60 2 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbane Transformation Motivation, Zielsetzung und Projektbeteiligte Obwohl in den letzten Jahren klare Erfolge bei der Umsetzung der Umgestaltung des Energiesystems erzielt wurden, insbesondere im Elektrizitätssektor, ist das Erreichen der auf allen politischen Ebenen gesetzten Ziele nach wie vor eine große Herausforderung. Lokale Umsetzungsprojekte spielen bei dieser Transformation eine besonders wichtige Rolle, um die übergeordneten Transformationsziele des Energiesystems zu erreichen. Für die Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energien wird die Kopplung verschiedener Sektoren (Strom, Wärme, Kälte, Mobilität, produzierende(s) Industrie und Gewerbe) immer wichtiger. Städte sind aufgrund ihrer räumlichen Kompaktheit und der Ansiedlung unterschiedlichster Sektoren hierfür prädestiniert. Vor diesem Hintergrund zielte das Projekt „PtX- Nutzungspfade in Wuppertal“ - dessen Ergebnisse hier vorgestellt werden - darauf ab, Geschäftsmodelle und Projektkonzepte für die Umsetzung der Energiesystemtransformation auf lokaler und regionaler Ebene zu entwickeln. PtX steht hierbei für „Power-to-X“, das bedeutet Umwandlung von Strom in eine andere Energieform zu Nutzungszwecken in einem anderen Sektor, beispielsweise als Heizwärme oder zu Mobilitätszwecken. Das Projekt befasste sich mit der übergeordneten Frage, wie Strom aus erneuerbaren Energien mithilfe von sektoralen Kopplungsstrategien im lokalen Energiesystem nachhaltig genutzt werden kann. Die Wuppertaler Stadtwerke (WSW) waren als Praxispartner an diesem Projekt beteiligt, als Gegenstück zum wissenschaftlichen Konsortium (Fraunhofer UMSICHT, RWTH Aachen sowie FIR an der RWTH Aachen, Wuppertal Institut, Kulturwissenschaftliches Institut, Institut Arbeit und Technik), im Sinne des gewählten transdisziplinären Ansatzes. Konkret wurde in dem Projekt eine integrale Methode zur Identifizierung und Bewertung verschie- Bewertung von Power-to-X- Pfaden im städtischen Umfeld* Praxisbeispiel: Power-to-eMobility für gewerbliche Flotten Power-to-X, Sektorkopplung, inter- und transdisziplinäre Bewertungsmethode, betriebliche Elektromobilitätsflotten Annedore Kanngießer, Jan Hicking, Stefan Jaeger Für die Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energien wird die Kopplung verschiedener Sektoren (Strom, Wärme, Kälte, Mobilität, Produktion) immer wichtiger. Städte sind aufgrund ihrer räumlichen Kompaktheit und der Ansiedlung unterschiedlichster Sektoren hierfür prädestiniert. Der Beitrag stellt eine integrative Bewertungsmethode für Power-to-X-Pfade vor, welche auf die Zusammenarbeit von Wissenschaft und lokalen Praxisakteuren ausgelegt ist, um Umsetzungspotenziale in Kommunen zu identifizieren. Die Methode wird am Beispiel von Power-to-eMobility für gewerbliche Flotten vorgestellt. © Markus Distelrath auf Pixabay THEMA Urbane Transformation * Dieser Beitrag entstand im Rahmen des Forschungsprojektes „EnerAct “. Wir bedanken uns bei der Stiftung Mercator für die Projektförderung. 61 2 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbane Transformation dener PtX-Pfade entwickelt, mit dem Ziel, dass diese Methode lokalen Akteuren (kommunalen Planern oder lokalen Energieversorgern) ermöglichen soll, die PtX-Pfade zu finden, die am besten zu ihrer Gemeinde oder ihrem Versorgungsgebiet passen und sie darüber hinaus bei der Konzeption von robusten Umsetzungsprojekten unterstützt. Insbesondere sollten die Umsetzungsprojekte so angelegt sein, dass Treiber und förderliche Faktoren aufgegriffen werden, wohingegen Risikofaktoren und hemmende Faktoren möglichst frühzeitig erkannt und vermieden werden sollten. Dies erforderte neben der transdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Praxis eine interdisziplinäre Zusammenarbeit, um neben der technischen Machbarkeit der PtX-Pfade auch wirtschaftliche, ökologische oder gesellschaftliche Aspekte mitberücksichtigen zu können. Übersicht über die entwickelte integrale Methode Bild 1 zeigt die im vorliegenden Projekt entwickelte integrale Vorgehensweise, welche aus vier Schritten besteht. Schritt 1 und Schritt 2 stellen dabei prinzipiell einmalig durchzuführende Schritte dar (unter dem Vorbehalt einer Aktualisierung von Zeit zu Zeit). Dahingegen setzen Schritt 3 und Schritt 4 auf den zuvor gewonnenen übertragbaren Ergebnissen auf und müssen für jeden interessierten Praxisakteur individuell durchgeführt werden. Schritt 1 diente der Identifikation der grundsätzlich relevanten PtX-Pfade. Die Relevanz bemisst sich zum einen an theoretischen Kriterien - dem Technology Readiness Level als Kennzeichen der technologischen Reife, der Gesamteffizienz des Pfades sowie einer ersten Abschätzung des gesellschaftlichen Akzeptanzgrades. Zum anderen wurden bereits in Deutschland existierende bzw. in der Erprobung befindliche PtX-Umsetzungsprojekte analysiert. Dann wurde die noch resultierende Liste möglicher Pfade durch eine Expertenbewertung weiter reduziert. Letztendlich konnten die 278 ursprünglichen Pfade (welche durch eine Kombination unterschiedlicher Erzeugungstechnologien mit unterschiedlichen Umwandlungstechnologien, unterschiedlichen Speichertechnologien sowie unterschiedlichen sektoralen Nutzungsmöglichkeiten gewonnen wurden) auf eine Liste mit sechs grundlegend unterschiedlichen und relevanten PtX-Pfaden reduziert werden. Darunter sind drei Pfade, welche auf der Umwandlung von Strom über einen Elektrolyseur zu Wasserstoff basieren, dann jedoch den Wasserstoff unterschiedlichen Nutzungszwecken zuführen (als Treibstoff für Wasserstoff-Mobilität, als Beimischung in das Erdgasnetz beispielsweise zu Heizzwecken, für die stoffliche Nutzung in der chemischen Industrie). Daneben gibt es einen weiteren Pfad, in dem der Strom direkt zu Mobilitätszwecken eingesetzt wird („Power-to-eMobility“), einen Pfad, wo der Strom zu (Heiz-)wärme umgewandelt wird und einen Pfad, wo der Strom über Kompressionskältemaschinen für die Kälteerzeugung verwendet wird. Im zweiten Schritt wurden diese 6 PtX-Pfade interdisziplinär analysiert. Die Analyse erfolgte in den Kriteriengruppen „Überblick/ Allgemeines“, „Technologie“, „Strukturelles“, „Anforderungen an die Informations- und Kommunikationstechnologie“, „Ökonomie“, „Recht & Regulatorik“, „Nachhaltigkeit“, „Energiesystemdienlichkeit“, „Bezug zu Megatrends“ und „Akzeptanz“. Dabei enthielt jede Kriteriengruppe mehrere konkrete Kriterien. Insgesamt ergaben sich hierdurch 63 Kriterien, nach denen die PtX-Pfade bewertet wurden. Die Ergebnisse für alle Kriteriengruppen wurden teils in eigenständigen Ergebnisberichten dokumentiert, darüber hinaus jedoch alle in einem Excel-basierten, interaktiv bedienbaren Bewertungstool zusammengestellt. Aufgrund der Vielzahl detaillierter Ergebnisse wurde pro Pfad zudem eine zusammenfassende Bewertung der Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken (SWOT-Analyse) durchgeführt und ebenfalls in das Bewertungstool integriert. Der dritte Schritt dient dazu für eine konkrete Kommune bzw. ein konkretes Versorgungsgebiet (hier: aus Sicht der WSW als lokales Stadtwerk in Wuppertal) den PtX-Pfad auszuwählen, der unter Identifikation relevanter PTX-Pfade Interdisziplinäre Analyse der identifizierten PtX- Pfade Transdisziplinäre Zusammenarbeit zur Auswahl PtX-Pfad Als grundsätzlich relevant identifizierte PtX-Pfade Umfassendes, interdisziplinäres Bewertungs-Tool für PtX-Pfade Für Umsetzungsvorbereitung ausgewählter PtX-Pfad Konzept Geschäftsmodell & Umsetzungs-Roadmap für ausgewählten PtX-Pfad SCHRITT 1 SCHRITT 2 SCHRITT 3 SCHRITT 4 Einmalig durchzuführende Schritte Für jeden Praxisakteur durchzuführende Schritte Entwicklung Geschäftsmodell & Roadmap für ausgewählten PtX-Pfad Bild 1: Entwickelte integrale Methode. © Kanngießer et al. 62 2 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbane Transformation den lokalen Rahmenbedingungen für eine Umsetzung am interessantesten ist. Hierzu ist die transdisziplinäre Zusammenarbeit mit dem lokalen Praxisakteur essentiell. Hierfür bestehen zwei Optionen, in Abhängigkeit davon, ob die Auswahl durch einen Vertreter des Praxisakteurs oder eine Personengruppe durchgeführt werden soll und auf welcher Detailtiefe die Auswahl erfolgen soll. Im vorliegenden Projekt wurde die zweite Option gewählt, indem ein Workshop mit mehreren Vertretern der WSW durchgeführt wurde. Auf Basis der SWOT-Analyse wurden die verschiedenen Pfade vorgestellt, diskutiert und mit den lokalen Rahmenbedingungen abgeglichen. Im Anschluss ist es sinnvoll, eine sektoralräumliche Analyse durchzuführen, um weitere lokale Akteure bzw. insbesondere die Kunden für den oder die Pfad(e), welche sich in der engeren Auswahl befinden, zu identifizieren. Ebenso ist es empfehlenswert, einen Workshop mit den so identifizierten lokalen Akteuren bzw. Kunden durchzuführen (oder alternativ Interviews mit ihnen zu führen), um die Auswahl des umzusetzenden PtX-Pfads final zu treffen bzw. zu bestätigen. Der vierte Schritt dient dazu, ein Geschäftsmodell für den zur Umsetzung ausgewählten PtX-Pfad zu entwickeln sowie anschließend eine Roadmap abzuleiten, wie das Geschäftsmodell sukzessive implementiert werden kann. Im Rahmen des vorliegenden Projektes erfolgte die Entwicklung und Dokumentation des Geschäftsmodells anhand des so genannten Business Model Canvas nach Osterwalder. Aufgrund der sehr strukturierten Vorgehensweise, der hohen Kundenorientierung und der kompakten Dokumentation erwies sich dieses Tool als empfehlenswert. Die Entwicklung des Geschäftsmodells sollte ebenfalls in transdisziplinärer Zusammenarbeit erfolgen und idealerweise die Anforderungen und Wünsche der späteren Kunden explizit einholen. Für Letzteres können Synergieeffekte mit den Kunden-Workshops bzw. Kunden- Interviews aus Schritt 3 generiert werden. Ergebnisse Geschäftsmodellentwicklung für betriebliche Elektromobilität Im vorliegenden Projekt wurde im Zuge von Schritt 3 der PtX-Pfad „Power-to-eMobility“ als für Wuppertal weiter auszugestaltender Pfad ausgewählt, mit dem spezifischen Fokus auf betrieblichen Elektromobilitätsflotten. Kundengruppe Beispiele Spezifika Unternehmen mit Dienstleistungen, bei denen Autofahrten den Kern des Geschäftsmodells darstellen Pflegedienste, Lieferdienste, Transport von Personen mit Handicap, etc. − Die Fahrzeuge haben nur kurze Parkzeiten am Geschäftssitz − Tägliche Fahrten zu vielen unterschiedlichen Orten, in der Regel kürzere Strecken − Eher homogene Flotten − Teilweise werden Fahrzeuge von Mitarbeitern abends mit nach Hause gekommen Unternehmen des produzierenden Gewerbes und von Dienstleistern, bei denen Fahrten lediglich dazu dienen, zum Arbeitsstandort bzw. zu Kunden zu gelangen Produzierendes Gewerbe (zum Beispiel: Hersteller Werkzeuge), Versicherungsunternehmen, etc. − Die Fahrzeuge bleiben typischerweise länger am Geschäftssitz − Die Fahrzeuge machen wenige Fahrten pro Tag zu wenigen unterschiedlichen Zielen, aber legen dafür eher längere Distanzen zurück. − in der Regel Parkflächen am Geschäftssitz für Kunden/ Lieferanten/ Besucher/ Mitarbeiter − Sonderrolle Autohäuser/ Werkstätten: Infrastruktur zu Demonstrationszwecken benötigt Tabelle 1: Resultierende Klassifizierung der Kundengruppen für betriebliche Elektromobilität. Bild 2: Roadmap für einen lokalen Energieversorger, der Dienstleistungen zur betrieblichen Elektromobilität anbieten möchte © Kanngießer et al. 63 2 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbane Transformation Basierend auf der Lokalexpertise der WSW wurde nach Pfadauswahl eine Gruppierung der potenziell relevanten Kundengruppen für betriebliche Elektromobilitätsflotten vorgenommen. Die sechs originären Kundengruppen „Liefer- und Kurierdienste“, „Produzierendes Gewerbe“, „Kommunale Unternehmen“, „Automobilindustrie“, „Autohäuser und Werkstätten“ sowie „Sonstige Unternehmen deren Geschäftsmodell mit Automobilen verbunden ist“, konnten zu zwei Hauptgruppen kondensiert werden, die Gemeinsamkeiten in der Nutzung von betrieblicher Elektromobilität erwarten ließen (vgl. Tabelle 1). Der anschließende Entwurf eines Geschäftsmodells für die WSW - wobei die WSW hierbei stellvertretend stehen für kommunale Akteure (spezifisch: Stadtwerke), die Services rund um das Thema betriebliche Elektromobilität anbieten wollen - erfolgte wie oben bereits beschrieben mit Hilfe der Business Model Canvas. Zunächst wurden die verschiedenen Kundensegmente identifiziert und in Hinblick auf ihre Bedürfnisse charakterisiert. Im nächsten Schritt galt es, die potenziell durch den lokalen Akteur (hier: die WSW) anbietbaren Leistungsbausteine zu identifizieren und zu charakterisieren. Diese wurden - neben einer strategischen Bewertung seitens WSW, welche Leistungsbausteine selbst ausgeführt werden sollen, welche möglicherweise über einen Partner angeboten werden können und welche gar nicht angeboten werden sollen - anschließend den zuvor identifizierten Kundenbedürfnissen gegenübergestellt, um sie hinsichtlich ihrer Relevanz zu priorisieren. Auf dieser Basis konnten weitere Aspekte des Geschäftsmodells ausgearbeitet werden: einerseits die bei den WSW zu etablierenden Schlüsselaktivitäten mitsamt den dafür benötigten Ressourcen sowie auch die zu akquirierenden Partner. Andererseits wurden mögliche Erlösströme und anfallende Kosten analysiert sowie mögliche Kommunikationsstrategien und Kanäle zur Kundenansprache zusammengestellt. Nach Fertigstellung dieses grundlegenden Geschäftsmodellentwurfes enthielt dieser 19 verschiedene Leistungsbausteine, die sich wiederum in die vier zentralen Produkte (Potenzialanalyse und -beratung, Nutzungsberatung, Anpassungsberatung und erweiterte Services) unterteilen ließen. Diese wurden anschließend in Kernbausteine und Ergänzungsbausteine unterteilt sowie eine Zuordnung zu den drei Phasen „Vorentwicklung“, „Detaillierung“ und „Servitization“ vorgenommen. Dabei war zusätzlich zu berücksichtigen, welche Leistungsbausteine inhaltlich aufeinander aufbauen. Die resultierende Roadmap ist in Bild 2 zu finden. Die Roadmap zur Umsetzung des Geschäftsmodellentwurfs differenziert neben den zuvor genannten Phasen zwischen Beratungs-, Umsetzungs- und Service-Elementen. Während die Beratungselemente die zentralen Produkte darstellen, die es zu entwickeln gilt, sind auch die Umsetzungselemente für die Kunden des lokalen Stadtwerks von Bedeutung. Denn die Umsetzung einer robusten und mit hoher Verfügbarkeit versehenen Ladeinfrastruktur bedarf einer soliden technischen Auslegung sowie deren Umsetzung. Darin muss eine komplexe Koordination erfolgten, die die unterschiedlichen Unternehmen, die einerseits die Auslegung und andererseits die Umsetzung durchführen, einsetzt, steuert und begutachtet. Die befragten Kunden erwarten zudem eine sinnvoll konfigurierte Gesamtlösung, sodass Ergänzungsbausteine die vorrangig der Phase „Servitization“ zuzuordnen sind, entwickelt, getestet und angeboten werden müssen. Das komfortable Nutzen einer Ladeinfrastruktur steht dabei im Fokus der Betrachtung. Der Einsatz industrieller Lademanagementsysteme, das einfache Abrechnen unterschiedlicher Nutzergruppen sowie das Management von Fahrzeugflotten sind nur Beispiele für Produkte einer nachhaltigen Geschäftsbeziehung zwischen Stadtwerk und Endkunden. Es gilt dennoch die Aspekte des Geschäftsmodells schrittweise entlang der Phasen zu entwickeln und früh mit Pilotkunden Erfahrungen zu machen, die einen soliden Aufbau des PtX-Pfades „Power-to-eMobility“ gewährleisten. Dr. Annedore Kanngießer Stellv. Abteilungsleiterin Energiesysteme Fraunhofer UMSICHT Kontakt: annedore.kanngiesser@umsicht.fraunhofer.de Jan Hicking Bereichsleiter Informationsmanagement Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) an der RWTH Aachen Kontakt: jan.hicking@fir.rwth-aachen.de Stefan Jaeger Mitarbeiter im Fachbereich „Produktentwicklung Energiedienstleistungen und neue Technologien“ WSW Energie & Wasser AG in Wuppertal Kontakt: stefan.jaeger@wsw-online.de AUTOR*INNEN