EETS Consulting - Systemarchitekturentwurf

Deutschland hat wie andere Länder auch erkannt, dass wir auf eine komplett nachhaltige und klimaschonende Energieversorgung umstellen müssen. Wir haben angefangen, einige Schlüsseltechnologien finanziell zu unterstützen und dabei gelernt, worauf wir besonders achten müssen. Das war eine wichtige Phase, um nicht blind in die folgenden umfangreicher werdenden Planungsschritte zu gehen.

Nun ist aber der Punkt erreicht, ab dem die Komplexität des Gesamtpaketes nur noch mit einem "top-down" Entwurf für alle verständlich bleibt. Also eine Beschreibung in verschiedenen Schichten, die immer detaillierter, konkreter und umfangreicher werden und so das gesamte Projekt verständlich für jeden festlegen. Diese Form der Darstellung gilt dann als verbindliches Regelwerk für alle weiteren Detailspezifikationen.

Um das deutlicher zu zeigen, ist hier ein Beispiel dazu angefügt.

Das Ziel:
Einrichtung einer insgesamt CO2-neutralen, nachhaltigen und möglichst lokale Primärenergie-träger nutzenden Energieversorgung in Deutschland.
Diese Implementierung wird einige Zeit in Anspruch nehmen. Während der Bauzeit muss sichergestellt werden, schrittweise die neuen Prozesse zu installieren, dabei die Versorgung der Endnutzer sicherzustellen, keine langfristigen Risiken einzugehen und kontinuierlich den CO2-Ausstoß auf null zu reduzieren. Weiter müssen marktwirtschaftliche Mechanismen und Technologieerneuerungsmöglichkeiten erhalten bleiben sowie das Volksvermögen geschont werden.

Was kann man daraus und aus den bisher gewonnenen Erkenntnissen ableiten?
Auf die Energieformen Wind-Strom, PV-Strom und Laufwasser-Strom kann nicht verzichtet werden. Diese Energieträger sind aber in ihrem Ertrag nicht steuerbar und fordern einen weit größeren Anteil an Speichern als die bisherigen Techniken.
Für die Menge der nachhaltig zu gewinnenden Energieformen muss eine Balance gefunden und genutzt werden, die neben dem allgemeinen Bedarf die Akzeptanz der Bevölkerung respektiert und die Abhängigkeit von Dritten in Einklang bringt. Man muss davon ausgehen, dass deshalb die Menge an verfügbarem „grünem“ Strom knapp sein wird. Deshalb können die Endenergieformen nicht alle auf elektrischem Strom basieren. Es müssen Regelungen gefunden und angewendet werden, dass nur Endenergien auf Strom basieren, die keine unnötige Entropie erzeugen also z.B. mechanische Arbeit (und Beleuchtungen).
Bei der Bereitstellung bedarfsgerechter Regelenergie müssen sich verschiedene Methoden gegenseitig unterstützen. Das sind nicht nur CO2-freie Gaskraftwerke, sondern besonders auch Fernheizungs- und BHKWe, chemische und mechanische Stromspeicher sowie P2G zur Abschöpfung von Stromüberproduktion. Regelenergie für dezentrale und in ihrer Leistung errechenbare Quellen soll vorzugsweise in Steuerungen (nicht in Regelungen) angewendet werden.
Thermische Energieformen wie auch Kraftstoffe müssen deshalb aus anderen Primärenergien gebildet werden, die gut verfügbar sind und die leicht gelagert werden können. Diese versorgen dann auch (Fern-)Heizungen, die neben der eigentlichen Wärmelieferung auch den Strom für Wärmepumpen liefern. Da hat sich gezeigt, dass ein stetiger Übergang von Erdgas/LNG auf Wasserstoff als Sekundärenergieform besonders vorteilhaft ist. Andere Erdgasnutzungen werden auf Wasserstoff umgestellt oder vermieden.
Nur in der Übergangszeit werden restliche industrielle CO2-Emissionen durch Carbone Capture and Usage (CCU) zurückgewonnen und zu synthetischen Kraftstoffen verarbeitet. Dieser wird dann für noch nicht umgestellte Fahrzeuge verwendet. Das CO2 um e-Kerosin zu produzieren wird nach der Umstellungsphase nur noch durch Direct Air Capture (DAC) gewonnen. Es darf dabei kein CO2-Abfall entstehen. Der Wasserstoff dazu wird zunächst durch Spaltung von Methan/LNG erzeugt. Der anfallende Kohlenstaub darf energetisch nicht verwendet werden. Später kann grüner Wasserstoff auch in moderaten Mengen importiert werden.
Der negative CO2-Fußabdruck von Biomasse muss erhalten bleiben, um die unvermeidlichen Restemissionen anderer Prozesse zu kompensieren. Deshalb darf von einem Anteil der Biomasse, so wie bei Methan auch, nur der Wasserstoff energetisch verwendet werden.

Wie kann dann z.B. eine dazu passende funktionale Architektur aussehen?

hier bitte die 3. Ebene als pdf-Datei herunterladen

weiter werden noch folgende Ebenen gebraucht

Wieviel… Wo… Wer… Wodurch…

danach folgen Spezifikationen

Die dritte Ebene beschreibt verbindlich die vollständige Funktion des Gesamtprojektes sowie den Übergang während der Implementierungsphase ggf. mit Zeitplan. Und dieses in der Granularität der Funktionsblöcke für die jeweils ein Akteur zuständig und verantwortlich ist bzw. wird. Diese Vorgabe ist soweit abstrakt, dass Technologien durch den Akteur bestimmt werden können soweit sie die Nachbarblöcke mit denen sie interagieren nicht beeinflussen. Das muss auch einen technologischen Fortschritt zulassen.