten, da sie a) fossile Energienutzung und Treibhausgasemissionen einsparen helfen und dadurch Umweltentlas- tungseffekte zeitigen können; b) für Betreiber*innen neue Geschäftsmodelle und Erlösmöglichkeiten generieren und für Nutzer*in- nen zu Kostensenkungen und attraktiveren Dienstleistungsangeboten führen können; c) über redundante und dezentrale Systeme netzstabilisierende Effekte bewirken und Versorgungssi- cherheit durch verringerte großflächige Abhängigkeiten langfristig steigern helfen; d) durch neue Vernetzungen und übertragbare technische Set-Ups und Routinen Synergie- und Ska- leneffekte ermöglichen. Allerdings wirkt eine Vielzahl an Einflüssen darauf, ob Infrastrukturkopplungen umgesetzt bzw. wei- terentwickelt werden. Im Zusammenwirken der unterschiedlichen technischen, institutionellen, orga- nisatorischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Einflüsse liegen sowohl komplexe Hindernisse als auch vielversprechende Ansatzmöglichkeiten begründet, um nachhaltige Infrastrukturkopplungen zu stärken und auch weiter zu verbreiten. So zeigt die Analyse der Einflussfaktoren in den abgeschlos- senen und den laufenden Fallbeispielen, dass als förderlich wahrgenommene Einflüsse aktiv gestärkt werden können: ► Technologien und technologische Komponenten müssen so weiterentwickelt und verfügbar ge- macht werden, dass sie in Reifegrad, technischen Potentialen und Komplexität in Kopplungsbe- trieb und -wartung gut einsetzbar und auch in andere lokale Kontexte übertragbar sind. ► Kümmerer*innen in Stadtwerken und Verwaltungen bedürfen der Unterstützung höherer Hierar- chieebenen sowie gut ausgebildete und langfristig finanzierte Mitarbeiter*innen. ► Übergreifende Schnittstellen und Netzwerke (z.B. innerhalb von Stadtverwaltungen oder Stadt- werken) müssen geschaffen werden, um mit Kopplungen aufkommende Kommunikations- und Or- ganisationsprozessen zu vereinfachen sowie um Netzwerkaufbau und -pflege zu unterstützen. ► Hohe Investitionskosten und eine langfristige Mitarbeitendeneinbindung müssen auf entspre- chende Anschub- und Innovationsfördermöglichkeiten für Infrastrukturbetreiber*innen treffen und Geschäftsmodelle für nachhaltige, gekoppelte Infrastrukturkopplungen auf langfristige Erlös- möglichkeiten. ► Qualifizierungs- und Weiterbildungsangebote müssen auf den mit Infrastrukturkopplungen auf- kommenden Bedarf an technischen, aber auch ökonomischen, organisationalen und rechtlichen Kompetenzen zugeschnitten werden. ► Unterschiedliche Akteursperspektiven und gesellschaftliche Debatten müssen über partizipative Prozesse kontinuierlich integriert und ernst genommen werden, um Kontextrelevanz sowie Ak- zeptanz für und Inanspruchnahme von Infrastrukturkopplungen zu fördern. Dazu braucht es politische Unterstützung, insbesondere (aber nicht nur) auf Bundesebene. Hier wer- den einerseits förderlichere rechtliche und ökonomische Rahmenbedingungen gefordert, wie z.B. die Aufnahme von Energiespeicherung als förderfähiges Element im EEG und angepasste Innovationsför- derprogramme, um die Finanzierung von Infrastrukturkopplungen sicherzustellen und die Nachfrage Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 17 nach deren Produkten und Dienstleistungen zu steigern. Andererseits ist hier auch eine moderierende Rolle politischer Unterstützung wichtig, die Netzwerke und Kooperation sowie Wissensaustausch zwi- schen allen beteiligten Akteuren (Planung, Installation, Finanzierung, Betrieb und Nutzung einer Infra- strukturkopplung) stärkt und zwischen unterschiedlichen Interessen vermittelt. Denn für eine gelin- gende Transformation hin zu nachhaltigen Infrastrukturkopplungen ist jede und jeder gefragt. Bei der Entwicklung relativ neuer Technologien oder der neuartigen Kombination von bekannten Technologien müssen technische und organisatorische Lösungen maßgeschneidert und im Betrieb er- probt werden, was sie teurer macht und potentiell neue Fehlerquellen mit sich bringt. Daher kommt der Forschungs- und Innovationsförderung auf Bundes- und Landesebene eine wichtige Funktion zu, um Infrastrukturkopplungen durch entsprechende Forschungs- und Innovationsprogramme als Pilo- terprobungen und auch deren Weiterentwicklung zur Marktreife zu fördern und damit den Übergang von der Forschung in die Praxis sowie von der Nische in den Mainstream zu unterstützen. Transformation hin zu nachhaltigen, gekoppelten Infrastrukturen – eine Synthese 18 5 Quellenverzeichnis Bolton, Ronald; Foxon, Timothy J. (2015): Infrastructure transformation as a socio-technical process — Implications for the govern- ance of energy distribution networks in the UK. 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