LOW←TECH MAGAZINE Deutsch

Über diese Website

Sun, 08 Mar 2020 00:00:00 +0000

Zweiter Prototyp des solarbetriebenen Servers, der diese Website hostet.

zuletzt aktualisiert am 28. Januar 2020

Low-tech Magazine stellt den Glauben an technischen Fortschritt infrage und zeigt das Potenzial vergangenen Wissens und alter Technologien auf, um eine nachhaltige Gesellschaft zu entwerfen. Da ein Redesign unserer eigenen Website schon lange überfällig war – und weil wir gern nach unseren eigenen Grundsätzen handeln wollten - haben wir uns entschieden, eine low-tech-Website zu entwickeln, die unsere Bedürfnisse erfüllt und unseren Prinzipien entspricht.

Um den Energieverbrauch zu reduzieren, entschieden wir uns für ein Webdesign, welches zurück zu den Ursprüngen zeigt. Wir benutzen statische Seiten anstelle eines datenbankgetriebenen Content-Management-Systems. Darüber hinaus wenden wir Defaultschriften, geditherte Bilder, Optionen zum offline-Lesen und andere Tricks an, um den Energieverbrauch weit unter denjenigen einer durchschnittlichen Website zu drücken. Als zusätzlicher Nutzen helfen die Anforderungen für niedrigen Ressourcenverbrauch auch dabei, die Website für Benutzer mit älteren Computern und/oder weniger zuverlässigeren Internetverbindungen zugänglich zu halten.

Da sie so wenig Energie verbraucht, kann diese Website auf einem Kleincomputer mit der Rechenleistung eines Mobiltelefons laufen. Sie benötigt ein bis zweieinhalb Watt Leistung. Diese wird von einer kleinen photovoltaischen Anlage im Inselnetz geliefert, deren Solarpanels auf dem Balkon der Wohnung des Autors stehen. Wie es typisch für Inselnetze mit erneuerbaren Energien ist, gibt es nur begrenzte Möglichkeiten zur Energiespeicherung. Das bedeutet, dass die Website sich während längerer Phasen wolkigen Wetters abschaltet.

Warum eine low-tech-Website?

Warum schaltet sie sich offline?

Wie oft ist sie offline?

Wann ist die beste Zeit zum Besuch?

Wie ist die Website entworfen?

Was für Hardware und Software verwendet Ihr?

Was passiert mit der alten Website?

Wer hat das gebaut?

Kann ich helfen?

Kommentare

Der solarbetriebene Server in den Medien (Englisch)

Warum eine low-tech-Website ?

Man hat uns schon häufig erzählt, dass das Internet die Gesellschaft “dematerialisieren” und den Energieverbrauch verringern würde (Englisch). Entgegen dieser Voraussagen ist es stattdessen selbst ein großer und schnell wachsender Energieverbraucher geworden. Nach den jüngsten Schätzungen verbraucht das gesamte Netz bereits 10% der Energieproduktion der Welt, und der Datenverkehr verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre.

Um die negativen Konsequenzen auszugleichen, die mit diesem hohen Energieverbrauch zusammenhängen, wurde vorgeschlagen, Rechenzentren mit erneuerbaren Energien zu versorgen, um ihre Emissionen zu verringern. Der von Greeenpeace herausgegebene, jährlich herausgegebene ClickClean Report stuft größere Internetfirmen gemäß ihrer Verwendung erneuerbarer Energiequellen in einem Ranking ein.

Rechenzentren mit erneuerbaren Energiequellen zu betreiben, ist aber nicht genug, um den wachsenden Energieverbrauch des Internets anzugehen. Erstens verbraucht das Internet bereits dreimal mehr Energie als alle Wind- und Solarkraftwerke der ganzen Welt zur Verfügung stellen. Dann verbraucht auch der Bau und die Wartung von Kraftwerken für erneuerbare Energie selbst wieder Energie (Englisch), und das bedeutet, dass wir weiter fossile Brennstoffe brauchen, wenn der Datenverkehr weiterhin ansteigt.

Schließlich sind Solar- und Windenergie nicht immer verfügbar. Das bedeutet, dass ein Internet, welches mit erneuerbaren Energiequellen betrieben wird, Infrastruktur für Energiespeicherung und -Übertragung braucht, deren Herstellung und Ersatz selbst auch den Einsatz von fossilen Brennstoffen erfordert. Webseiten mit erneuerbaren Energien zu versorgen ist keine schlechte Idee; der Trend zu wachsendem Energieverbrauch muss aber auch im Auge behalten werden.

Websites werden “fetter”

Der wachsende Energiebedarf des Internets hängt mit zwei Trends zusammen. Einerseits werden die Inhalte zunehmend ressourcenintensiv. Das hat eine Menge mit der wachsenden Bedeutung von Videostreaming bei der Internetnutzung zu tun, aber ein ähnlicher Trend kann auch bei Webseiten beobachtet werden.

Die Größe der durchschnittlichen Webseite (definiert als die durchschnittliche Größe der 500.000 beliebtesten Webseiten) hat von 0,45 Megabytes im Jahr 2010 auf 1,7 Megabytes im Juni 2018 zugenommen. Für mobile Websites ist das durchschnittliche “Seitengewicht” um das zehnfache von 0,15 MB im Jahr 2011 auf 1,6 MB im Jahr 2018 gestiegen. Mit unterschiedlichen Messmethoden berichten andere Quellen über durchschnittliche Seitengrößen von bis zu 2,9 MB im Jahr 2018.

Die Größe der durchschnittlichen Webseite hat sich von 2010 bis 2018 mindestens verdreifacht.

Das Wachstum des Datenverkehrs übertrifft die Fortschritte bei der Energieeffizienz (die Energie, die erforderlich ist, um ein Megabyte von Daten über das Internet zu übertragen), und daraus ergibt sich ein stetig steigender Energieverbrauch.

Darüber hinaus erhöhen “schwerere” oder “größere” Websites nicht nur den Energieverbrauch der Netzwerkinfrastruktur, sondern sie verkürzen auch die Lebensdauer von Computern, denn größere Websites benötigen leistungsfähigere Computer, um auf sie zuzugreifen. Dies bedeutet, dass mehr Computer hergestellt werden müssen, was ein sehr energieintensiver Prozess ist.

Immer online

Ein zweiter Grund für den wachsenden Energiebedarf des Internets ist, dass wir mehr und mehr Zeit online verbringen. Vor der Verbreitung von tragbaren Endgeräten und drahtlosem Netzwerkzugang waren wir nur dann mit dem Netz verbunden, wenn wir im Büro, zuhause oder in einer Bibliothek mit einem Desktop-Computer verbunden waren. Nun leben wir in einer Welt, in der wir immer online sind, egal wo wir uns befinden – manchmal sogar mit mehr als einem Gerät gleichzeitig.

Dauerhafter Netzwerkzugang passt nicht gut zu erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie, die nicht immer verfügbar sind.

Ständig verfügbarer Internetzugang wird von einem Cloud-Computing-Konzept begleitet. Dieses soll energieeffizientere Endgeräte um den Preis erhöhten Energieverbrauchs in den Rechenzentren ermöglichen. Aktivitäten, die problemlos offline geschehen könnten – wie das Schreiben eines Dokuments, das Editieren eines Spreadsheets, das Abspeichern von Daten – erfordern jetzt durchgehenden Netzwerkzugang. Das passt nicht gut zu erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie, die nicht immer verfügbar sind.

Auf beide Aspekte eingehen

Unser neues Webdesign geht auf beide Aspekte ein. Dank einem low-tech Webdesign haben wir es geschafft, die durchschnittliche Seitengröße dieses Blogs verglichen mit dem alten Design um den Faktor fünf zu verringern. Dabei haben wir die Website gleichzeitig visuell attraktiver gemacht. Zweitens läuft unsere Website zu 100% mit Solarenergie, und zwar nicht nur nominell sondern wirklich. Sie hat ihren eigenen Energiespeicher und schaltet sich während längerer Zeiträume wolkigen Wetters offline.

Das 50W-Solarpanel in unserer ursprünglichen Konfiguration. Seit Januar 2019 haben wir die Website mit Solarpanels von 10W und 30W betrieben.

Wie ist die Website entworfen?

Das Internet ist kein autonomes Wesen. Sein wachsender Energieverbrauch ist die Konsequenz von Entscheidungen die von Softwareentwicklern, Webdesignern, Marketing-Abteilungen, Herausgebern und Internetnutzern getroffen wurden. Mit einer schlanken, solarbetriebenen Website als Insellösung wollen wir zeigen, dass man sich auch anders entscheiden kann.

Die durchschnittliche Seitengröße dieser Website liegt unter 0,5 MB – grob ein Sechstel der durchschnittlichen Seitengröße der ursprünglichen Website.

Gemittelt über die etwa 100 Artikel, die auf der solarbetriebenen Website online sind, beträgt das durchschnittliche Seitengewicht unterhalb von 0,5 MB – nur etwa ein Fünftel der durchschnittlichen Seitengröße mit dem vorherigen Design, und weniger als ein Drittel der durchschnittlichen Seitengröße der 500.000 beliebtesten Blogs im Juni 2018. Das Seitengewicht für jeden Artikel auf dieser Website wird in der linken unteren Ecke des Bildschirms angezeigt.

Es folgen einige der Designentscheidungen, die wir getroffen haben um den Energieverbrauch zu reduzieren. Wir haben auf Github ein separates Dokument über die Schwerpunkte im Frontend veröffentlicht, sowie ein weiteres mit dem Schwerpunkt auf dem Backend. Zuletzt haben wir den Quellcode für das Design unserer Seite veröffentlicht.

Generator für die statische Website

Eine der fundamentalen Entscheidungen, die wir getroffen haben, war eine statische Website aufzubauen. Die meisten neueren Websites nutzen Programmiersprachen auf der Serverseite, welche die Website durch das Abfragen einer Datenbank dynamisch generieren. Das bedeutet, dass diese jedes Mal neu erzeugt wird, wenn jemand eine Website besucht.

Eine statische Website dagegen wird einmal erzeugt und existiert als einfacher Satz von Dateien auf der Festplatte des Servers. Sie ist immer da – nicht nur, wenn jemand die Seite besucht. Statische Websites basieren auf dem Ablegen von Dateien, während dynamische Websites von wiederkehrender Berechnung abhängig sind. Statische Websites verbrauchen also weniger Rechenleistung und daher auch weniger Energie.

Eine statische Website verbraucht weniger Rechenleistung, da sie nicht immer wieder neu berechnet werden muss

Die Entscheidung für eine statische Website ermöglichte es uns, die Site schlicht von unserem Heimbüro in Barcelona aus zu bedienen. Es wäre nahezu unmöglich, dasselbe mit einer datenbankbasierten Website zu tun, da das zu viel Energie verbrauchen würde. Es wäre auch ein relativ großes Sicherheitsrisiko. Obwohl ein Webserver mit einer statischen Site gehackt werden kann, gibt es so erheblich weniger Angriffsvektoren und der mögliche Schaden lässt sich einfacher beheben.

Geditherte Bilder

Als unsere größte Herausforderung zeige es sich, die Größe der Site zu verringern und sie gleichzeitig nach wie vor attraktiv aussehen zu lassen. Da die Übertragung von Bildern den größten Teil der Bandbreite ausmacht, wäre es im Prinzip leicht, eine kleine Website zu erhalten, indem man Bilder ganz weglässt, ihre Anzahl verringert oder sie viel kleiner macht. Visuelle Elemente sind aber ein wichtiger Teil der Attraktivität von Low-tech Magazine, und ohne sie wäre die Website nicht dieselbe.

Durch Dithering können wir den Ressourcenbedarf von Bildern auf ein Zehntel verkleinern und sie dennoch größer darstellen als auf der alten Website.

Stattdessen haben wir uns entschieden, eine schon fast vergessene Technik zur Bildkompression namens Dithering anzuwenden. Die Zahl der Farben in einem Bild zusammen mit dem Dateiformat und der Auflösung tragen zur Größe eines Bildes bei. Daher haben wir uns zunächst dafür entschieden, alle Bilder nach Schwarzweiss mit vier Graustufen zu konvertieren, anstatt vollfarbige Bilder hoher Auflösung zu verwenden. Diese Schwarzweissbilder werden dann gemäß der Kategorie des Inhalts durch die eingebauten Nachbearbeitungsfunktionen von Browsern eingefärbt.

Bild: Der Server und der Laderegler der Solaranlage.

Wenn sie mit diesem Dithering-Plugin komprimiert werden, machen die Bilder in den Artikeln die Inhalte nicht so viel größer: verglichen mit der alten Website sind Bilder nur etwa ein Zehntel so groß und ressourcenintensiv.

Defaultschriften / kein Logo

Alle Ressourcen, die nachgeladen werden müssen – inklusive Schriftarten und Logos – bedeuten zusätzliche Abfragen beim Server; sie verbrauchen Speicherplatz und Energie. Daher lädt unsere neue Website keine speziellen Schriften und wir haben die Deklaration von Fontfamilien entfernt. Das bedeutet, dass Besucher die Defaultschrift ihres Browsers sehen werden. Nur eine Version der Schrift wird verwendet (die mit normalem Gewicht, nicht z.B. die fette oder schlanke). Wir möchten damit zeigen, dass auch die Hierarchie von Inhalten kommuniziert werden kann, ohne zahlreiche Schrifttypen und -Versionen zu laden.

Besucher werden die Defaultschrift ihres Browsers sehen, es müssen keine speziellen Schriftarten nachgeladen werden.

Für das Logo halten wir es ähnlich. Tatsächlich hatte Low-tech Magazine nie wirklich ein eigenes Logo, nur das Bannerbild eines Speers als low-tech-Waffe gegen die vorherrschenden Behauptungen der High-tech. Anstelle einer eigens entwickelten Logoschrift, die wiederum die Erzeugung und Verteilung von dedizierten Schriftarten und Bildern bedeuten würde, besteht die neue visuelle Identität von Low-tech Magazine aus einer einzelnen typografischen Veränderung. Wir benutzen anstelle des Bindestrichs jetzt den nach links zeigenden Pfeil im Namen: LOW←TECH MAGAZINE. Diese vereinfachte Identität ist sowohl aus der Vergangenheit als auch vom Bannerbild des vorherigen Designs inspiriert.

Warum schaltet sie sich offline?

Eine ganze Menge Webhostingfirmen behaupten, dass ihre Server mit erneuerbaren Energien betrieben werden. Selbst wenn sie tatsächlich Solarstrom vor Ort erzeugen und nicht nur mit dem Pflanzen von Bäumen oder Ähnlichem ihren aus fossilen Brennstoffen erzeugten Strom ausgleichen, sind ihre Websites immer online.

Das bedeutet, dass sie entweder einen riesigen Batteriespeicher vor Ort haben müssten (was die Nachhaltigkeit ihrer Versorgung infrage stellen würde) oder dass sie sich auf den Netzstrom verlassen, während sie nicht genug Solarstrom erzeugen können. Das wiederum bedeutet aber, dass sie nicht wirklich zu 100% mit Solarstrom betrieben werden.

Unter allen Umständen den Server online zu halten braucht einfach zu viel Batteriekapazität, wodurch das System teuer und wenig nachhaltig wird.

Diese Website läuft in einem mit Solarstrom betriebenen Inselnetz mit eigenem Energiespeicher, und schaltet sich während längerer Phasen von bewölktem Wetter ab. Eine Verfügbarkeit von weniger als 100% ist essenziell für die Nachhaltigkeit eines solaren Inselnetzes, da oberhalb einer bestimmten Schwelle mehr Graue Energie für die Herstellung und den Ersatz von Batterien eingesetzt werden muss als fossile Energie durch den Strom aus den Solarpanels eingespart werden kann.

Neben der Nachhaltigkeit (und den Kosten) hat die Wohnung des Autors auch nur in begrenztem Maße Raum für die Installation von Solarpanels und Batterien. Den Server unter allen Umständen online zu halten – also das normale Geschäftsmodell von Webhosting-Firmen – braucht einfach zu viel Batteriekapazität.

Die Dimensionierung von Batterie und Solarpanel ist ein [Kompromiss zwischen Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit](/2020/01/how-sustainable-is-a-solar-powered-website.html). Illustration: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/)

Wie häufig ist sie offline?

Im Laufe etwa eines Jahres (351 Tage vom 12. Dezember 2018 bis zum 28. November 2019) war der Server für 95,26% der Zeit verfügbar. Das bedeutet, dass wir für insgesamt 399 Stunden offline waren (was wiederum 16,64 Tagen entspricht).

Diese Zahlen erzählen allerdings nicht die ganze Geschichte. Während der ersten Zehn Monate des Zeitraums war der Server für 98,2% der Zeit verfügbar. Er war also für nur 152 Stunden (6,4 Tage) offline – und das schließt die Wintermonate mit ein.

Vom 1. Oktober bis zum 30. November 2019 stürzte die Verfügbarkeit auf 80,17% ab. Dies hing mit einem Softwareupgrade des Linux-Kernels zusammen, der den durchschnittlichen Energieverbrauch des Servers von 1,19 auf 1,49 Watt erhöhte, weswegen die Website jede Nacht für wenigstens einige Stunden offline ging.

Bild: Im Oktober 2019 steigt die durchschnittliche Leistungsaufnahme plötzlich an und die Website geht jede Nacht offline.

Die obige Grafik zeigt die Leistungsaufnahme des Servers vom 15. Juli bis zum 15. November 2019. Der Effekt des Softwareupgrades wird dort klar sichtbar. Die Leistungsaufnahme ist null, wenn der Server offline ist. Vor dem Softwareupgrade ist das nur hin und wieder während längerer Schlechtwetterperioden der Fall. Ab Oktober passiert das aber jede Nacht. Die zwei Peaks am Beginn des Novembers zeigen zwei Versuche, die Batterie mit Netzstrom aufzuladen, da wir anfänglich dachten, dass das Problem mit einer alternden Batterie zusammenhängt.

Alle obigen Daten beziehen sich auf ein System aus einem 50W-Solarpanel und einem Energiespeicher äquivalent einem 86,4W Bleiakku. Seit Dezember 2019 haben wir das System mit verschiedenen Größen von Solarpanels und Batterien betrieben. Die Verfügbarkeit des Systems mit diesen Konfigurationen ist noch nicht ermittelt. Im Moment betreiben wir die solare Website mit einem 30W-Solarpanel und einem Bleiakku von 168 Wh (Wattstunden) Kapazität.

Wann ist die beste Zeit zum Besuch?

Die Zugänglichkeit dieser Website hängt vom Wetter in Barcelona ab, wo der solar versorgte Webserver sich befindet. Da sie mit Solarstrom betrieben wird, ist die Website während der Sommermonate am zuverlässigsten online. Um es unseren Lesern zu ermöglichen, ihren Besuch des Low-tech Magazine zu “planen”, geben wir ihnen mehrere Datenpunkte an die Hand.

Eine Batteriestandsanzeige stellt eine sehr wichtige Information zur Verfügung, da sie dem Besucher mitteilt, dass das Blog möglicherweise gleich offline geht – oder dass es andererseits zuverlässig möglich ist, jetzt zu lesen. Das Design der Website enthält eine Hintergrundfarbe, welche die verbleibende Kapazität der solargeladenen Batterie zeigt, die den Server mit Strom versorgt. Eine abnehmende Höhe zeigt an, dass es in Barcelona Nacht geworden ist oder dass das Wetter schlecht ist.

Um es unseren Lesern zu ermöglichen, ihren Besuch des Low-tech Magazine zu “planen”, stellen wir ihnen zum Beispiel eine Batteriestandsanzeige und einen Wetterbericht zur Verfügung.

Zusätzlich zur Batterieanzeige, wird noch andere Information über den Webserver mit einem Statistik-dashboard visualisiert. Dieses zeigt Kontextinformation für den Standort des Servers: Uhrzeit, aktuelle Bewölkung, zu erwartende Wetterbedingungen und die Zeit seit dem letzten Herunterfahren aufgrund zu geringer Energie.

Um auf das Low-tech Magazine unabhängig vom Wetter zuzugreifen, bieten wir mehrere Optionen zum offline-Lesen. Es gibt ein 710 Seiten langes, sehr gut gebundenes Taschenbuch mit den 37 neuesten Artikeln der Website (auf Englisch) (2012 to 2018), und einen zweiten Band mit einer Sammlung von Artikeln aus den Jahren 2007 bis 2011.

Was für Hardware und Software verwendet Ihr?

Wir haben drei zusätzliche Artikel mit detaillierten technischen Informationen veröffentlicht:

Wie baut man eine low-tech-Website: Software und Hardware, mit dem Schwerpunkt auf dem Backend.
Wie baut man eine low-tech-Website: Designtechniken und -Prozess, mit dem Schwerpunkt auf dem Frontend.
Wie nachhaltig ist eine solar versorgte Website?, mit dem Schwerpunkt auf der Dimensionierung des Systems zur solaren Stromversorgung und dem optimalen Gleichgewicht zwischen Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit.

SERVER: Diese Website läuft auf einem Olimex A20-Computer. Er hat eine Taktrate von 2 Ghz, 1 GB RAM, und 16 GB Datenspeicher. Der Server verbraucht 1 bis 2,5 Watt Eingangsleistung.

SERVER SOFTWARE: Der Webserver läuft mit Armbian Stretch, einem auf Debian basierendem Betriebssystem, welches SUNXI kernel verwendet. Wir haben eine technisches Dokument zur Konfiguration des Webservers geschrieben.

DESIGN SOFTWARE: Die Website wurde mit Pelican, einem statischen Site-Generator, erzeugt. Wir haben den Quellcode für ‘solar’, unser eigenes Pelican-Theme, hier verfügbar gemacht.

INTERNETVERBINDUNG. Der Server ist über eine faseroptische 100 Mbit/s-Leitung ans Internet angeschlossen. Der Router ist so konfiguriert. Der Router wird im Moment noch mit Netzstrom versorgt und verbraucht 10 Watt Eingangsleistung. Wir untersuchen derzeit, wie man den energiehungrigen Router mit einem effizienteren Modell ersetzen kann, der dann auch mit Solarstrom betrieben werden kann.

SOLARSYSTEM. Im Moment läuft der Server an einem System mit einem 30W-Solarpanel und einem Bleiakku von 168 Wh. Wir experimentieren aber nach wie vor mit anderen Konfigurationen. Zum Solarsystem gehört auch ein 10 Ampere-Laderegler.

Was passiert mit der alten Website?

Das solarbetriebene Low-tech Magazine ist ein Projekt in Arbeit. Im Moment bleibt das Netzbetriebene Low-tech Magazine noch online. Wir möchten die Leser ermutigen, die solarbetriebene Website zu besuchen, soweit sie verfügbar ist. Was später geschehen wird ist noch nicht klar. Es gibt mehrere Möglichkeiten, aber viel hängt von unseren Erfahrungen mit dem solarbetriebenen Server ab.

Bis wir uns entscheiden, wie wir die alte mit der neuen Website integrieren wollen, wird man Kommentare zu den Artikeln nur auf dem Netzbetriebenen Low-tech Magazine schreiben und lesen können, die von TypePad gehostet wird. Wenn Du einen Kommentar zur solarbetriebenen Website selbst schreiben möchtest, dann schick bitte eine Email an solar (at) lowtechmagazine (Punkt) com. Dein Kommentar wird dann am Fuß dieser Website veröffentlicht.

Wer hat diese Website geschrieben?

Idee: Kris De Decker

Webdesign und Entwicklung: Marie Otsuka, Roel Roscam Abbing.

Computerhardware: Roel Roscam Abbing

Solare Hardware: Kris De Decker

Gedruckte Website: Lauren Traugott-Campbell.

Contentverwaltung: Kathy Vanhout

Dieses Projekt wurde zum Teil von der Maharam-Stiftung unterstützt.

Kann ich helfen?

Na klar.

Einerseits suchen wir nach Ideen und Feedback, um die Website zu verbessern und ihren Energieverbrauch weiter zu verringern. Wir werden das Projekt ausführlich dokumentieren, so dass andere auch Low-tech Websites aufbauen können. Hier gibt es ein paar spezifische technische Fragen, die wir haben.

Zum Kommentieren, schick bitte eine Email an solar (at) lowtechmagazine (Punkt) com. Dein Kommentar wird dann am Fuß dieser Website veröffentlicht

Andererseits hoffen wir, dass manche Leser bereit sind, dieses Projekt mit einem finanziellen Beitrag zu unerstützen. Die netzbetriebene Versionvon Low-tech Magazine wurde seit ihrem Beginn im Jahr 2007 mit Anzeigen finanziert. Anzeigen sind aber mti dem speziellen Design der solaren Website nicht technisch kompatibel. Daher suchen wir nach anderen Arten, die Website zu finanzieren:

Wir bieten eine gedruckte Version der Website im print-on-demand-Verfahren an. Auf diese Weise kann man Low-tech Magazine auf Papier lesen, am Strand, in der Sonne oder wo und wann Ihr möchtet.
Ihr könnt uns finanziell unterstützen mit PayPal, Patreon und LiberaPay.

Zum Kommentieren, schick bitte eine Email an solar (at) lowtechmagazine (Punkt) com.

Wie nachhaltig ist eine solarbetriebene Website?

Tue, 28 Jan 2020 00:00:00 +0000

Bild: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Unsere selbstgehostete, solarbetriebene, unabhängig von Stromnetz betriebene Website läuft jetzt seit 15 Monaten. In diesem Artikel stellen wir ihre Energie- und Verfügbarkeitsdaten vor und berechnen die Graue Energie unser Konfiguration. Aufgrund dieser Ergebnisse betrachten wir das optimale Gleichgewicht zwischen Nachhaltigkeit und Serververfügbarkeit und umreißen mögliche Verbesserungen.

Einleitung

Im September 2018 haben wir bei Low-tech Magazine eine neue Website gestartet, die darauf abzielte, radikal den Energieverbrauch und die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren, die aus der Bereitstellung ihrer Inhalte resultieren. Der Energieverbrauch des Internets wächst rasch, sowohl aufgrund steigender Datenraten und Datenmengen bei der Übertragung (die Inhalte werden “fetter”), als auch aufgrund steigender Nutzungszeit (besonders seit Mobilgeräte und drahtloses Internet verfügbar sind).

Unsere solarbetriebene Website stemmt sich gegen diese Trends. Um den Energieverbrauch weit unter jenen einer durchschnittlichen Website zu drücken, haben wir uns für ein Webdesign entschieden, welches zurück zu den Ursprüngen zielt. Wir verwenden eine statische Website anstelle eines datenbankgetriebenen Content-Management-Systems. Um die Energie zu minimieren, welche für die Herstellung von Solarpanel und Batterie erforderlich ist, haben wir eine minimale Konfiguration gewählt und wir akzeptieren, dass die Website sich offline schaltet, wenn das Wetter zu schlecht ist.

Verfügbarkeit, Stromverbrauch und Systemeffizienz

Verfügbarkeit Unsere solarbetriebene Website schaltet sich offline, wenn das Wetter zu schlecht ist - aber wie oft passiert das? Für einen Zeitraum von ungefähr einem Jahr (351 Tage, vom 12. Dezember 2018 bis zum 28. Dezember 2019) haben wir eine Verfügbarkeit von 95,26% erreicht. Das bedeutet, dass wir insgesamt während 399 Stunden aufgrund von schlechtem Wetter offline waren.

Wenn wir die letzten zwei Monate des Zeitraums ignorieren, war unsere Verfügbarkeit sogar 98,2%, mit einer offline-Zeit von nur 152 Stunden. Während der letzten zwei Monate fiel die Verfügbarkeit auf 80%, weil ein Softwareupgrade den Energieverbrauch unseres Servers erhöhte. Dadurch wurde die Website jede Nacht für einige Stunden offline gedrückt.

Stromverbrauch und Systemeffizienz

Schauen wir uns die elektrische Leistungsaufnahme an, die unser Webserver aufweist (also den operativen Energieverbrauch). Dazu haben wir Messdaten des Servers und des Ladereglers für die Solarzellen. Wenn wir beide Werte vergleichen, fällt die mangelnde Effizienz des Systems ins Auge. Über einen Zeitraum von grob einem Jahr (vom 3. Dezember 2018 bis zum 24. November 2019) verbrauchte unser Server 9,53 kWh (Kilowattstunden).

Wir maßen signifikante Verluste im Solarsystem, die auf Verluste bei der Spannungswandlung und bei der Ladung und Entladung der Batterie zurückzuführen sind. Der Laderegler zeigte einen jährlichen Energieverbrauch von 18,10 kWh an - das bedeutet, dass die Systemeffizienz gemessen vom Ausgang der Solarzelle bis zur Spannungsversorgung des Servers nur ungefähr 50% betrug.

Energieverbrauch pro Besucher der Website

Während des betrachteten Zeitraums hat die solarbetriebene Website 865.000 einzelne Besuche verzeichnet. Wenn wir alle Energieverluste im Solarsystem mit einrechnen, betrug der Energieverbrauch pro einzelnem Besucher 0,021 Wh (Wattstunden), d.h. 21 mWh (Milliwattstunden).

Eine Kilowattstunde solar erzeugten Stroms kann also fast 50.000 einzelne Besucher der Website versorgen, und eine Wattstunde etwa 50 einzelne Besucher. Da wir nur selbst erzeugten Solarstrom verwenden, müssen wir dem operativen Betrieb keine Kohlenstoffemissionen zurechnen.

Eine Kilowattstunde solar erzeugten Stroms kann fast 50.000 einzelne Besucher der Website versorgen

Graue Energie und Verfügbarkeit

Wenn erneuerbare Energien als Lösung für den wachsenden Energieverbrauch des Internets vorgestellt werden, endet die Geschichte oft an dieser Stelle. Wenn Forscher den Energieverbrauch von Rechenzentren untersuchen, welche die im Internet verfügbaren Inhalte bereitstellen, betrachten sie praktisch niemals die Energie zur Erstellung und Wartung der Infrastruktur dieser Rechenzentren.

Bei unserer selbstgehosteten, solarbetriebenen, unabhängig von Stromnetz betriebenen Website lassen wir diese Information nicht weg. Das Solarpanel, die Batterie und der Laderegler sind gleichermaßen essenzielle Teile der Installation wie der Server selbst. Dementsprechend müssen wir den Energieverbrauch für den Abbau und die Verarbeitung der nötigen Minerale und die Herstellung dieser Komponenten mit einberechnen, eben die sogenannte “Graue Energie”.

Eine einfache Darstellung unseres Systems. Die Spannungswandlung (zwischen dem 12V-Laderegler und dem mit 5V betriebenen Server) und das Messgerät zur Ladestandsmessung der Batterie sind nicht mit dargestellt. Leider kommt der größte Teil dieser Energie aus fossilen Brennstoffen, entweder in Form von Diesel (beim Abbau der Rohmaterialien und dem Transport der Komponenten) oder in Form von Strom, der wiederum hauptsächlich in Kraftwerken erzeugt wurde, die wiederum fossile Brennstoffe verbrennen (im Fall der meisten Produktionsprozesse).

Die Größe von Batterie und Solarpanel ist ein Kompromiss zwischen Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit

Die Graue Energie unserer Konfiguration wird hauptsächlich von der Größe von Batterie und Solarpanel bestimmt. Gleichzeitig bestimmen die Größen von Batterie und Solarpanel auch, wie oft unsere Website online sein kann (also ihre Verfügbarkeit). Die Größe von Batterie und Solarpanel stellt also einen Kompromiss zwischen Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit dar.

Um das optimale Gleichgewicht zu finden, haben wir unser System mit verschiedenen Kombinationen von Solarpaneln und Batterien betrieben (und tun das auch immer noch). Verfügbarkeit und Graue Energie hängen auch von den örtlichen Wetterbedingungen ab, daher sind die hier vorgestellten Ergebnisse nur für unseren Ort (den Balkon der Wohnung des Autors nahe Barcelona in Spanien) gültig.

Bilder: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/)

Verfügbarkeit und Batteriegröße

Die Speicherkapazität der Batterie legt fest, wie lange die Website ohne Versorgung mit Solarenergie weiterlaufen kann. Ein Minimum von Energiespeicherung ist nötig, um über die Nacht zu kommen, während weitere Kapazität darüberhinaus Zeiten von niedriger (oder fehlender) Energieerzeugung während des Tages ausgleichen kann. Batterien altern; es ist also sinnvoll, mit mehr Kapazität als rechnerisch erforderlich zu beginnen - andernfalls müsste die Batterie relativ schnell ersetzt werden.

> 90% Verfügbarkeit

Berechnen wir zuerst die minimale Kapazität zur Energiespeicherung, um die Website während der Nacht online zu halten. Als Randbedingungen nehmen wir gutes Wetter, eine neue Batterie und ein ausreichend großes Solarpanel an, um die Batterie tagsüber vollständig zu laden. Während des ersten Jahres betrug die durchschnittliche Leistungsaufnahme unseres Webservers einschließlich aller Leistungsverluste der Solaranlage 1,97 Watt. Während der kürzesten Nacht des Jahres (8 Stunden, 50 Minuten zur Sommersonnenwende am 21. Juni) benötigten wir 17,40 Wattstunden Speicherkapazität und während der längsten Nacht des Jahres (14 Stunden, 49 Minuten zur Wintersonnenwende am 21. Dezember) benötigten wir 29,19 Wattstunden.

Mindestspeicherkapazität, um die Website während der Nacht online zu halten*

Month	Daylight	Night	Storage
21 Sep 2018	12h13min	11h47min	23.21 Wh
21 Oct 2018	10h52min	13h8min	25.87 Wh
21 Nov 2018	9h41min	14h19min	28.2 Wh
21 Dec 2018	9h11min	14h49min	29.1 Wh
21 Jan 2019	9h41min	14h19min	28.2 Wh
21 Feb 2019	10h53min	13h7min	25.84 Wh
21 Mar 2019	12h13min	11h47min	23.22 Wh
21 Apr 2019	13h34min	10h26min	20.55 Wh
21 May 2019	14h41min	9h19min	18.35 Wh
21 Jun 2019	15h10min	8h50min	17.4 Wh
21 Jul 2019	14h43min	9h17min	18.29 Wh
21 Aug 2019	13h36min	10h24min	20.49 Wh

Ort: Barcelona; sonniges Wetter tagsüber;
Wh = Wattstunden

Da Bleiakkus nur bis zu ihrer halben Nennkapazität entladen werden sollten, benötigt der solarbetriebene Server einen Bleiakku von 60 Wh Kapazität, um bei optimalen Wetterbedingungen durch die kürzeste Nacht des Jahres zu kommen (2 x 29,19 Wh). Für den größten Teil des Jahres betrieben wir das System mit einer etwas höhren Batteriekapazität (bis zu 86,4 Wh) und einem Solarpanel von 50 W Nennleistung, und damit erreichten wir die oben genannte Verfügbarkeit von 95-98%. ¹

100% Verfügbarkeit

Eine größere Batterie könnte die Website auch während längerer Perioden schlechten Wetters weiterlaufen lassen, wiederum sofern das Solarpanel leistungsfähig genug ist, um diese Batterie vollständig zu laden. Um einen ganzen Tag sehr schlechten Wetters (ohne nennenswerte Energieerzeugung) auszugleichen, benötigen wir im Mittel 47,28 Wattstunden (24h x 1,97W) Speicherkapazität.

Vom 1. Dezember 2019 bis zum 12. Januar 2020 haben wir das Solarpanel mit 50W Nennleistung mit einem Akku von 168 Wattstunden Nennkapazität kombiniert, der also eine nutzbare Kapazität von 84Wh besitzt. Dies ist genügend Kapazität, um die Website für zwei Nächte und einen Tag zu betreiben. Obwohl wir diese Konfiguration während der dunkelsten Zeit des Jahres getestet haben, hatten wir dabei relativ gutes Wetter und erreichten eine Verfügbarkeit von 100%.

Um aber diese Verfügbarkeit von 100% über einen Zeitraum von mehreren Jahren sicher zu erreichen, wäre ein noch größerer Energiespeicher erforderlich. Um die Website für vier Tage ohne oder mit sehr niedriger Energieerzeugung weiterlaufen zu lassen, würden wir einen Bleiakku von 440Wh Nennkapazität brauchen - also einen von der Größe einer typischen Autobatterie. Wir nennen diese Konfiguration hier, weil sie dem konventionellen Ansatz von Solarenergie-Insellösungen entspricht.

< 90% Verfügbarkeit Wir haben auch mit Batterien gerechnet, die bewusst nicht groß genug sind, um die Website durch die kürzeste Nacht des Jahres zu bringen: 48Wh, 24Wh und 15,6Wh (mit jeweils nutzbarer Kapazität von 24Wh, 12Wh und 7,8Wh). Die kleinste davon ist auch der kleinste Bleiakku, den man typisch im Handel findet.

Eine Website, die sich abends abschaltet, könnte eine interessante Option für einen lokalen Onlinedienst sein, der wenig Zugriffe nach Mitternacht erwartet.

Wenn das Wetter gut ist, lässt der Akku mit 48Wh Nennkapazität den Server in den Nächten von März bis September durchlaufen. Der Bleiakku von 24Wh kann die Website im Mittel 6 Stunden lang laufen lassen, der Server wird sich also praktisch in jeder Nacht des Jahres herunterfahren - allerdings je nach Saison zu verschiedenen Uhrzeiten.

Der Akku mit 15,6Wh Nennkapazität lässt die Website im Mittel für nur vier Stunden online laufen, wenn kein Solarstrom erzeugt wird. Selbst bei gutem Wetter wird der Server sich etwa um ein Uhr nachts im Sommer und etwa um 21:00 Uhr im Winter abschalten. Die maximale Verfügbarkeit für die kleinste Batterie läge bei etwa 50%, und praktisch wird sie wegen schlechten Wetters (Bewölkung und Regen) niedriger liegen.

Eine Website, die sich abends abschaltet, könnte eine interessante Option für einen lokalen Onlinedienst sein, der wenig Zugriffe nach Mitternacht erwartet. Da sich die Leser von Low-tech Magazine aber nahezu gleichverteilt in Europa und den USA befinden, ist das keine attraktive Option für uns. Wenn sich die Website jede Nacht abschaltet, könnten unsere amerikanischen Leser nur in ihren Morgenstunden darauf zugreifen, die an der Westküste sogar nur in den frühen Morgenstunden.

Erwartete Verfügbarkeit nach Batterietyp, ausgehend von voller Ladung

Batterie	Verfügbarkeit
440Wh	Website kommt durch vier Tage schlechten Wetters
168Wh	Website kommt durch einen Tag schlechten Wetters
86,4Wh	Website kommt bei gutem Wetter durch die Nacht
48Wh	Website schaltet sich in vielen Nächten des Jahres offline
24Wh	Website geht in jeder Nacht offline
15,6Wh	Website geht in jeder Nacht offline

Verfügbarkeit und Größe des Solarpanels

Die Verfügbarkeit der solarbetriebenen Website wird nicht nur von der Batterie vorgegeben, sondern auch vom Solarpanel, besonders was schlechtes Wetter angeht. Je größer das Solarpanel, desto schneller lädt es die Batterie auf und desto weniger Sonnenstunden sind nötig, um die Website durch die Nacht zu bringen. Mit dem 50W-Solarpanel sind zum Beispiel eine bis zwei Stunden voller Sonneneinstrahlung ausreichend, um jede der Batterien laden zu können (mit Ausnahme der 440Wh-Autobatterie).

Wenn wir aber das 50W-Solarpanel mit einem 10W-Panel ersetzen, braucht das System wenigstens fünfeinhalb Stunden bei besten Bedingungen, um die 86,4Wh-Batterie aufzuladen (2W sind nötig um den Server zu betreiben, 8W stehen zum Laden der Batterie zur Verfügung). Wenn das 10W-Solarpanel mit einer größeren Batterie kombiniert wird - zum Beispiel dem 168Wh-Bleiakku, braucht es 10,5 Stunden voller Sonneneinstrahlung, um die Batterie ganz aufzuladen. Das ist überhaupt nur zwischen Februar und November möglich.

Ein größeres Solarpanel vergrößert die Chance, dass die Website auch unter nicht optimalen Wetterbedingungen online bleibt

Wolken

Ein größeres Solarpanel ist auch bei wolkigem Wetter vorteilhaft. Je nach Dichte der Wolkendecke können Wolken die Erzeugung von Solarenergie zwischen 0 und 90% des maximal möglichen Werts herabsetzen. Wenn ein 50W-Solarpanel nur 10% seiner Nennleistung bringt (also 5W), dann reicht das noch aus um den Server zu betreiben (2W) und die Batterie mit 3W aufzuladen.

Wenn aber ein 10W-Solarpanel nur 10% seiner Nennleistung bringt, dann reicht das eventuell gerade mal aus, um den Server zu betreiben; die Batterie wird dann nicht mehr geladen. Wir haben die Website zwischen dem 12. und 21. Januar 2020 mit einem 10W-Panel betrieben und sie schaltete sich jeweils schnell aus, wenn das Wetter nicht optimal war. Wir haben jetzt aktuell ein 30W-Solarpanel mit einer 168Wh-Batterie kombiniert, um die Website zu versorgen.

Ein Solarpanel mit 5W - das kleinste 12V-Solarpanel im Handel - stellt das absolute Minimum für eine solarbetriebene Website dar. Allerdings wird es nur unter besten Bedingungen in der Lage sein, den Server zu betreiben (2W) und gleichzeitig eine Batterie zu laden (3W). Auf diese Weise kann die Website auch nur durch die Nacht weiterlaufen, wenn der Tag genügend Sonnenstunden hat. Da Solarpanel aber nur selten ihre Nennleistung erreichen, würde ein solches Panel praktisch dazu führen, dass eine Website nur online ist, wenn die Sonne scheint.

Obwohl die Kombination aus einem kleinen Solarpanel und einer großen Batterie dieselbe Graue Energie haben kann wie ein großes Solarpanel mit einer kleinen Batterie, wird sich das resultierende System natürlich sehr unterschiedlich verhalten. Im allgemeinen erscheint es sinnvoller, sich eher für ein größeres Solarpanel und eine kleinere Batterie zu entscheiden, da diese Kombination die Lebensdauer der Batterie verlängert. Bleiakkus müssen von Zeit zu Zeit voll aufgeladen werden, um nicht zu schnell unter ihre Nennkapazität zu fallen.

Erforderliche Sonnenstunden um die Batterie zu laden, abhängig von der Nennleistung des Solarpanels*

Batterie	50W	30W	10W	5W
440Wh	6h45min	11h14min	33h44min	67h28min
168Wh	2h35min	4h17min	12h53min	25h46min
86.4Wh	1h17min	2h12min	6h37min	13h15min
48Wh	0h44min	1h13min	3h41min	7h22min
24Wh	0h22min	0h37min	1h50min	3h41min
15.6Wh	0h14min	0h24min	1h12min	2h24min

Unter Annahme von 75% der Nennleistung des Solarpanels, 15% Ladeverlusten und einer Entladung der Batterie bis 50% der Nennkapazität.

Graue Energie für verschiedene Größen von Batterien und Solarpanels

Die Herstellung von Bleiakkus erfordert 1,03 MJ (Megajoule) Energie pro Wattstunde Batteriekapazität ². Um Solarzellen herzustellen, sind 3,514 MJ pro Quadratmeter Solarzelle nötig ³. In der Tabelle unten stellen wir die Graue Energie für verschiedene Größen von Batterien und Solarpanels vor, und errechnen daraus die Graue Energie pro Jahr. Dabei gehen wir von einer Lebensdauer von fünf Jahren für Batterien und 25 Jahren für Solarpanels aus. Diese Werte wandeln wir um in Kilowattstunden pro Jahr und wir beziehen uns dabei auf Primärenergie, nicht etwa auf elektrischen Strom.

Eine solarbetriebene Website braucht auch einen Laderegler und natürlich den Webserver. Die Graue Energie dieser Komponenten bleibt gleich, unabhängig von der Größe von Solarpanel oder Batterie. Die Graue Energie dieser beiden Komponenten berechnen wir ausgehend von einer angenommenen Lebensdauer von 10 Jahren. ⁴ ⁵

Graue Energie verschiedener Komponenten (pro Betriebsjahr)

Batterie*	Graue Energie
440Wh Batterie	25.17 kWh/pro Jahr
168Wh Batterie	9.60 kWh/pro Jahr
86.4Wh Batterie	3.91 kWh/pro Jahr
48Wh Batterie	2.75 kWh/pro Jahr
24Wh Batterie	1.27 kWh/pro Jahr
15.6Wh Batterie	0.89 kWh/pro Jahr

5 Jahre angenommene Lebensdauer der Batterie
Angaben in kWh/Jahr sind bezogen auf Primärenergie

Solarpanel*	Graue Energie
50W-Solarpanel	16.96 kWh/pro Jahr
30W-Solarpanel	10.20 kWh/pro Jahr
10W-Solarpanel	3.40 kWh/pro Jahr
5W-Solarpanel	1.70 kWh/pro Jahr

25 Jahre angenommene Lebensdauer der Solarpanels
Angaben in kWh/Jahr sind bezogen auf Primärenergie

andere Komponenten*	Graue Energie
Solar-Laderegler	3.33 kWh/pro Jahr
Server	5.00 kWh/pro Jahr

10 Jahre angenommene Lebensdauer der Solarpanels
Angaben in kWh/Jahr sind bezogen auf Primärenergie

Nun haben wir alle Daten, um die Graue Energie des Systems für alle Kombinationen aus Solarpanels und Batterien zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle unten dargestellt. Zwischen der Konfiguration mit dem kleinsten und der mit dem größten Wert unterscheidet sich die Graue Energie um einen Faktor von fünf: von 10,92 kWh/Jahr Primärenergie für die Kombination aus kleinstem Solarpanel (5W) und kleinster Batterie (15,6Wh) bis zu 50,46 kWh/Jahr Primärenergie für die Kombination aus dem größten Solarpanel (50W) mit der größten Batterie (440Wh).

Graue Energie pro Jahr für verschiedene Konfigurationen der Solaranlage*

Batterie	50W	30W	10W	5W
	Solar Panel
440Wh	50.46 kWh	43.70 kWh	n/a	n/a
168Wh	34.89 kWh	28.13 kWh	21.33 kWh	n/a
86.4Wh	29.20 kWh	22.36 kWh	15.64 kWh	13.94 kWh
48Wh	28.04 kWh	21.28 kWh	14.18 kWh	12.78 kWh
24Wh	26.29 kWh	19.80 kWh	13.00 kWh	11.30 kWh
15.6Wh	26.18 kWh	19.42 kWh	12.62 kWh	10.92 kWh

Darin inbegriffen die Graue Energie von Laderegler und Webserver
Angaben in kWh/Jahr sind bezogen auf Primärenergie
“n/a” = das Solarpanel kann die Batterie in keiner Jahreszeit vollständig laden

Wenn wir diese Resultate durch die Zahl von Besuchern der Website (865.000 einzelne Besuche) dividieren, erhalten wir die Graue Energie pro einzelnem Besuch der Website. Für unsere ursprüngliche Konfiguration mit 95-98% Verfügbarkeit (50W-Solarpanel und 86,4Wh-Batterie) wurden pro einzelnem Besuch 0,03Wh Primärenergie verbraucht. Das Resultat wäre ziemlich ähnlich für die anderen Konfigurationen mit geringerer Verfügbarkeit, da einerseits die Graue Energie geringer wäre, aber duch die kürzere Erreichbarkeit der Website auch die Anzahl der einzelnen Besuche.

Kohlenstoffemissionen: wie nachhaltig ist die solarbetriebene Website?

Kohlenstoffemissionen der solarbetriebenen Website Da wir nun die Graue Energie verschiedener Konfigurationen errechnet haben, können wir auch deren CO2-Emissionen bestimmen. Wir können den energetischen Fussabdruck der solarbetriebenen Website nicht mit unserer herkömmlichen Website vergleichen, da diese anderswo gehostet wird und uns für ihren Energieverbrauch keine Daten vorliegen. Was wir aber vergleichen können ist die solarbetriebene Website einerseits mit einer ähnlichen, selbstgehosteten Konfiguration, welche statt Solarenergie mit Strom aus dem öffentlichen Netz betrieben wird. So können wir die Frage der Nachhaltigkeit des Solarbetriebs der Website für uns klären.

Lebenszyklusanalysen von Solarpaneln sind nicht besonders hilfreich zur Bestimmung der CO2-Emissionen unserer Kompomenten, da diese typisch von der Annahme ausgehen, dass die gesamte von Solarpanels abgegebene elektrische Energie auch verbraucht wird. In unserem Fall trift diese Annahme nicht unbedingt zu: Bei den größeren Solarpanels geht unter optimalen Wetterbedingungen eine Menge Energie verloren, da wir sie nicht speichern können.

Das Hosten der solarbetriebenen Version von Low-tech Magazine hat im Laufe eines Jahres soviel C02-Emissionen verursacht wie eine 50km lange Fahrt mit einem durchschnittlichen Auto.

Daher wählen wir einen anderen Ansatz: wir wandeln die Graue Energie unserer Komponenten in äquivalente Liter Dieselöl um (ein Liter Öl enthält 10kWh Primärenergie) und berechnen das Resultat aufgrund der CO2-Emissionen von Öl (ein Liter Dieselöl verursacht 3kg Treibhausgase, einschließlich seiner Gewinnung und Raffination). Hier rechnen wir mit ein, dass die meisten Solarpanels und Batterien heutzutage in China hergestellt werden, wo der Betrieb des Stromnetzes dreimal so kohlenstoffintensiv und 50% weniger effizient ist wie in Europa. ⁶

Das bedeutet, dass der Verbrauch fossiler Brennstoffe während des ersten Betriebsjahres der solarbetriebenen Version von Low-tech Magazine (mit 50W-Solarpanel und 86,4Wh-Batterie) drei Litern Öl beziehungsweise 9kg CO2-Emissionen entspricht - also etwa soviel wie eine 50km lange Fahrt mit einem durchschnittlichen europäischen Auto. Die Tabelle unten stellt die Ergebnisse für die anderen Konfigurationen dar:

Graue Energie in Öläquivalenten (l/Jahr) und Kohlenstoffemissionen (kg CO2/Jahr) für verschiedene Konfigurationen des Solarsystems*

	50W	30W	10W	5W
440Wh	5.05 L 15.14 kg	4.37 L 13.11 kg	n/a	n/a
168Wh	3.49 L 10.47 kg	2.81 L 8.44 kg	2.13 L 6.40 kg	n/a
86.4Wh	2.92 L 8.76 kg	2.24 L 6.71 kg	1.56 L 4.69 kg	1.39 L 4.18 kg
48Wh	2.80 L 8.41 kg	2.13 L 6.38 kg	1.45 L 4.34 kg	1.28 L 3.83 kg
24Wh	2.63 L 7.89 kg	1.98 L 5.94 kg	1.3 L 3.90 kg	1.13 L 3.39 kg
15.6Wh	2.62 L 7.85 kg	1.94 L 5.83 kg	1.26 L 3.79 kg	1.09 L 3.28 kg

Darin inbegriffen die Graue Energie von Laderegler und Webserver
“n/a” = das Solarpanel kann die Batterie in keiner Jahreszeit vollständig laden

Vergleich mit der Kohlenstoffintensität des Spanischen Elektrizitätsnetzes Berechnen wir nun die hypothetischen CO2-Emissionen, die entstünden, wenn wir unseren selbstgehosteten Webserver mit Strom aus dem Netz anstatt mit Solarstrom betrieben. In diesem Fall hängen die CO2-Emissionen vom Spanischen Stromnetz ab, welches tatsächlich eins der am wenigsten kohlenstoffintensiven in Europa ist, da ein hoher Anteil an erneuerbaren Energien und Atomenergie eingespeist wird (36,8% Erneuerbare und 22% Atomenergie während des Jahres 2019).

Im vergangenen Jahr nahm die Kohlenstoffintensität des Spanischen Elektrizitätsnetzes auf 162g CO2 pro Kilowattstunde Strom ab. Zum Vergleich - der entsprechende Durchschnittswert in Europa beträgt 300g pro kWh Strom. Im US-amerikanischen Stromnetz sind es 400g und im Chinesischen sogar 900g CO2 pro kWh Strom.

Wenn wir ausschließlich den operativen Energiebedarf unseres Servers betrachten, der während des ersten Jahres 9,53 kWh Strom betrug, hätten wir bei einem Betrieb im Spanischen Stromnetz 1,54kg CO2-Emissionen verursacht, verglichen mit drei bis 10kg in den von uns getesteten Konfigurationen. Das scheint darauf hinzuweisen, dass unser solarbetriebener Server keine gute Idee war, da selbst das kleinste Solarpanel zusammen mit der kleinsten Batterie noch mehr Kohlenstoffemissionen verursacht als der Betrieb am öffentlichen Stromnetz.

Wenn die Kohlenstoffintensität von Elektrizitätsnetzen angegeben wird, nimmt man die Graue Energie der Infrastruktur von erneuerbaren Energien mit Null an.

Wir würden in diesem Fall aber Äpfel mit Birnen vergleichen. Wir haben unsere Emissionen aufgrund der errechneten Grauen Energie unserer Geräte bestimmt. Wenn die Kohlenstoffintensität von Elektrizitätsnetzen angegeben wird, nimmt man die Graue Energie der Infrastruktur von erneuerbaren Energien mit Null an. Wenn wir die Kohlenstoffintensität unseres eigenen Inselnetzes auch so berechnet hätten, wäre sie auf diese Weise natürlich auch Null.

Wenn ein Stromnetz vor allem von fossilen Kraftwerken gespeist wird, kann es nachvollziehbar sein, der Infrastruktur des Netzes keine eigenen Emissionen (keine Graue Energie) zuzurechnen, da die Graue Energie der Netzinfrastruktur klein ist gegenüber den Emissionen der Kraftwerke, die ja laufend fossile Brennstoffe verfeuern. Wenn aber vor allem erneuerbare Energien eingespeist werden, ist das Gegenteil der Fall. Hier sind die operativen Kohlenstoffemissionen praktisch Null, aber bei der Errichtung und Wartung der Infrastruktur wird sehr wohl Energie verbraucht - eben die Graue Energie der Kraftwerke, Anlagen und Leitungen.

Um einen fairen Vergleich mit unserem solarbetriebenen Server anzustellen, müsste die Berechnung der Kohlenstoffintensität des Spanischen Stromnetzes eigentlich die Emissionen aus dem Bau und der Wartung der Kraftwerke, der Hochspannungsleitungen und des Verteilungsnetzes und auch die der großtechnischen Energiespeicherung (falls Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen dereinst verschwinden sollten) mit beinhalten. Natürlich hinge die Graue Energie all dieser Komponenten auch wiederum von der gewählten Verfügbarkeit des Netzes ab, genauso wie das im Kleinen für unser eigenes Inselnetz der Fall ist (siehe oben).

Mögliche Verbesserungen

Wir könnten die Nachhaltigkeit unserer solarbetriebenen Website noch auf viele Arten verbessern ohne ihre Verfügbarkeit zu verringern. Die Herstellung von Solarpanels und Batterien mit Strom aus dem Spanischen Stromnetz hätte in Bezug auf die Kohlenstoffemissionen die größte Wirkung, da der CO2-Fussabdruck unserer Konfiguration dann nur etwa ein Fünftel des heutigen Wertes betrüge. Was wir selbst tun können, ist den operativen Energieverbrauch des Servers zu verkleinern und die Effizienz der solaren Stromerzeugung zu erhöhen. Beides könnte uns erlauben, mit einem kleineren Solarpanel und einer kleineren Batterie auszukommen und dadurch Graue Energie zu verringern. Wir könnten auch auf eine andere Art der Energiespeicherung oder sogar eine andere Art der Energieerzeugung umsteigen.

der Server

Wir haben schon einige Änderungen umgesetzt, durch die der Server einen niedrigeren operativen Stromverbrauch hat. Wir fanden zum Beispiel heraus, dass mehr als die Hälfte des Datenverkehrs auf unserem Server (6,63 von 11,16 Terabyte über das Jahr gerechnet) mit einer einzelnen fehlerhaften RSS-Implementierung verursacht wurde, durch die unser Feed alle paar Minuten abgefragt wurde.

Eine Verringerung der Leistungsaufnahme von 0,19W summiert sich über 24h auf 4,56Wh - damit kann die Website mehr als zweieinhalb Stunden länger online bleiben.

Die Korrektur dieses Fehlers zusammen mit einigen anderen Anpassungen ließen die Leistungsaufnahme unseres Servers von 1,14W auf 0,95W sinken. Dieser Gewinn mag klein erscheinen, aber eine Verringerung der Leistungsaufnahme von 0,19W summiert sich über 24h auf 4,56Wh - damit kann die Website mehr als zweieinhalb Stunden länger online bleiben.

Effizienz des Systems

Im Laufe des ersten Jahres betrug die Effizienz unseres Systems nur 50%. Während des Ladens und Entladens der Batterie treten Verluste auf (etwa 22%). Dasselbe passiert bei der Spannungswandlung von 12V (der Ausgangsspannung des Solarsystems) zu 5V (der USB-Versorgungsspannung des Servers), wo die Verluste sich auf 28% summieren. Unser erster Spannungswandler war nicht besonders elegant (leider hat unser Solar-Laderegler keinen direkten USB-Ausgang), und wir könnten einen besseren bauen oder alternativ zu einer Solaranlage mit direktem 5V-Ausgang wechseln.

Energiespeicherung Um die Effizienz der Energiespeicherung zu erhöhen, könnten wir die Bleiakkus mit teureren Lithium-Ionen-Batterien ersetzen, welche niedrigere Lade-/Entladeverluste aufweisen (<10%) und gleichzeitig auch eine niedrigere Graue Energie haben. Mit höherer Wahrscheinlichkeit könnten wir uns aber vorstellen, zu einem kompakten Druckluftspeichersystem zu wechseln. Obwohl Niederdruck-Speichersysteme eine mit Bleiakkus vergleichbare Effizienz haben, ist ihre Graue Energie viel niedriger, weil ihre Lebensdauer erheblich höher ist (Jahrzehnte anstelle von Jahren).

Energiequelle

Um die Graue Energie unseres Systems zu verringern, könnten wir auch unsere Energiequelle wechseln. Die Erzeugung von Solarstrom hat verglichen mit Windkraft, Wasserkraft oder sogar dem Menschen als mechanischer Energiequelle sehr viel Graue Energie. Diese alternativen Energiequellen können schon mit wenig mehr als einem elektromechanischen Generator und einem Spannungsregler genutzt werden, und der Rest des Aufbaus könnte zum Beispiel aus Holz bestehen. Eine mit Wasserkraft betriebene Website würde keinen high-tech-Energiespeicher benötigen, sondern käme stattdessen mit einem kleinen Stauteich aus. In einem kalten Klima könnte man eine Website sogar mit einem thermoelektrischen Wandler betreiben, der an einem Holzofen montiert ist.

Heliostat

In einer Region mit regelmäßigen Winden oder gutem Potenzial für die Nutzung von Wasserkraft könnte man ein System mit deutlich niedrigerer Grauer Energie bauen, als uns das möglich war. Wenn der Autor sich nicht etwa entscheiden sollte diese Website mit Hand- oder Pedalbetrieb zu versorgen, hängen wir vermutlich weiter von Solarzellen ab. Die größte Verbesserung unter dieser Randbedingung wäre es vermutlich, die Solarpanel mit einem Heliostaten auszustatten, der sie automatisch nach dem Sonnenstand ausrichtet. Damit könnte die Energieerzeugung um bis zu 30% effektiver gemacht werden und uns eine höhere Verfügbarkeit und/oder die Verwendung eines kleineren Solarpanels erlauben.

Skalieren wir es hoch!

Schließlich könnte man die Nachhaltigkeit unseres Systems auch verbessern, indem man es hochskaliert: ein Server könnte mehrere Websites hosten; ein Solarsystem könnte mehrere (und/oder größere) Webserver versorgen. Eine solche Konfiguration könnte eine deutlich niedrigere Graue Energie aufweisen, als es ein eigentlich zu groß dimensioniertes System für eine einzelne Website allein kann.

Abbildung: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Solarer Webhoster

Wenn wir den Balkon des Autors dieser Zeilen mit Solarpanels füllten und eine Firma für solares Webhosting gründeten, könnte die Graue Energie pro einzelnem Seitenaufruf signifikant sinken. Wir bräuchten nur einen Server für zahlreiche Websites und nur einen Laderegler für zahlreiche Solarpanels. Die Spannungswandlung wäre effizienter, und sowohl Solarenergie als auch Batterien würden von allen Websites geteilt, wodurch Skaleneffekte entstehen.

Hiermit beschreiben wir natürlich genau das Konzept eines Rechenzentrums. Obwohl wir keine Ambitionen haben so ein Geschäftsmodell zu betreiben, könnten andere diese Idee weiterführen: ein Rechenzentrum für Webhosting einrichten, welches genauso effizient wie jedes andere betrieben wird, aber in einem elektrischen Inselnetz und vollständig von erneuerbaren Energien versorgt wird, und das sich bei schlechtem Wetter abschaltet.

Mehr Websites

Unser Webserver ist tatsächlich leistungsfähig genug, um mehrere Websites zu hosten. Daher haben wir bereits einen kleinen Schritt in Richtung von Skaleneffekten unternommen, indem wir die Spanische) von Low-tech Magazine auf den solarbetriebenen Server verschoben haben.

Obwohl diese Änderung unseren operativen Stromverbrauch und möglicherweise auch unseren Verbrauch Grauer Energie erhöhen wird, haben wir damit andererseits auch anderswo gehostete Websites eliminiert. Wir müssen auch daran denken, dass die Besucherzahl von Low-tech Magazine in der Zukunft steigen könnte. Daher möchten wir energieeffizienter werden, um unseren ökologischen Fußabdruck mindestens konstant zu halten.

Server und Beleuchtung kombinieren

Skaleneffekte könnten auch erzielt werden, wenn noch einmal ganz anders gedacht wird. Der solarbetriebene Server ist ein Teil des Haushalts des Autors. Dieser Haushalt wird auch teilweise mit Solarenergie in einem Inselnetz versorgt. Wir konnten deswegen verschiedene Größen von Batterien und Solarpanels testen, da wir so die Möglichkeit hatten, sie einfach zwischen den verschiedenen Installationen in diesem Haushalt durchzutauschen.

Als wir den Server mit dem 50W-Panel versorgten, betrieb der Autor das Licht im Wohnzimmer mit einem 10W-Panel - und saß dementsprechend abends öfter im Dunkeln. Als wir umgekehrt den Server am 10W-Panel laufen ließen, war es andersherum: es gab mehr Licht im Haushalt, dafür aber eine niedrigere Verfügbarkeit des Servers.

Wenn das Wetter schlecht wird kann sich der Autor entscheiden die Lichter aus- und dafür den Server anzulassen - oder umgekehrt.

Nehmen wir an, dass wir sowohl das Licht als auch den Server an einer Solaranlage betreiben. Die Graue Energie wäre niedriger, wenn beide Systeme betrachtet werden, denn nur ein Laderegler ist für beide nötig. Außerdem könnte man so mit einer insgesamt kleineren Batteriekapazität und insgesamt kleineren Fläche von Solarpanels auskommen. Wenn das Wetter schlecht wird kann sich der Autor entscheiden die Lichter aus- und dafür den Server anzulassen - oder umgekehrt. Diese Flexibilität haben wir jetzt nicht, da der Server die einzige Last in seinem System ist und sein Energieverbrauch nicht auf einfache Weise angepasst werden kann.

Energieverbrauch im Netz

Soweit wir wissen, ist dies die erste Lebenszyklusanalyse einer Website die ausschließlich mit erneuerbarer Energie versorgt wird und die Graue Energie ihrer Infrastruktur zur Stromerzeugung und -Speicherung mit enthält. Natürlich ist das aber nicht der gesamte Energieverbrauch, der mit dieser Website zusammenhängt.

Es gibt auch noch die operative und Graue Energie der Infrastruktur des Netzwerks (darunter fällt unser Router, die Übertragungswege des Internets und das Mobilnetzwerk), sowie die operative und Graue Energie der Endgeräte, mit denen unsere Besucher auf unsere Website zugreifen: Smartphones, Tablets, Laptops und Desktop-PCs. Einige dieser Geräte haben relativ niedrigen operativen Energieverbrauch, aber alle haben eine begrenzte Lebensdauer und daher eine relativ hohe Graue Energie.

Der operative Energieverbrauch des Netzes besitzt einen Sockel (auch wenn keine Daten übertragen werden, wird noch Strom verbraucht), skaliert darüberhinaus aber mit dem Brutto-Datenverkehr, also den tatsächlich übertragenen Bits pro Zeit. Daher ist unsere sehr schlanke Website bei der Übertragung genauso effizient wie beim Hosting auf unserem eigenen Server. Wir haben aber wenig bis keinen Einfluss darauf, mit welchen Geräten die Menschen auf unsere Website zugreifen und sie anzeigen, und hier wirkt sich der direkte Vorteil unseres schlanken Webdesigns auch weniger aus als beim Hosting und bei der Übertragung. Zwar hat unsere Website im Prinzip das Potenzial, die Lebensdauer von Endgeräten zu verlängern, denn sie ist schlank genug, um auch auf alten Geräten noch gut auszusehen und schnell geladen zu werden. Leider wird unsere Website allein aber kaum dazu führen, dass die Menschen ihre Endgeräte länger behalten.

Sowohl das Netz als auch Endgeräte könnten ähnlich der solarbetriebenen Website neu gedacht werden.

Auch wenn wir uns diese Begrenzung klar machen, können wir aber sowohl die Netzinfrastruktur als auch Endgeräte ähnlich der Konzepte der solarbetriebenen Website neu denken. Sie könnten herunterskaliert und durch erneuerbare Energien und mit begrenzten Energiespeichern versorgt werden. Teile der Netzinfrastruktur könnten sich bei schlechtem Wetter abschalten; eine Email könnte von einem Gewitter in 3.000km Entfernung zeitweilig aufgehalten werden. Tatsächlich gibt es in manchen Ländern.

Man geht typisch davon aus, dass der gesamte Energieverbrauch des Internets ungefähr zwischen Servern, der Übertragungsinfrastruktur und den Endgeräten gleichverteilt ist (wenn man den operativen und auch den Verbrauch an Grauer Energie betrachtet). Daher können wir zum Schluss eine grobe Abschätzung machen, wie der gesamte Energieverbrauch dieser Website aussehen könnte, wenn das Internet wie oben beschrieben neu gedacht würde. Für unser ursprüngliches Setup mit 95,2% Verfügbarkeit wären das 87,6kWh äquivalenter Primärenergie, oder 9 Liter Öl beziehungsweise 27kg CO2-Emissionen pro Jahr. Die möglichen Verbesserungen, die wir oben ausgeführt haben, könnten diese Werte auch insgesamt weiter reduzieren helfen, denn bei dieser Abschätzung gehen wir ja davon aus, dass das gesamte Internet von solaren Inselnetzen auf Balkons versorgt wird… nur eben etwas größer dimensioniert.

Mit Dank an Kathy Vanhout, Adriana Parra und Gauthier Roussilhe

die Speicherkapazität für unser ursprüngliches Setup ist eine Schätzung. Tatsächlich haben wir während dieses Zeitraums den solar versorgten Server zusammen mit einem 24Wh (3,7V; 6,6A) LiPo-Akku betrieben und einen sehr alten Bleiakku von 84,4Wh zwischen den LiPo-Akku und den Laderegler gehängt, um beide Systeme kompatibel zu machen. Die Grenzspannung des Bleiakkus war im Sommer relativ hoch eingestellt (das bedeutete praktisch, dass wir das System fast nur mit dem LiPo-Akku versorgten) und im Winter niedriger (so dass der Bleiakku die Stromversorgung in den dunklen Stunden mittrug). Dieses relativ komplizierte Setup mussten wir deshalb wählen, da wir nur für den LiPo-Akku eine Ladestandsmessung durchführen konnten. Diese benötigten wir für unsere online-Batterieanzeige. Im November 2019 entwickelten wir unsere eigene Ladestandsanzeige für den Bleiakku, so dass wir den LiPo-Akku aus unserem System entfernen konnten. ↩︎
“Energy Analysis of Batteries in Photovoltaic systems. Part one (Performance and energy requirements)” (PDF) and “Part two (Energy Return Factors and Overall Battery Efficiencies)” (PDF). Energy Conversion and Management 46, 2005 ↩︎
Zhong, Shan, Pratiksha Rakhe, and Joshua M. Pearce. “Energy payback time of a solar photovoltaic powered waste plastic recyclebot system.” Recycling 2.2 (2017): 10. ↩︎
Es gibt nur wenig nutzbare Forschungsergebnisse zur Grauen Energie von Solar-Ladereglern. Die meisten Studien haben ihren Schwerpunkt auf großen photovoltaischen Systemen, bei denen die Graue Energie der Laderegler verglichen mit derjenigen der Solarpanels vernachlässigt werden können. Das brauchbarste Datum, welches wir fanden, gab einen Wert von 1 Megajoule pro Watt an, bezogen auf die Nennleistung des Ladereglers (Quelle: Kim, Bunthern, et al. “Life cycle assessment for a solar energy system based on reuse components for developing countries.” Journal of cleaner production 208 (2019): 1459-1468.). Für eine Nennleistung von 120W bedeutet das 120MJ oder 33,33kWh. Für die erwartete Lebensdauer fanden wir Werte von 7 Jahren und 12,5 Jahren (Quellen: einerseits dieselbe wie oben, und andererseits Kim, Bunthern, et al. “Second life of power supply unit as charge controller in PV system and environmental benefit assessment.” IECON 2016-42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2016.). Wir entschieden, für unsere Berechnungen eine Lebensdauer von 10 Jahren anzunehmen. ↩︎
Es gibt unseres Wissens keine Forschungsergebnisse zur Grauen Energie unseres Webservers. Wir berechneten die Graue Energie ausgehend von der Lebenszyklusanalyse eines Smartphones (Quelle: rcan, Mine & Malmodin, Jens & Bergmark, Pernilla & Kimfalk, Emma & Nilsson, Ellinor. (2016). Life Cycle Assessment of a Smartphone 10.2991/ict4s-16.2016.15.). Wir wissen nicht, was die erwartete Lebensdauer des Servers ist, aber da unser Olimex für industriellen Einsatz gedacht ist (anders als zum Beispiel ein Raspberri Pi), gehen wir davon aus, dass wir wie beim Laderegler eine Lebensdauer von 10 Jahren annehmen können. ↩︎
De Decker, Kris. “How sustainable is solar PV power?”, Low-tech Magazine, May 2015. ↩︎

Manche Lichter anlassen: eine Neudefinition der Sicherheit der Energieversorgung

Sun, 09 Dec 2018 00:00:00 +0000

Es ist unmöglich, eine stetige Versorgung mit einem endlichen Gut dauerhaft aufrechtzuerhalten.Image: [Camilla MP](https://www.flickr.com/photos/dieknochenblume/8454004839/in/photolist-nJrNa3-z9St6d-vicpX8-bjNYMa-CNWajb-PKUbFu-8TqWZX-qzaoch-r3Gb3J-28jYUV3-p3gMD1-snwVj-2chyArN-4ehCVH-cWuLz-dT3Z78-pnFKK9-5qGDSP-hxU2d7-24uoKVs-f7CoCe-93ZqZQ-jPMVaK-T4yoN-4HiX59-97Kq68-23hFdSw-jE59uD-9aFpr7-68DbEo-NvymKZ-335BtT-8RtT65-a6Jut4-nt2zNy-qrkSGP-HPM9ee-bcdyA2-5Fy731-FGSpvq-eqKSpH-8jGFmq-qcFSw4-6USSog-dJEYby-jk3JQ2-7BMzWV-jetX2F-hLnHJy-5SHzAW).

Während eine Gesellschaft für ihr tägliches Funktionieren mehr und mehr von Energiequellen abhängt, wird sie für Unterbrechungen der Energieversorgung anfälliger. Diese offensichtliche Tatsache wird in den aktuellen Strategien zur Sicherheit der Energieversorgung ignoriert, was diese Strategien kontraproduktiv macht.

Was bedeutet „Sicherheit der Energieversorgung“?

Was bedeutet es für eine Gesellschaft, einen Zustand der “sicheren Energieversorgung” zu erreichen? Obwohl es mehr als vierzig verschiedene Definitionen dieses Konzepts gibt, haben sie alle das grundsätzliche Kriterium gemein, dass das Angebot an Energieversorgung immer die Nachfrage nach Energie erfüllen sollte. Das impliziert auch, dass die Energieversorgung konstant sein soll - es darf keine Versorgungsunterbrechungen geben. ¹ ² ³ ⁴ Die internationale Energieagentur (IEA, international energy agency) definiert Sicherheit der Energieversorgung beispielsweise als “die ununterbrochene Verfügbarkeit von Energiequellen zu einem günstigen Preis”; das US-Ministerium für Energie und Klimawandel (DECC, department of energy and climate change) definiert das Konzept durch die Bedeutung, dass “die Risiken der Unterbrechung der Energieversorgung niedrig” sein sollen; und die EU definiert sie über eine “stabile und üppige Versorgung mit Energie”. ⁵ ⁶ ⁷

Historisch wurde eine Sicherheit der Energieversorgung über die Sicherung des Zugangs zu Wäldern und Torfmooren für thermische Energie, und zu Menschen-, Tier-, Wind- oder Wasserkraft als Quellen für mechanische Energie hergestellt. Mit dem Beginn der industriellen Revolution verschob sich der Begriff der Sicherheit der Energieversorgung zur Versorgung mit fossilen Brennstoffen. Als theoretisches Konzept ist die Sicherheit der Energieversorgung am engsten verbunden mit den Ölkrisen der 1970er Jahre, als Embargos und Preismanipulationen die Verfügbarkeit von Ölprodukten in westlichen Staaten begrenzten. Es ist eine Folge dieser Zeit, dass die meisten Industriestaaten immer noch Ölreserven in Höhe eines mehrmonatigen Verbrauchs vorhalten.

Obwohl das Öl für industrialisierte Länder vor allem für den Transport- und Agrarsektor so wichtig ist wie in den 1970ern, hat man inzwischen erkannt, dass Sicherheit der Energieversorgung in modernen Gesellschaften auch mit anderen Infrastrukturen zu tun hat, zum Beispiel denen zur Versorgung mit Gas, Strom und sogar Daten. Darüberhinaus sind diese Infrastrukturen in zunehmendem Maße verbunden und hängen voneinander ab. Gas ist zum Beispiel ein wichtiger Brennstoff zur Stromgewinnung, während Stromversorgung zum Betrieb von Gaspipelines notwendig ist. Das Stromnetz ist eine Voraussetzung zum Betrieb von Datennetzen, und Datennetze sind nötig, um Stromnetze zu verwalten.

Das Stromnetz ist eine Voraussetzung zum Betrieb von Datennetzen, und Datennetze sind nötig, um Stromnetze zu verwalten.

Dieser Artikel untersucht das Konzept der Sicherheit der Energieversorgung mit einem schwerpunktmäßigen Blick auf das Stromnetz, welches für industrialisierte Gesellschaften genauso lebenswichtig geworden ist wie Öl. Die Elektrifizierung wird außerdem als ein Weg gesehen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren - man denke nur an Elektroautos, Wärmepumpen und Windkraftwerke.

Die “Sicherheit” oder “Zuverlässigkeit” eines Stromnetzes kann mit Indikatoren der Kontinuität genau bestimmt werden, so wie zum Beispiel der Wahrscheinlichkeit des Lastverlusts (LOLP, loss-of-load probability) und dem Index für durchschnittliche Systemunterbrechungsdauer (SAIDI, system average interruption duration index). Mithilfe dieser Indikatoren kann man nur zum Schluss kommen, dass die Stromnetze in industrialisierten Ländern sehr sicher sind. In Deutschland beispielsweise ist elektrische Energie 99,996% der Zeit verfügbar, das bedeutet eine Unterbrechung der Versorgung für weniger als eine halbe Stunde pro Kunde pro Jahr. ⁸ Selbst die Länder mit der schlechtesten Verfügbarkeit in Europa (Lettland, Polen, Litauen) haben Versorgungsunterbrechungen von nur acht Stunden pro Kunde pro Jahr, was einer Verfügbarkeit von 99,90% entspricht. ⁸ Das Stromnetz der USA liegt zwischen diesen beiden Werten, mit Unterbrechungen von weniger als vier Stunden pro Kunde pro Jahr (99,96% Verfügbarkeit). ⁹

Wie sicher ist ein Stromnetz mit erneuerbaren Energien?

So wie die Infrastrukturen derzeit betrieben werden, leben wir mit der Vorstellung, dass Kunden Zugang zu soviel Strom, Gas, Öl, Daten oder Wasser haben können und auch sollen, wie sie möchten, wann sie möchten, und wie lange sie möchten. Die einzige Bedingung ist, dass sie die Rechnung bezahlen. Wenn wir uns den Versorgungssektor anschauen, ist diese Vision von Sicherheit der Energieversorgung aus verschiedenen Gründen ziemlich problematisch. Zunächst einmal sind die meisten Quellen, auf denen sich die Stromversorgung aufbaut, endlich - und es ist natürlich nicht möglich, eine stetige Versorgung mit einem endlichen Gut auf Dauer aufrechtzuerhalten. Auf lange Sicht muss diese Strategie zur Aufrechterhaltung eine sicheren Energieversorgung versagen. Auf kürzere Sicht kann sie das Klima schädigen und bewaffnete Konflikte herbeiführen.

Die internationale Energieagentur (IEA), welche nach der ersten Ölkrise in den frühen 1970er Jahren gegründet wurde, fördert den Einsatz von erneuerbaren Energiequellen, um die Energieversorgung zu diversifizieren, also auf mehrere Beine zu stellen, und langfristig so ihre Sicherheit zu verbessern. Ein Stromnetz mit erneuerbaren Energien ist weder abhängig von Energieimporten aus dem Ausland, noch empfindlich gegenüber Manipulationen der Treibstoffpreise - welche in einer Infrastruktur basierend auf fossilen Brennstoffen zu den Hauptsorgen gehören. Solarpanels und Windkraftwerke haben natürlich eine begrenzte Lebensdauer und müssen hergestellt werden, wozu auch Ressourcen erforderlich sind, welche aus dem Ausland kommen oder die selbst irgendwann erschöpft sein können. Sobald sie installiert sind, sind erneuerbare Energiesysteme aber “sicher” auf eine Weise und für eine Zeitspanne, wie das für fossile Brennstoffe (und auch für Atomenergie) nicht der Fall ist.

Erneuerbare Energiequellen bedeuten grundsätzliche Herausforderungen für das aktuelle Verständnis von Sicherheit der Energieversorgung

Darüberhinaus bieten Solar- und Windenergie mehr Sicherheit gegen Systemausfälle und Sabotage, und dies sogar noch mehr, wenn die Systeme dezentralisiert sind. Kraftwerke für erneuerbare Energie haben niedrigere laufende CO2-Emissionen als fossil betriebene. Durch den Klimawandel verursachte Extremwetterereignisse bedrohen selbst auch die Sicherheit der Energieversorgung. Trotz all dieser Vorteile bedeuten erneuerbare Energiequellen aber auch grundsätzliche Herausforderungen für das aktuelle Verständnis der Versorgungssicherheit. Am wichtigsten dabei ist die Feststellung, dass die Energiequellen mit dem größten Potenzial - Sonne und Wind - nur mit Unterbrechungen verfügbar sind und außerdem vom Wetter und den Jahreszeiten abhängen. Das bedeutet, dass Sonnen- und Windenergie nicht das Kriterium erfüllen, welches alle Definitionen von Sicherheit der Energieversorgung für essenziell halten: die Notwendigkeit ununterbrochener und unbegrenzter Verfügbarkeit von Energie.

Image: [Eduard Bezembinder](https://www.flickr.com/photos/bezembinder/3560945758/in/photolist-6qEM7w-7urQui-iSeKZ-8VjqeD-dUgKQ-e4ybCy-eke2Zk-ekeCdc-eke4NV-qBE1z-6Dfw5n-68EJKh-ekk6Rs-qBE2V-NqkS-oWp8Du-psYQc1-pCDop-5JSFFH-9fr321-oguPbE-6pZ6MT-dZ9YLx-vhpHJb-3oeLdu-69J2h1-7hatWp-d26CpQ-27dVzAC-5BEpZz-sUBfz-7B8zeq-HkygG-bHhG5R-2UoYjD-bRCZnx-o1e2oL-4LcBmy-69vhwD-ekz9ec-bLqreV-5jtvAp-2GUCLK-GpCny7-s36gn-dy6aBU-8moRHP-8rrRxd-5BJJyC-8KdmGR).

Die Zuverlässigkeit eines Stromnetzes mit hohem Anteil von Solar- und Windenergie läge signifikant niedriger als die heutigen Standards zur Verfügbarkeit. ¹⁰ ¹¹ ¹² ¹³ ¹⁴ In einem solchen erneuerbaren Stromnetz könnte eine Stromversorgung rund um die Uhr nur zu sehr hohen Kosten gewährleistet werden, da dazu eine umfangreiche Infrastruktur für Energiespeicherung, -Übertragung und Spitzenlastkapazität nötig wären. Durch diese zusätzliche Infrastruktur könnte die Nachhaltigkeit eines erneuerbaren Stromnetzes zunichte gemacht werden, denn oberhalb einer bestimmten Schwelle werden für den Aufbau, die Installation und Wartung dieser Infrastruktur größere Mengen an fossiler Energie aufgewendet, als durch den Betrieb der Solarpanels und Windkraftwerke über ihre Lebendauer eingespart werden können.

Quellen erneuerbarer Energie wie Wind und Sonne haben Vorteile, die von den gängigen Definitionen von Sicherheit der Energieversorgung nicht erfasst werden

Unterbrechungen sind nicht der einzige Nachteil erneuerbarer Energiequellen. Obwohl viele Medien und Umweltorganisationen ein Bild von Solar- und Windenergie als hochverfügbare Energiequellen zeichnen (“die Sonne strahlt in einer Stunde mehr Energie auf die Erde, als auf der ganzen Welt in einem Jahr verbraucht wird”), ist die Wirklichkeit komplexer. Die Brutto-Verfügbarkeit von Sonnen- und Windenergie ist in der Tat enorm. Aufgrund ihrer niedrigen Energiedichte werden aber um Größenordnungen mehr Material und Fläche gebraucht als bei fossilthermischen Kraftwerken, um diese Energie nutzbar zu machen, und zwar selbst dann noch, wenn der Bergbau und Transport der fossilen Brennstoffe diesen zugerechnet wird. ¹⁵ Daher kann ein erneuerbares Stromnetz selbst bei optimalen Wetterbedingungen nicht garantieren, dass Verbraucher Zugang zu soviel elektrischer Energie erhalten wie sie wollen.

Wie sicher ist ein Inselnetz?

Die heutigen Regeln für Energieversorger versuchen, drei Ziele unter einen Hut zu bringen: eine ununterbrochene und unbegrenzte Stromversorgung, günstige Verbraucherstrompreise und Nachhaltigkeit. Ein Stromnetz, welches hauptsächlich auf fossilen Brennstoffen und Atomenergie aufgebaut ist, kann das Nachhaltigkeitsziel nicht erreichen, und es kann die anderen Ziele nur solange erreichen, wie ausländische Zulieferer die Versorgung aufrechterhalten und die Preise der Grundstoffe konstant halten (oder solange, bis die nationalen oder internationalen Reserven erschöpft sind).

Ein Stromnetz basierend auf erneuerbaren Energiequellen kann diese drei Ziele aber genausowenig in Einklang bringen. Um eine uneingeschränkte 24/7-Verfügbarkeit zu erreichen, muss die Infrastruktur überdimensioniert werden, wodurch sie teuer und weniger nachhaltig wird. Ohne eine solche Infrastruktur könnte ein erneuerbares Stromnetz zwar günstig und nachhaltig Strom liefern, aber es könnte niemals eine uneingeschränkte Verfügbarkeit rund um die Uhr bieten. Wenn wir also eine Infrastruktur zur Stromlieferung wollen, die günstig und nachhaltig ist, müssen wir das Konzept der Sicherheit der Energieversorgung neu definieren - und das Kriterium der unbegrenzten und unterbrechungsfreien Energieversorgung hinterfragen.

Wenn wir uns jenseits der typischen, großen, zentralisierten Infrastrukturen in industrialisierten Ländern umsehen, dann wird es klar, dass keineswegs alle Versorgungssysteme eine unbegrenzte Menge an Ressourcen liefern können. Mikroerzeugung in Inselnetzen - die lokale Erzeugung und Speicherung von elektrischer Energie mit Batterien und Solarpanels oder Windgeneratoren - ist ein Beispiel. Im Prinzip können Inselsysteme ohne Netzanschluss so dimensioniert werden, dass sie “immer an” sind. Dafür kann man sich an der “Methode des schlechtesten Monats” orientieren, wodurch die Erzeugungs- und Speicherkapazität zum Beispiel bei einer Solaranlage so überdimensioniert wird, dass das Energieangebot den Verbrauch auch an den kürzesten und dunkelsten Tagen des Jahres abdecken kann.

Wenn die Stromerzeugung zu allen Zeiten dem Verbrauch angepasst wird, wird ein Inselnetz dadurch sehr teuer und verliert seine Nachhaltigkeit, besonders in Klimazonen mit ausgeprägten Jahreszeiten

Genau wie es bei einem imaginären großen erneuerbaren Stromnetz der Fall wäre, wird ein Inselnetz sehr teuer, wenn die Stromerzeugung zu allen Zeiten nach dem maximalen Verbrauch dimensioniert wird, besonders in Klimazonen mit ausgeprägten Jahreszeiten. ¹⁶ ¹⁷ ¹⁸ Daher werden die meisten Inselsysteme ohne Netzanschluss nach einer Methode skaliert, die auf einen Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit, wirtschaftlichem Aufwand und Nachhaltigkeit abzielt. Die “Bemessungsmethode nach Wahrscheinlichkeit des Lastausfalls” spezifiziert eine Anzahl von Tagen pro Jahr, an welchen die Versorgung die Nachfrage nicht abdeckt. ¹⁹ ²⁰ ²¹ Mit anderen Worten: das System wird nicht nur nach einer vorhergesagten Energienachfrage skaliert, sondern auch nach dem verfügbaren Budget und Bauraum.

Image: [Stephen Yang / The Solutions Project](https://www.flickr.com/photos/149368236@N06/33068752693/in/photolist-Sob15v-bBnpyx-keyKG-cuaVX3-nuP1zk-U2eVh7-cuaWEf-pskKMf-cuaswE-p27cJW-cu9SQu-cuaMky-mCLFCt-ajiCfB-4AFrsp-943usV-TyoqrN-pu9HK-erKVcJ-aYHgDT-7zrUXc-tQv77b-6xot6g-baF4gg-Xjymka-qHgAkg-ii2jys-9eD7tj-9fJDFi-Ge2Mn-guUowg-amvdKB-cvDZ15-79wfLn-c6XjSS-ddFjjF-9KYuQV-8Zp8z6-guV3wK-9P1nHp-q5c2cz-9RCRVu-cD8w4d-9YDNzC-7ehy1e-4obYkG-8tkNMS-cvDZru-4obYtN-23Aqhr).

Wenn ein System ohne Netzanschluss auf diese Weise bemessen wird, führt das zu einer signifikaten Kosteneinsparung, selbst wenn der Parameter Verfügbarkeit nur wenig zurückgefahren wird. Die Kalkulation für ein Inselnetz in einem Haus in Spanien zeigt zum Beispiel, dass durch das Zurückfahren der Verfügbarkeit von 99,75% auf 99,0% die Anschaffungskosten um 60% geringer ausfallen, mit entsprechendem Nutzen für die Nachhaltigkeit durch geringeren Materialeinsatz. Die Versorgung wäre für 87,6 Stunden pro Jahr unterbrochen, verglichen mit 22 Stunden für das System mit höherer Verfügbarkeit. ¹⁶

Gemäß dem derzeitigen Verständnis der Versorgungssicherheit gelten Inselnetze, welche auf diese Art skaliert sind, als Versager: die Verfügbarkeit der Energieversorgung deckt nicht immer die Nachfrage. Tatsächlich scheinen Menschen, die Inselnetze betreiben, sich aber nicht über Energiemangel zu beklagen - ganz im Gegenteil. Dafür gibt es einen einfachen Grund: sie passen ihre Nachfrage einer begrenzten und manchmal unterbrochenen Versorgung an.

In ihrem Buch Off-the-Grid: Re-Assembling Domestic Life aus dem Jahr 2015 dokumentieren Phillip Vannini und Jonathan Taggart ihre Reise durch Kanada, auf der sie Menschen in etwa 100 Haushalten ohne Netzanschluss befragt haben. ²² Mit eine ihrer wichtigsten Beobachtungen ist es, dass Menschen mit Energieversorgung im Inselnetz insgesamt weniger Strom verbrauchen und routinemäßig ihre Energienutzung dem Wetter und den Jahreszeiten anpassen.

Menschen in einer selbstgewählten Inselsituation nutzen insgesamt weniger Strom und passen routinemäßig ihre Energienutzung dem Wetter und den Jahreszeiten an.

Waschmaschinen, Staubsauger, Elektrowerkzeuge, Toaster oder Spielkonsolen werden entweder gar nicht genutzt, oder aber nur während Phasen sehr guter Energieversorgung, wenn die Speicherbatterien bereits voll aufgeladen sind. Bei bedecktem Himmel ändern Menschen in Inselnetzen ihr Nutzungsverhalten, um weniger Leistung zu verbrauchen und so noch Energie für den folgenden Tag übrig zu haben. Vannini und Taggart beobachten ebenfalls, dass Inselnutzer sich mit einem Niveau von Beleuchtung und Heizung zufriedengeben, welches von den typischen Standards abweicht, die viele Menschen in der westlichen Welt inzwischen voraussetzen. Dies zeigt sich oft daran, dass Aktivitäten bewusst um zentrale Quellen von Wärme und Licht herum verlagert werden. ²²

Ähnliche Beobachtungen kann man an Orten machen, wo die Menschen unfreiwillig von Infrastrukturen abhängen, die nicht immer in Betrieb sind. Wenn in weniger industrialisierten Ländern Wasser-, Strom- und Datennetze vorhanden sind, dann weisen diese oft mehr oder weniger häufige Versorgungsausfälle auf. ²³ ²⁴ ²⁵ Trotz der niedrigen Zuverlässigkeit dieser Infrastrukturen - jedenfalls gemäß den typischen Indikatoren der Versorgungssicherheit - geht das Leben weiter. Die täglichen Haushaltsroutinen werden um Versorgungsunterbrechungen herum organisiert, welche als normal und als akzeptierter Teil der Lebensrealität gesehen werden. Wenn zum Beispiel Strom, Wasser oder Internet nur zu bestimmten Stunden des Tages verfügbar sind, werden Hausarbeiten entsprechend für diese Zeit geplant. Insgesamt verbrauchen die Menschen auch weniger Energie: die Infrastruktur erlaubt einfach keinen ressourcenintensiven Lebensstil. ²³

Verfügbarer, aber weniger sicher?

Die sehr hohe Verfügbarkeit der Energieversorgungsnetze in industrialisierten Gesellschaften wird begründet durch eine Bewertung mit dem “Wert des Lastverlusts” (value of lost load). Dieser setzt finanzielle Verluste durch Energiemangel in Beziehung zu den zusätzlichen Investitionen, die nötig wären um diesen Mangel zu verhindern. ¹¹⁰ ²⁶ ²⁷ ²⁸ ²⁹ Allerdings hängt der Wert des Lastverlusts stark davon ab, wie eine Gesellschaft organisiert ist. Je höher die Abhängigkeit von der Stromversorgung, desto höher werden die finanziellen Folgen von Stromausfällen sein.

Aktuelle Definitionen der Versorgungsssicherheit gehen davon aus, dass die Versorgungs- und die Nachfrageseite nicht voneinander abhängen, und fokussieren sich fast ausschließlich darauf, die Energieversorgung zu sichern. Alternative Formen von Infrastrukturen wie die oben beschriebenen zeigen aber, dass Menschen ihre Erwartungen einer begrenzten und nicht immer verfügbaren Energieversorgung anpassen können. Mit anderen Worten: es ist nicht nur möglich, die Versorgungssicherheit zu verbessern indem man die Verfügbarkeit erhöht, sondern auch indem man die Abhängigkeit von Energie reduziert.

Image: Erdgasterminal. [Jason Woodhead](https://www.flickr.com/photos/woodhead/7150825737/in/photolist-bTTRmV-85JomL-jysSQn-fw7gTZ-5Jkm2T-eDueWy-ohYc4x-fFxZCm-eD8VG8-eDfhqy-8pCnxZ-qPTdqx-22WNtVf-fFybmb-fFxRVG-fFyhCf-mGNU1p-24mDPG2-8efS2s-fFguSX-nN4pMi-fFgpjT-6br69i-hVGdgU-9DSQQ5-cDwVt-EqVP-dp7vJX-fwmwQh-oHAfHH-fFy6QS-fFgvS8-aaCofJ-fFxW5L-agEkAL-eDfonE-fFgrrn-eD9m9a-PLLffy-fFggcX-fFgka6-nRdzs-fFgwFH-88JrU8-nN4epz-2atchc9-nN523B-24mDNL4-2atciAb-GFzRM).

Auch in 24/7-Stromversorgungsnetzen hängen Nachfrage und Versorgung voneinander ab und beeinflussen einander - aber mit dem gegenteiligen Effekt. Genauso, wie “unzuverlässige” Inselnetze einen Lebensstil fördern, der weniger von der Energieversorgung abhängt, so fördern “zuverlässige” Infrastrukturen einen Lebensstil, der über die Zeit immer mehr von der Energieversorgung abhängt.

Industrialisierte Gesellschaften mit “zuverlässigen” Stromnetzen sind bei Stromausfällen am schwächsten und zerbrechlichsten

In ihrem Buch Infrastructures and Practices: the Dynamics of Demand in Networked Societies aus dem Jahr 2018 argumentieren Olivier Coutard und Elizabeth Shove, dass eine unbegrenzte und unterbrechungsfreie Stromversorgung es den Menschen in industrialisierten Gesellschaften ermöglicht hat, eine Vielzahl von Technologien einzusetzen, die von Stromversorgung abhängen. Waschmaschinen, Klimaanlagen, Kühlschränke, automatische Türen, rund um die Uhr verfügbarer Internetzugang sind “normal” und zentrale Bestandteile des täglichen Lebens geworden. Gleichzeitig sind alternative Lösungen für diese Aufgaben - das Wäschewaschen mit der Hand, die Lagerung von Lebensmitteln ohne Elektrizität, Raumkühlung ohne Klimaanlage, Navigation und Kommunikation ohne Smartphones - immer seltener geworden oder schon verschwunden. ³⁰

Als Ergebnis ist die Versorgungssicherheit in Inselnetzen und “unzuverlässigen” zentralen Versorgungsinfrastrukturen tatsächlich höher, während industrialisierte Gesellschaften mit “zuverlässigen” Stromnetzen bei Stromausfällen am schwächsten und zerbrechlichsten sind. Was allgemein als Nachweis der Versorgungssicherheit gesehen wird - eine unbegrenzte und unterbrechungsfreie Stromversorgung - macht im Grunde die industriellen Gesellschaften immer verwundbarer gegenüber Stromausfällen: die Menschen verlernen die Fähigkeiten und den Gebrauch der Technologien, mit denen sie ohne kontinuierliche Stromversorgung auch recht gut leben könnten.

Versorgungssicherheit neu definieren

Um eine brauchbarere Definition der Versorgungssicherheit zu erhalten, muss sie über Energiedienste, sozialen Nutzen oder Grundbedürfnisse definiert werden, und nicht über Massengüter wie Kilowattstunden Strom. ¹ Menschen benötigen keinen Strom. Sie müssen Lebensmittel lagern, Wäsche waschen, Türen öffnen und schließen, miteinander kommunizieren, von A nach B gelangen, im Dunkeln sehen und so weiter. All diese Dinge können sowohl mit als auch ohne Elektrizität bewältigt werden. Selbst wenn wir von einer Lösung der Aufgaben mit Elektrizität ausgehen, dann geht es noch mit mehr oder deutlich weniger.

Wenn wir sie auf diese Weise definieren, dann geht es bei der Versorgungssicherheit nicht nur darum, die Versorgung mit elektrischem Strom zu gewährleisten, sondern auch darum, die Resilienz der Gesellschaft zu erhöhen, damit diese ihre Abhängigkeit von einer unterbrechungsfreien Stromversorgung verringert. Dies schließt die Resilienz der Menschen ein (haben sie die Fähigkeiten, um ohne Elektrizität auszukommen?), ebenso die Resilienz von Geräten und technischen Systemen (wie kommen diese mit Unterbrechungen klar?), und schließlich auch die Resilienz von Institutionen (was bedeutet es rechtlich, ein Versorgungsnetz zu betreiben, welches nicht immer verfügbar ist?). Abhängig vom Grad der Resilienz der Gesellschaft kann eine Unterbrechung der Stromversorgung in mehr oder weniger ausgeprägter Weise zu einer Unterbrechung von Energiediensten und von bestimmten Aspekten des täglichen Lebens führen.

Obwohl zum Beispiel unser System der Lebensmittelverteilung von Kühlketten abhängt, welche eine unterbrechungsfreie Stromversorgung erfordern, gibt es auch viele Alternativen dazu. Wir könnten Kühlgeräte besser isolieren, um sie an eine weniger zuverlässige Stromversorgung anzupassen. Wir könnten wieder Kühl- und Eiskeller nutzen (welche Lebensmittel auch ohne Stromversorgung frisch halten). Wir können auch ältere Methoden der Lebensmittelkonservierung wie zum Beispiel Fermentierung stärker nutzen. Wir können auch darauf hinwirken, den Menschen wieder das Kochen mit frischen Nahrungsmitteln nahezubringen; einen Wechsel hin zur Ernährung ohne Tiefkühlkost oder sogar ganz ohne Lebensmittel, die Kühlung benötigen. Auch der häufigere, lokale Einkauf von Lebensmitteln könnte gegenüber dem Wocheneinkauf in großen Supermärkten bevorzugt werden.

Um die Versorgungssicherheit zu erhöhen, müssen wir die Verfügbarkeit der Infrastrukturen verringern.

Wenn wir das Konzept der Versorgungssicherheit in einer ganzheitlicheren Weise angehen und dabei sowohl Angebot als auch Nachfrage betrachten, wird rasch klar dass die Versorgungssicherheit in industrialisierten Ländern tatsächlich abnimmt. Wir delegieren mehr und mehr Aufgaben an Maschinen, Computer und großflächige Infrastrukturen und erhöhen so unsere Abhängigkeit von der Stromversorgung. Darüberhinaus wird das Internet genauso essenziell wie das Stromnetz, und Trends wie Cloud Computing, das Internet der Dinge und autonomes Fahren basieren allesamt auf mehreren, miteinander verbundenen Lagen von unterbrechungsfreien Infrastrukturen.

Image: Ein verlassener Strommast. [Miura Paulison](https://www.flickr.com/photos/paulisson_miura/10318768955/in/photolist-gHQovz-kCLi9r-82pqq6-f4539G-6i3Aih-5m5G9b-6RkZvr-6V6k85-2b9wdNP-4DvxJx-WfvmJT-5CGLgF-5C1ojh-eANWrM-kjDG4Z-9QKWz-DnnTH9-ntvKWL-82sxbf-UssMS3-deJRBD-d6qh1S-5C1ooU-tkcYLj-MpbqCB-84zF9u-5CM5d7-5CM51J-82ppX6-a1H2sr-Rd9o59-a1LEed-6W3He9-VCD56X-bg3vgT-5BW5CT-82sxDb-2b1hTxi-6hpZ1g-8d19tj-qm9Cy-cgpx3-gszM15-eANtbt-MpbCWK-98h2dj-7HyrGe-5md8aD-d9fLdq-2cyGoSv).

Da Nachfrage und Angebot einander beeinflussen, kommen wir zu einer Schlussfolgerung, die der Intuition zu widersprechen scheint: um die Versorgungssicherheit zu erhöhen, müssen wir die Verfügbarkeit des Stromnetzes verringern. Dadurch würden die Resilienz und die Nutzung von Ersatztechnologien gefördert, und auf diese Weise könnte die Verwundbarkeit industrialisierter Gesellschaften gegenüber Versorgungsausfällen verringert werden. Coutard und Shove argumentieren: “es wäre sinnvoll, den Innovationspotenzialen mehr Beachtung zu schenken, die sich ergeben wenn große Netzwerke geschwächt und aufgegeben werden, oder wenn ihre Zuverlässigkeit sinkt”. Sie fügen noch hinzu, dass die Erfahrung von Menschen, die selbstgewählt in Inselnetzen leben “verschiedene Einsichten in die Konfigurationen bieten, um die es geht”. ³⁰

Für eine weniger verfügbare Energieversorgung zu argumentieren, löst natürlich Kontroversen aus. “Die Lichter anlassen” ist eine Phrase, die gern verwendet wird um Energiereformen wie den Neubau oder die Verlängerung der Lebenszeit von Atomkraftwerken über ihre geplante Lebensdauer hinaus zu begründen. Um aber wirkliche Versorgungssicherheit zu erreichen, sollte “Die Lichter anlassen” durch Sätze wie “Manche Lichter anlassen”, “welches Licht schalten wir als nächstes aus?” oder vielleicht auch “was kann ein bisschen mehr Dunkelheit uns schon schaden?” zu ersetzen. ³¹ Offensichtlich würde eine weniger verfügbare Stromversorgung auch fundamentale Veränderungen an Routinen und Technologien bedeuten, gleich ob es um Haushalte, Fabriken, Transportsysteme oder auch Kommunikationsnetzwerke geht – aber das ist genau der springende Punkt. Die derzeitige Lebensweise in den industrialisierten Ländern ist einfach nicht nachhaltig.

Dieser Artikel wurde ursprünglich für das UK Demand Centre geschrieben.

Winzer, Christian. “Conceptualizing energy security.” Energy policy 46 (2012): 36-48. https://www.repository.cam.ac.uk/bitstream/handle/1810/242060/cwpe1151.pdf?sequence=1&isAllowed=y ↩︎ ↩︎ ↩︎
Sovacool, Benjamin K., and Ishani Mukherjee. “Conceptualizing and measuring energy security: A synthesized approach.” Energy 36.8 (2011): 5343-5355. https://relooney.com/NS4053-Energy/00-Energy-Security_1.pdf ↩︎
Kruyt, Bert, et al. “Indicators for energy security.” Energy policy37.6 (2009): 2166-2181. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421509000883 ↩︎
Cherp, Aleh, and Jessica Jewell. “The concept of energy security: Beyond the four As.” Energy Policy 75 (2014): 415-421. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421514004960 ↩︎
Energy security, International Energy Agency. https://www.iea.org/topics/energysecurity/ ↩︎
Lucas, Javier Noel Valdés, Gonzalo Escribano Francés, and Enrique San Martín González. “Energy security and renewable energy deployment in the EU: Liaisons Dangereuses or Virtuous Circle?.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 62 (2016): 1032-1046. https://www.researchgate.net/profile/Javier_Valdes4/publication/303361228_Energy_security_and_renewable_energy_deployment_in_the_EU_Liaisons_Dangereuses_or_Virtuous_Circle/links/5a536f45458515e7b72eab26/Energy-security-and-renewable-energy-deployment-in-the-EU-Liaisons-Dangereuses-or-Virtuous-Circle.pdf ↩︎
Strambo, Claudia, Måns Nilsson, and André Månsson. “Coherent or inconsistent? Assessing energy security and climate policy interaction within the European Union.” Energy Research & Social Science 8 (2015): 1-12. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221462961500047X ↩︎
CEER Benchmarking Report 6.1 on the Continuity of Electricity and Gas Supply. Data update 2015/2016. Ref: C18-EQS-86-03. 26-July-2018. Council of European Energy Regulators. https://www.ceer.eu/documents/104400/-/-/963153e6-2f42-78eb-22a4-06f1552dd34c ↩︎ ↩︎
Average frequency and duration of electric distribution outages vary by states. U.S. Energy Information Administration (EIA). April 5, 2018. https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=35652 ↩︎
Röpke, Luise. “The development of renewable energies and supply security: a trade-off analysis.” Energy policy 61 (2013): 1011-1021. https://www.econstor.eu/bitstream/10419/73854/1/IfoWorkingPaper-151.pdf ↩︎ ↩︎
“Evolutions in energy conservation policies in the time of renewables”, Nicola Lablanca, Isabella Maschio, Paolo Bertoldi, ECEEE 2015 Summer Study – First Fuel Now. https://www.eceee.org/library/conference_proceedings/eceee_Summer_Studies/2015/9-dynamics-of-consumption/evolutions-in-energy-conservation-policies-in-the-time-of-renewables/ ↩︎
“How not to run a modern society on solar and wind power alone”, Kris De Decker, Low-tech Magazine, September 2017. here. ↩︎
Nedic, Dusko, et al. Security assessment of future UK electricity scenarios. Tyndall Centre for Climate Change Research, 2005. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.461.4834&rep=rep1&type=pdf ↩︎
Zhou, P., R. Y. Jin, and L. W. Fan. “Reliability and economic evaluation of power system with renewables: A review.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 58 (2016): 537-547. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403211501727X ↩︎
Smil, Vaclav. Power density: a key to understanding energy sources and uses. MIT Press, 2015. https://mitpress.mit.edu/books/power-density ↩︎
Landeira, Cristina Cabo, Ángeles López-Agüera, and Fernando Núñez Sánchez. “Loss of Load Probability method applicability limits as function of consumption types and climate conditions in stand-alone PV systems.” (2018). https://www.researchgate.net/profile/Cristina_Cabo2/publication/324080184_Loss_of_Load_Probability_method_applicability_limits_as_function_of_consumption_types_and_climate_conditions_in_stand-alone_PV_systems/links/5abca9fa45851584fa6e1efd/Loss-of-Load-Probability-method-applicability-limits-as-function-of-consumption-types-and-climate-conditions-in-stand-alone-PV-systems.pdf ↩︎ ↩︎
Singh, S. Sanajaoba, and Eugene Fernandez. “Method for evaluating battery size based on loss of load probability concept for a remote PV system.” Power India International Conference (PIICON), 2014 6th IEEE. IEEE, 2014. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7117729 ↩︎
How sustainanle is stored sunlight? Kris De Decker, Low-tech Magazine. here. ↩︎
Chapman, R. N. “Sizing Handbook for Stand-Alone Photovoltaic.” Storage Systems, Sandia Report, SAND87-1087, Albuquerque (1987). https://prod.sandia.gov/techlib-noauth/access-control.cgi/1987/871087.pdf ↩︎
Posadillo, R., and R. López Luque. “A sizing method for stand-alone PV installations with variable demand.” Renewable Energy33.5 (2008): 1049-1055. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096014810700184X ↩︎
Khatib, Tamer, Ibrahim A. Ibrahim, and Azah Mohamed. “A review on sizing methodologies of photovoltaic array and storage battery in a standalone photovoltaic system.” Energy Conversion and Management 120 (2016): 430-448. https://staff.najah.edu/media/published_research/2017/01/19/A_review_on_sizing_methodologies_of_photovoltaic_array_and_storage_battery_in_a_standalone_photovoltaic_system.pdf ↩︎
Vannini, Phillip, and Jonathan Taggart. Off the grid: re-assembling domestic life. Routledge, 2014. http://lifeoffgrid.ca/off-grid-living-the-book/ ↩︎ ↩︎
“Materialising energy and water resources in everyday practices: insights for securing supply systems”, Yolande Strengers, Cecily Maller, in “Global Environmental Change 22 (2012), pp. 754-763. http://researchbank.rmit.edu.au/view/rmit%3A17990/n2006038376.pdf ↩︎ ↩︎
Pillai, N. “Loss of Load Probability of a Power System.” (2008). https://mpra.ub.uni-muenchen.de/6953/1/MPRA_paper_6953.pdf ↩︎
Al-Rubaye, Mohannad Jabbar Mnati, and Alex Van den Bossche. “Decades without a real grid: a living experience in Iraq.” International Conference on Sustainable Energy and Environment Sensing (SEES 2018). 2018. https://biblio.ugent.be/publication/8566224 ↩︎
Telson, Michael L. “The economics of alternative levels of reliability for electric power generation systems.” The Bell Journal of Economics (1975): 679-694. https://www.jstor.org/stable/3003250?seq=1#page_scan_tab_contents ↩︎
Schröder, Thomas, and Wilhelm Kuckshinrichs. “Value of lost load: an efficient economic indicator for power supply security? A literature review.” Frontiers in energy research 3 (2015): 55. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2015.00055/full ↩︎
Ratha, Anubhav, Emil Iggland, and Goran Andersson. “Value of Lost Load: How much is supply security worth?.” Power and Energy Society General Meeting (PES), 2013 IEEE. IEEE, 2013. https://www.ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/itet/institute-eeh/power-systems-dam/documents/SAMA/2012/Ratha-SA-2012.pdf ↩︎
De Nooij, Michiel, Carl Koopmans, and Carlijn Bijvoet. “The value of supply security: The costs of power interruptions: Economic input for damage reduction and investment in networks.” Energy Economics 29.2 (2007): 277-295. https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/40102922/The_Value_of_Supply_Security_The_Costs_o20151117-24458-1eo081r.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1544213977&Signature=d01qoyIcopj1rE5HpSWkCGcQzRk%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DThe_value_of_supply_security.pdf ↩︎
Coutard, Olivier, and Elizabeth Shove. “Infrastructures, practices and the dynamics of demand.” Infrastructures in Practice. Routledge, 2018. 10-22. https://www.routledge.com/Infrastructures-in-Practice-The-Dynamics-of-Demand-in-Networked-Societies/Shove-Trentmann/p/book/9781138476165 ↩︎ ↩︎
Demand Dictionary of Phrase and Fable, seventeenth edition. Jenny Rinkinen, Elizabeth Shove, Greg Marsden, The Demand Centre, 2018. http://www.demand.ac.uk/wp-content/uploads/2018/07/Demand-Dictionary.pdf ↩︎