Intelligente Netze: Chancen für Wirtschaft und Gesellschaft

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1 Intelligente Netze: Chancen für Wirtschaft und Gesellschaft Prof. Dr. Nico Grove Assistant Professor Institute for Infrastructure Economics & Management Frankfurt, 03. February 2013 Executive Business Briefing & Breakfast Digital Hub FrankfurtRheinMain e.v.

2 Agenda Intelligente Netze: Beispiele Theorie und Evolution Wirtschaftliche Erwartungen Gesamtwirtschaftlicher Hebel Volkswirtschaftliche Auswirkungen in Schlüsselsektoren Ausblick & Diskussion 2

3 Beispiele für intelligente Netze: Smart City Source: Infineon Technologies AG (2012) 3

4 Beispiele für intelligente Netze: Smart Grid 1 1 Erneuerbare Energien Optimierte Stromübertragung und -verteilung Energiespeicherung, Elektromobilität Sicherheit für Stromnetze und Smart Meter 4 5 Smart Meter 6 6 Energieeffiziente Nutzung Selbst-adaptive Software-Architektur Source: Infineon Technologies AG (2012) 4

6 Source: IT-Gipfel AG2 / UAG Intelligente Netze: Präsenzsitzung, Bonn 6

7 Definition Intelligente Netze I/III Als intelligente Netze werden Lösungen bezeichnet, die netzbasiert eine Regelung oder Koordination unterschiedlichster technischer Geräte ermöglichen. Dies geschieht zumeist kontextbezogen und über einen automatisierten Austausch von Daten. Ziel ist es, komplexe Prozesse besser zu managen, die Effizienz zu steigern, Verbrauch und Erzeugung miteinander zu koppeln und damit Ressourcen zu schonen sowie weitere, neue vernetzte Anwendungen zu ermöglichen. Intelligente Netze beginnen/enden bei Sensoren/Aktoren, denen sie Daten entnehmen bzw. zuführen, werden über Kommunikationskanäle verschiedener, meist breitbandiger Accesstechnologien aggregiert und münden in zentralen Plattformen zur Speicherung bzw. Weiterverarbeitung über anwendungsbezogene Dienste. Source: IT-Gipfel AG2 / UAG Intelligente Netze: Präsenzsitzung, Bonn 7

8 Definition Intelligente Netze II/III Basis: Breitbandnetze, Neue Medien, IT-Lösungen, Mikro- und Nanoelektronische Systeme Quelle: Münchner Kreis zum IT Gipfel 2012; Quelle der erweiterten Definition ist eine Präsentation von Prof. Scheer (BITCOM) v. 9. Juni Neben den dort genannten ist insbesondere die Mikro- und Nanoelektronik eine weitere Basis oder Schlüsseltechnologie für künftige intelligente Netze. Mikro- und Nanoelektronik steht dabei als Sammelbegriff und umfasst weitere Technologien wie z. B. Sensoren, Aktoren oder Smart Systems 8

9 Definition Intelligente Netze III/III IT Gipfel Definition Evolution Zusammenwachsen bislang separierter, sektorspezifischer Infrastrukturen und Technologien Management Netzbasierte Regelung und Koordination Kontextbasierter, automatisierter Datenaustausch Zentrale Speicherung und Weiterverarbeitung TK-Infrastruktur als Enabler für Technologiesprünge Source: IT-Gipfel AG2 / UAG Intelligente Netze: Präsenzsitzung, Bonn 9

10 Wo liegt die neue Intelligenz? Intelligenz Einzelkomponenten erfassen Teilaspekte einer Gesamtaufgabe Komplexe Vernetzung und technologische Plattformen Vernetzung und Datenaustausch unter Einzelkomponenten Teilaspekte werden von am besten für Aufgabe geeigneten Leistungserbringern bearbeitet Intelligente Vernetzung von Einzelkomponenten Source: IT-Gipfel AG2 / UAG Intelligente Netze: Präsenzsitzung, Bonn 10

11 Intelligente Netze sind Enabler und stellen Querschnittstechnologien dar, die wiederum Grundlage darauf basierender Potentiale darstellen. Querschnittstechnologien Intelligente Netze Enabler Querschnittstechnologie(n) Branchen-/Infrastruktur-/Technologieübergeifende Anwendungsgebiete Komplexe Zusammenhänge zwischen Anwendungsfeldern Technologien Rechtsrahmen (Regulierung) Source: IT-Gipfel AG2 / UAG Intelligente Netze: Präsenzsitzung, Bonn 11

12 Merkmale Intelligenter Netze Kommunikationsqualität Modularität Evolutionseffekt Umfassende, qualitätsgesicherte, inhaltsneutrale Übertragung von Informationen Verknüpfung austauschbarer IT-Komponenten zu komplexen, fachspezifischen Anwendungen Leichte, flexible Austauschbarkeit von Komponenten Stetige Steigerung der Leistungsfähigkeit durch Weiterentwicklung und Austausch der Einzelkomponenten Fortlaufende intelligente Evolution Ortsunabhängige Erfassung, Verarbeitung, Bereitstellung von Daten, Ergebnissen und Aktionen Allgegenwärtigkeit Komponenten als werthaltige Vorprodukte Wettbewerb durch Austauschbarkeit Innovationsfördernde Dynamik Marktplatzcharakter Selbstverstärkende Dynamik Metcalfe`s Law Netzwerkeffekte Source: IT-Gipfel AG2 / UAG Intelligente Netze: Präsenzsitzung, Bonn 12

13 Prinzipien und Funktionalitäten Intelligente Netze I/II Überlegungen zur Architektur Ein Kontinuum anwendungsorie ntierter Dienste, die sich durch gemeinsamen Daten oder Services Clustern lassen Source: Studie des Münchner Kreises zum IT Gipfel (2012) z.b. Energie z.b. Verkehr 13

14 Beispiel für ein IN-Schichtenmodell Source: Studie des Münchner Kreises zum IT Gipfel (2012) 14

15 IN-Evolution: Evolutionsschritte der Intelligenten Netze induzieren die Durchdringung fast aller Infrastrukturfelder I/VII Source: Studie des Münchner Kreises zum IT Gipfel (2012) 15

16 Stellenwert intelligenter Netze: Real World vs. Cyber World Paradigmenwechsel Bislang Zukünftig Cyber World, Breitband- Internet Real World, Traditionelle Infrastruktur Hardware Software Systeme Cyber World, Breitband- Internet +Daten +Dienste +Sicherheit Real World, Traditionelle Infrastruktur Hardware Software Systeme Geringe Überlappung, noch wenige Schnittstellen, Embedded Systems aus Mikroelektronik, Sensoren, Aktoren Große Überlappung, viele Schnittstellen, neuartige Anwendungen, Dienste und Geschäftsmodelle, Cyber-physikalische Systeme intelligentere Netze als bislang erforderlich Source: Studie des Münchner Kreises zum IT Gipfel (2012) 16

18 Source: Fraunhofer ISI (2012) 18

19 Source: Fraunhofer ISI (2012) 19

20 Gesamtwirtschaftliche Effekte Intelligenter Netze im Überblick Source: Fraunhofer ISI (2012) 20

22 Smart Home als Bindeglied zwischen Verbraucher und gesamtwirtschaftlichen Herausforderungen Studie 2012 Source: 22

23 Der Smart Home Markt wird nach jüngsten Schätzungen in Milliarden USD bestragen 1). Marktvolumen Breitband Haushalte with smart home system 16% 84% Source: 1) Stategy Analytics, Bitkom (2012) 23

24 Herausforderungen für Wirtschaft, Politik und Gesellschaft Studienansatz Vorgehensweise der Studie Identifikation der wirtschaftlichen Erwartungen in Schlüsselsektoren: 1 - Energie - Mobilität - Gesundheit / Demographischer Wandel - E-Live (Smart Home, Cloud Computing) 2 Identifizierung / Berechnung der Umsatzerwartungen für Schlüsselsektoren durch Implementierung von Heimvernetzung Growth-Accounting-Modell Ermittlung des Beitrags der Heimvernetzung am gesamtwirtschaftlichen Wachstum 3 Darstellung von Lösungsansätzen zur Akzeptanzsteigerung der Heimvernetzung Realisierung der Umsatzerwartungen 24

25 Integration dezentral erzeugter Energie in Energienetze ist große Herausforderung des Energiesektors Schlüsselsektor: Energie Energie 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland Quelle: Vgl. PriceWaterHouseCoopers, (2008). S. 12f. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2011), S.3. 0%

26 Umstellung der Mobilität auf Basis fossiler Brennstoffe hin zu erneuerbaren Energien als zentrale Herausforderung Schlüsselsektor: Mobilität Mobilität Nachlassende Rohstoffvorkommen & steigende Rohstoffpreisen E-Mobilität: Neue Anforderungen an Infrastruktur Integration von E-Mobilität in Energienetze Entwicklung von Ladekonzepten im öffentlichen Raum sowie zu Hause Anzahl zugelassener Fahrzeuge nach Antriebsart in Deutschland Antriebsart Anzahl Elektrofahrzeuge Hybridfahrzeuge Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor Jahr Ziele der Bundesregierung Anzahl E-Fahrzeuge Million Millionen Quellen: Kraftfahrzeug-Bundesamt (KBA), Stand: / Bundesregierung (2009), S

27 Demographischer Wandel als Herausforderung für das Gesundheitssystem Schlüsselsektor: Gesundheit Gesundheit / Demographischer Wandel Bevölkerungsentwicklung in Deutschland Veränderten Bevölkerungsstruktur Erhebliche Auswirkungen auf Gesundheitssystem Steigende Lebenserwartung und höherer Anteil Älterer an Gesamtbevölkerung Steigende Kosten Gesundheitsversorgung Einsparpotentiale durch IKT Quelle: Statistisches Bundesamt (2009), S.15 27

28 E-Live umfasst die Digitalisierung der Lebensbereiche des Menschen Schlüsselsektor: E-Live Smart Home E - L I V E Cloud Computing Anbindung an Informationsgesellschaft Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (2011); Glasberg, (2009). S. 7 28

29 Anwendung des Growth-Accounting-Ansatzes auf die Heimvernetzung Gesamtwirtschaftlicher Hebel I/III Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Borner et al. (2010), S.9 29

30 Umsatzerwartungen und Umsatzentwicklungen in den Schlüsselsektoren Gesamtwirtschaftlicher Hebel II/III 180 Σ 156 Mrd Hebel Vernetzung / Heimvernetzung ,3 Σ 12,6 Mrd. 1, Cloud Computing E-Energy E-Mobility E-Health Anmerkung: Die Umsatzzahlen der Sektoren E-Mobility, E-Energy und Cloud Computing beziehen sich auf den deutschen Markt; für E-Health werden die Umsatzzahlen für den gesamten EU-Markt betrachtet. Die Umsatzprognose für Cloud Computing bezieht sich auf das Jahr

31 Umsatzerwartungen und Umsatzentwicklungen in den Schlüsselsektoren bei 50% Vernetzung Gesamtwirtschaftlicher Hebel III/III Σ 156 Mrd Prognose für das Jahr 2020 (in Mrd. ) ,5 8 2 Σ 39 Mrd. Heimvernetzung zu 100% realisiert Heimvernetzung zu 50% realisiert Cloud Computing E-Energy E-Mobility E-Health Anmerkung: Die Umsatzzahlen der Sektoren E-Mobility, E-Energy und Cloud Computing beziehen sich auf den deutschen Markt; für E-Health werden die Umsatzzahlen für den gesamten EU-Markt betrachtet. Die Umsatzprognose für Cloud Computing bezieht sich auf das Jahr

33 Verknüpfungspotentiale Source: Studie des Münchner Kreises zum IT Gipfel (2012) 33

34 Business Impact und Einsatzpotentiale Funktionalitäten intelligenter Netze sowie Potenziale isolierter und kombinierter intelligenter Netze Unternehmen Standort Deutschland Gesellschaft Evolution & Revolution tradierter Geschäftsmodelle Bildung von branchenübergreifenden Kooperationen/Netzwerken, um als Systemanbieter zu fungieren Intensivierung der Zusammenarbeit in der Wertschöpfungskette zwischen Komponenten, Plattformen und darauf basierenden Anwendungen (-> Engineering von Wertschöpfungsketten) Innovationen innerhalb der Sektoren (Ebenen) und durch deren Vernetzung (Schichtenmodell) Stärkung der Industrie als Bereitsteller der Schlüsseltechnologien (Photonik, Mikroelektronik und Nanoelektronik) Erkennen und Forcieren von Innovationsbäumen Vorreiterrolle bzw. Anbieter existierender und funktionierender intelligenter Netze (z. B. Energie) Langfristiger Aufbau und Erhalt von Kompetenzen und Beschäftigung (Forschung/Entwicklung/ Bildung/Ausbildung) Beitrag zur nachhaltigen Ressourcenschonung Komfortgewinn durch Automatisierung Komplementäre Effekte beim Infrastrukturausbau Ausgangspunkt für gesellschaftliche Innovation Source: Studie des Münchner Kreises zum IT Gipfel (2012) 34

35 Herausforderungen IEM Herausforderungen und Handlungsoptionen Industriepolitik Schlüsseltechnologien sind Enabler intelligenter Netze Standortförderung mit Bezug auf Schlüsseltechnologien Technik Enablerfunktion von Standards und Interoperabilität Sichere Kommunikation als Voraussetzung Datenschutz/Nutzerschutz Datenschutz/ -management (Open Data und dessen Nutzungsbefugnisse) Bewusstsein über Datenverfügbarkeit und Nutzerschutz Kompetenz Entwicklungs- und Fertigungskompetenz in der Zusammenführung von Hardware- und Softwareapplikationen in Kombination mit intelligenten Netzen Source: Studie des Münchner Kreises zum IT Gipfel (2012) 35

36 Vielen Dank! 36

37 APPENDIX 37

38 Theoriefokus IEM Die Forschungsschwerpunkte des IEM bestehen an der Schnittstelle zwischen Wohlfahrtsökonomie, Regulierung und Unternehmensführung. Forschungsrichtung Industriefokus Kompetenzzentrum Wasser Telco Post Energie Bahn Investitionsentscheidungen Regulierung & Bereitstellung (öffentlicher) Infrastrukturen Nachhaltigkeit Regulierungsintensität Strategien der Marktteilnehmer Wettbewerb 38

39 Biography Skills & Experience Position IEM Prof. Dr. Nico Grove Head of Institute for Infrastructure Economics and Management, Bauhaus Universität Weimar Senior Lecturer at the Institut for Information, Organization and Management, Ludwig-Maximilians-Universität München, Munich School of Management Industries Skills Information Technologies, Infrastructure Chemical, Civil & Defense, Resources Telecommunications & Media Business Development, Corporate Strategy, Diversification & Growth Financial Planning & Modeling (Re-) Organization, Change Management Nico Grove is Assistant Professor at the Bauhaus University Weimar and has been heading the Institute for Infrastructure Economics and Management since October In addition, he lectures at the Ludwig-Maximilians-Universität München, where he received his Ph.D. and was visiting professor at the CIS, Stanford Law School, Stanford University in Before, he was working in strategy consultancy at Accenture and A.T. Kearney and also in the media production companies for TV broadcasters. He holds a Master in Business Administration and a Master of Business Research degree from the Munich School of Management, Ludwig-Maximilians-Universität München, as well as a Master in Economics from the Macquarie University Sydney.