Dezentraler Zentralismus: Neue Energie-Grids in Zeiten von KI

21. November 2024

Wertschöpfungskette Energie

Die Stromversorgung wird im Zuge der globalen Energiewende dramatisch revolutioniert. Es geht nicht nur um eine neue, alte Dezentralisierung, sondern auch um neue Akteure, neue Wertschöpfungsketten und – vor allem – neue Investmentmöglichkeiten für Growth-Anleger.

In der historischen Entwicklung des Stromnetzes hat sich ein Wandel von dezentralen Mini-Netzen zu zentralen Systemen vollzogen. Heute schlägt das Pendel wieder zurück – zumindest teilweise. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war die Stromerzeugung und -verteilung stark dezentralisiert. Einzelne Wohngebiete und Industrieanlagen wurden oft durch eigene, kleine Kraftwerke versorgt. Dieser dezentrale Ansatz war ineffizient und in seinem Umfang begrenzt. Der Wendepunkt kam mit Samuel Insull in Chicago, der mit dem Konzept eines zentralen Netzes Pionierarbeit leistete, indem er diese kleineren Kraftwerke zu einem größeren, effizienteren Netz verband. Dies ermöglichte den Bau größerer Kraftwerke und senkte die Kosten für die Stromerzeugung und -verteilung. Im Laufe der Zeit führte diese Zentralisierung zur Schaffung riesiger Verbundnetze, die Angebot und Nachfrage in großen Gebieten effizient ausgleichen konnten. Heute schwingt das Pendel wieder zurück. Die aktuellen Dezentralisierung-Trends im Stromnetz werden durch erneuerbare Energien und die steigende Nachfrage nach dezentralen Energielösungen wie Solarpanels und Microgrids angetrieben. Das gilt es in Einklang zu bringen mit den zentralen Netzwerken, die nach wie vor das Rückgrat der Stromverteilung bilden.

1. Die traditionelle zentralisierte Wertschöpfungskette

Das Stromnetz besteht aus mehreren kritischen physischen Systemen, darunter Kraftwerke, Umspannwerke und Übertragungsleitungen. Kraftwerke erzeugen Strom, der dann in Umspannwerken für eine effiziente Fernübertragung auf eine höhere Spannung gebracht wird. Die Übertragungsleitungen transportieren den Hochspannungsstrom zu den örtlichen Umspannwerken, wo die Spannung für die Verteilung an Haushalte und Unternehmen herabgesetzt wird. Dieses System wird durch eine Kombination aus privaten Versorgungsunternehmen und staatlichen Stellen auf Landes- und Bundesebene geregelt. Die Regulierungsbehörden überwachen den Betrieb des Netzes, sorgen für Zuverlässigkeit, legen Tarife fest und genehmigen neue Projekte. Private Versorgungsunternehmen, die einen Großteil der Infrastruktur besitzen und betreiben, müssen diese Vorschriften einhalten und gleichzeitig den Bedarf an Instandhaltung, Aufrüstung und Erweiterung abwägen, um der wachsenden Nachfrage gerecht zu werden.

Wertschöpfungskette grid Energie
Abbildung 1: Historische Strom-Wertschöpfungskette

2. Aktuelle Trends und Herausforderungen der Dezentralisierung

Die Dezentralisierung bringt erhebliche Herausforderungen mit sich. So steigt der Bedarf an fortschrittlichen Netzmanagement-Technologien zur Bewältigung bidirektionaler Energieflüsse, um die Integration von schwankenden erneuerbaren Energiequellen zu ermöglichen. Darüber hinaus müssen die Regulierungs- und Marktstrukturen, die traditionell für zentralisierte Systeme ausgelegt sind, angepasst werden, um die dezentrale Energieerzeugung zu unterstützen.

Abbildung 2: Moderne Strom-Wertschöpfungskette
Stromwertschöpfungskette
Abbildung 3: Komplexität der heutigen Stromwertschöpfungskette

Zur Unterstützung der dezentralen Energieerzeugung werden disponierbare Energiequellen genutzt, die flexible zugeschaltet werden können, um Angebot und Nachfrage in Echtzeit auszugleichen. Erdgas-, Kohle-, Wasser- und Kernkraftwerke tragen zur Aufrechterhaltung des Stromnetzes bei, etwa bei unerwartetem Rückgang der Stromerzeugung aus der unstetigen Energiequellen Solar und Windkraft.

3. Herausforderungen bei der Modernisierung und dem Ausbau des Netzes

Ein Hauptproblem für die Modernisierung des Stromnetzes und seines Ausbaus ist die veraltete Infrastruktur. Die Einführung erneuerbarer Energien macht die Sache noch komplizierter, da diese unstetig sind und Verbesserungen bei der Energiespeicherung und dem Netzmanagement erfordern. Darüber hinaus setzt der rasche Anstieg der Stromnachfrage, etwa durch KI-Rechenzentren, Cloud Computing und Elektromobilität, bestehende Netze unter Druck und erfordert die Erweiterung der Kapazitäten der Versorger.

Die Integration intermittierender erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Solarenergie erhöht die Komplexität und erfordert ein fortschrittliches Netzmanagement sowie erhebliche Investitionen in Energiespeicherlösungen, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus sehen sich Versorgungsunternehmen mit regulatorischen und wirtschaftlichen Einschränkungen konfrontiert, die ihre Möglichkeiten zum proaktiven Ausbau der Infrastruktur einschränken. Diese Herausforderungen erfordern innovative Ansätze zur Netzmodernisierung, einschließlich des Einsatzes intelligenter Netztechnologien, der Verbesserung der Energie-Speicherkapazitäten und politischer Reformen zur Unterstützung einer nachhaltigen und widerstandsfähigen Energiezukunft. Ein Gleichgewicht zwischen diesen Anforderungen ist entscheidend für einen nahtlosen Übergang zu einem umweltfreundlicheren, effizienteren Stromnetz, das sowohl den steigenden Energiebedarf als auch die Umweltverpflichtungen erfüllen kann.

4. Investitionsmöglichkeiten durch die Energiewende

Der erwartete Anstieg der Elektrizitätsnachfrage aufgrund der Energiewende birgt erhebliche Chancen für verschiedene Elektrizitätsunternehmen entlang der gesamten Elektrizitäts-Wertschöpfungskette, wie die untere Grafik zeigt. Diese wollen wir im Folgenden erläutern, bevor wir dann drei Unternehmen vorstellen, die sich auf Energielösungen für Rechenzentren spezialisiert haben.

Entwickler-Energieversorger

5. Innovationen im Bereich der Energiespeicherung und netzverbessernde Technologien

Fortschrittliche Energiespeicherlösungen wie Lithium-Ionen-Batterien sind von zentraler Bedeutung für die Bewältigung der schwankenden Wind- und Solarenergie, da sie es ermöglichen, überschüssige Energie zu speichern und zu nutzen, wenn die Erzeugung gering ist. Darüber hinaus werden neue Batterie-Chemien und -technologien entwickelt, die eine längere Speicherdauer ermöglichen, so dass die Energie möglicherweise nicht nur für Stunden, sondern für Tage gespeichert werden kann. Netzverbessernde Technologien wie intelligente Netzsysteme, verbessernde Endgeräte und fortschrittliche Übertragungsleitungen ermöglichen eine effizientere und zuverlässigere Stromverteilung, indem sie den Stromfluss optimieren und Verluste reduzieren. Diese Innovationen ermöglichen ein flexibleres und widerstandsfähigeres Netz, das den dynamischen Anforderungen des modernen Energieverbrauchs, einschließlich des raschen Wachstums von KI-Rechenzentren und Elektrofahrzeugen, gerecht werden kann. 

Allerdings gilt es, die Besonderheiten des europäischen Markts zu beachten: Der Schaffung eines paneuropäischen Stromnetzes stehen regulatorische, infrastrukturelle und kapazitätsbezogene Einschränkungen entgegen. Ein Problem sind die unzureichenden Übertragungskapazitäten: Die bestehenden Grenzkuppelstellen zwischen den Ländern verfügen oft nicht über ausreichende Kapazitäten für den benötigten Stromaustausch. Besonders Deutschland hat Schwierigkeiten, die EU-Vorgabe zu erfüllen und 70 Prozent der Übertragungskapazität für den grenzüberschreitenden Handel bereitzustellen. Hinzu kommen die unterschiedlichen Marktstrukturen: Während beispielsweise Italien getrennte Preiszonen hat, verfügt Deutschland über einen einheitlichen Strompreis, was die Integration erschwert.

Durch die Nutzung dieser Fortschritte können Versorgungsunternehmen Angebot und Nachfrage besser ausbalancieren und eine stabile und nachhaltige Energiezukunft gewährleisten.

6. Effizienzsteigerungen bei steigendem Gesamtenergieverbrauchs

Die Effizienz von Rechenzentren hat sich erheblich verbessert: Moderne Anlagen sind heute in der Lage, fast 95 Prozent des eingehenden Stroms in nützliche Rechenarbeit umzuwandeln – eine erhebliche Verbesserung gegenüber der Effizienz von weniger als 50 Prozent, die in älteren, kleineren Rechenzentren erreicht wurde. Diese Fortschritte wurden durch Innovationen in den Bereichen Kühlung, Energiemanagement und Servertechnologie erzielt. Diese höhere Effizienz hat jedoch nicht zu einem Rückgang des Gesamtenergieverbrauchs geführt. Stattdessen hat sie zu einem Paradoxon geführt, bei dem die höhere Effizienz zu einer stärkeren Verbreitung und Nutzung datenintensiver Technologien wie KI und Cloud Computing führt, wodurch der Gesamtenergieverbrauch steigt. Dieses als Jevons-Paradox bekannte Phänomen verdeutlicht, dass die Nachfrage nach Rechenzentren exponentiell ansteigt, wenn diese effizienter und kostengünstiger werden, was zu einem höheren Gesamtenergieverbrauch führt. Während also einzelne Rechenzentren umweltfreundlicher und effizienter werden, wächst der gesamte Energie-Fußabdruck des Sektors weiter an, was weitere Fortschritte bei der Integration erneuerbarer Energien und energieeffizienter Praktiken erforderlich macht.

7. Regulierung und Netzentwicklung: Die Notwendigkeit einer strategischen Planung

Regulierungen spielen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung des Stromnetzes und haben erheblichen Einfluss darauf, wie Versorgungsunternehmen Erweiterungen und Modernisierungen planen und durchführen. Regulierungsbehörden auf Landes- und Bundesebene legen den Rahmen fest, innerhalb dessen die Versorgungsunternehmen operieren. Sie genehmigen Kosten, Tarifstrukturen und Investitionen in neue Infrastruktur. So können Vorschriften spekulative Investitionen in Netzkapazitäten einschränken, so dass Versorgungsunternehmen auf eine bestätigte Nachfrage warten müssen, bevor sie bedeutende Projekte in Angriff nehmen. Dies kann eine rechtzeitige Reaktion auf den raschen Anstieg der Stromnachfrage behindern. Daher ist eine strategische Planung unerlässlich, um diese regulatorischen Rahmenbedingungen effektiv zu meistern.

Versorgungsunternehmen müssen eng mit den Regulierungsbehörden zusammenarbeiten, um die Nachfrage genau zu prognostizieren, Investitionen zu rechtfertigen und fortschrittliche Technologien zu implementieren, die die Zuverlässigkeit und Effizienz des Netzes verbessern.

8. Potenzial für Investitionen in Kraftwerksflächen und Netzausbau

Das Potenzial für Investitionen in stromversorgte Grundstücke und Netzerweiterungen wird immer attraktiver, da die Nachfrage nach Strom aufgrund der Expansion von KI-Rechenzentren, der Auslagerung von Industriekapazitäten und der Einführung von Elektrofahrzeugen stark ansteigt. Stromversorgte Grundstücke – Gebiete, die mit einer umfangreichen Stromversorgungsinfrastruktur ausgestattet sind – stellen eine erstklassige Investitionsmöglichkeit dar, da Technologieunternehmen und Hersteller nach Standorten suchen, die den Energiebedarf in großem Umfang schnell und zuverlässig decken können. Investoren können aus dieser Nachfrage Kapital schlagen, indem sie Projekte finanzieren, die solche Flächen erwerben und aufrüsten. Darüber hinaus bieten Netzverbesserungen, einschließlich moderner Übertragungsleitungen, Energiespeicherlösungen und intelligenter Netztechnologien, beträchtliche Investitionsmöglichkeiten. Spiegelbildlich dazu haben traditionelle Versorger oft Schwierigkeiten, mit dem rasanten technologischen Fortschritt und der steigenden Stromnachfrage Schritt zu halten.

9. Im Fokus: Vistra Corp, Constellation Energy und Talen Energy

Alle drei Unternehmen setzen auf erneuerbare Energien, Energiespeicherung und andere saubere Technologien (auch Atomenergie), die im Zuge der globalen Energieumstellung eine erhöhte Nachfrage erfahren werden. Mit ihrer bestehenden Infrastruktur im Bereich der traditionellen Energieerzeugung und ihren Investitionen in erneuerbare Energien sind sie in einer starken Position, um sowohl vom kurzfristigen als auch vom langfristigen Wachstum der Nachfrage nach sauberem Strom zu profitieren.

Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien wird die Zuverlässigkeit der Netze immer wichtiger, und Unternehmen mit Energiespeicher- und Kernkraftanlagen werden entscheidend sein. Bundes- und einzelstaatliche Maßnahmen zur Förderung sauberer Energien und der Dekarbonisierung werden Unternehmen zugute kommen, die auf erneuerbare Energien umsteigen. Die steigende Nachfrage nach sauberer Energie von großen Unternehmen, die ihre Nachhaltigkeitsziele erreichen wollen, stellt einen bedeutenden Markt für diese Unternehmen dar.

Vistra wendet sich von Kohle und Erdgas ab und setzt auf erneuerbare Energiequellen wie Solarenergie und Energiespeicherung. Um die wachsende Nachfrage nach sauberer Energie zu befriedigen, investiert das Unternehmen in großem Stil in Solarparks und Energiespeicherprojekte. Das Unternehmen betreibt einige der größten Energiespeicheranlagen in den USA, die für den Ausgleich der schwankenden erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne von entscheidender Bedeutung sind. Die Fähigkeit des Unternehmens, durch Energiespeicherung sowohl erneuerbare Energien als auch Netzstabilität bereitzustellen, ist eine gute Voraussetzung, um von der steigenden Nachfrage nach Strom zu profitieren. Vistra hat eine bedeutende Präsenz auf dem texanischen Strommarkt, der einen raschen Übergang zu erneuerbaren Energien erlebt.

Constellation Energy ist in der Lage, erheblich von der Energie zu profitieren, da das Unternehmen der größte Produzent von kohlenstofffreier Energie in den Vereinigten Staaten ist und etwa 10 Prozent der sauberen Energie des Landes erzeugt. Damit ist das Unternehmen gut aufgestellt, um von der steigenden Nachfrage nach sauberem Strom zu profitieren. Das Unternehmen hat sich ehrgeizige Ziele gesetzt, darunter

  • 95 Prozent kohlenstofffreier Strom bis 2030
  • 100 Prozent kohlenstofffreier Strom bis 2040
  • 100 prozentige Reduzierung der betriebsbedingten Emissionen bis 2040


Diese Ziele stehen im Einklang mit den allgemeinen Trends der Energiewende und zeigen ihr Engagement für saubere Energie. Constellation betreibt eine Flotte von Kern-, Wasser-, Wind- und Solarkraftwerken mit einer Kapazität von über 32.400 Megawatt, die zu fast 90 % kohlenstofffreie Energie erzeugen. Mit diesem breit gefächerten Portfolio kann Constellation verschiedene Anforderungen an saubere Energie erfüllen. Das Unternehmen entwickelt neue Produkte, wie z. B. ein Produkt, das rund um die Uhr kohlenstofffreie Energie liefert, um den Kunden zu helfen, ihre Klimaziele zu erreichen. Diese Innovation ermöglicht es dem Unternehmen, Marktanteile zu erobern, da Unternehmen bestrebt sind, ihren CO2-Fußabdruck zu verringern.

Constellation arbeitet mit anderen Unternehmen an Projekten wie der 200-Megawatt-Solaranlage Big Star in Texas zusammen, die auch Batteriespeicher umfasst. Solche Partnerschaften verbessern ihre Fähigkeit, groß angelegte Lösungen für erneuerbare Energien zu liefern.

Talen Energy befindet sich in einem bedeutenden Wandel. Das Unternehmen, das sich traditionell auf die Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen konzentrierte, investiert nun aktiv in erneuerbare Energien und Energiespeicherprojekte. Das Unternehmen hat Pläne zum Aufbau eines großen Portfolios von Solar- und Batteriespeicherprojekten angekündigt. Talen konzentriert sich auch auf die Integration von erneuerbaren Energien in die digitale Infrastruktur. So prüft das Unternehmen beispielsweise die Entwicklung von Rechenzentren in Verbindung mit Lösungen für erneuerbare Energien, um sowohl von der Energiewende als auch vom Wachstum der digitalen Wirtschaft zu profitieren. Im Rahmen seiner Umstellungsstrategie stellt Talen seine Kohlekraftwerke schrittweise still, was mit den allgemeinen Dekarbonisierungszielen übereinstimmt und das Unternehmen für Investoren und Kunden, die auf Nachhaltigkeit setzen, attraktiver macht.

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Autor

  • Stefan Hartmann

    Stefan schaut auf eine mehr als 20-jährige Erfahrung in den Bereichen Aktien, festverzinsliche Wertpapiere, Derivate und Hedge Funds zurück. In seiner Tätigkeit als globaler Leiter des Quantitativen Research Teams bei ABN AMRO, hat er über 300 institutionelle Kunden in den USA, Europa und Asien zu allen Fragen des Investment Prozesses beraten. Zuvor war er 10 Jahre bei Salomon Smith Barney als Leiter des quantitativen Research Teams für Europa tätig, wo er Top Rankings in den großen Research Surveys erzielte. Stefan hat über 50 Research Veröffentlichungen zu allen Aspekten des Investment Prozesses in Aktien, festverzinsliche Wertpapiere und Währungen publiziert.

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