Energieprognose
Wetten auf den Wind
Aus Oldenburg berichtet Henning Zander
Deutschlands Energiekonzerne kämpfen mit dem Wetter. Bei Sturm liefern Windräder zu viel Elektrizität, bei Flaute zu wenig. Eine Oldenburger Firma verspricht Abhilfe: Sie prognostiziert Wind- und Stromstärken bis zu zehn Tage im Voraus - und drängt damit in einen äußerst lukrativen Markt.
Der Wind weht schwach bis mäßig über Deutschland hinweg, an vielen Orten drehen sich die Rotorblätter der Windanlagen träge. Um 17 Uhr produzieren die insgesamt gut 20.000 Propeller, die über Deutschland verteilt stehen, rund ein Gigawatt Strom. Dann frischt an der Nordsee die Brise auf, und bis 21 Uhr steigert sich die Leistung auf zwei Gigawatt.
Im Technologie- und Gründerzentrum Oldenburg, bei der Firma Energy & Meteo Systems, werden diese Schwankungen genau registriert. Die Stärke des Windes ist die Geschäftsbasis des Unternehmens. Bis zu zehn Tage im voraus können Unternehmensgründer Matthias Lange und Ulrich Focken Windstärken in unterschiedlichen Regionen der Welt prognostizieren - und sagen, wie viel
Strom die Luftströme produzieren.
Die Wind-Prognose hat eine gute geschäftliche Zukunft:
40 Windparks will die Regierung in den kommenden Jahrzehnten in Nord- und Ostsee bauen lassen. Zusammen soll deren Leistung bei steifer Brise so stark sein wie die von zwölf mittelgroßen Atommeilern. Da der Wind jedoch bläst, wann er will, schwankt die Energiemenge stark.
Prognosesysteme werden somit zu einer immer wichtigeren Voraussetzung für die
Ökostrom-Wende: Je stärker Deutschlands Fabriken und Straßenlaternen von unsteten Energiequellen abhängen, desto zuverlässiger müssen die Stromversorger im Voraus vor Flauten gewarnt werden. So lassen sich plötzliche Leistungstäler - schlimmstenfalls sogar Blackouts - vermeiden.
Entsprechend drängen die ersten Unternehmen in den neuen Markt, Firmen wie Meteocontrol, Meteomedia Energy - oder eben die Energy & Meteo Systems von Focken und Lange.
Das Prognosesystem, das die beiden Physiker entwickelt haben, macht vorhersehbar, ob und wann konventionelle Kraftwerke bei einer Flaute einspringen müssen. Bei starkem Wind hingegen wissen die Betreiber von Atom- und Kohlekraftwerken im Voraus, wann sie weniger Energie ins Netz einspeisen können, um Überkapazitäten zu vermeiden.
Überblick über rund ein Drittel der in der Welt produzierten Windenergie
Die beiden Wissenschaftler haben sich während ihrer Dissertationen an der Universität Oldenburg kennengelernt. Lange beschäftigte sich mit der Beschreibung der Unsicherheit von Windleistungsprognosen, Focken mit den Auswirkungen der thermischen Schichtung der Atmosphäre auf die Vorhersage der Windleistung. Ihre Forschungsergebnisse sind die Grundlage der heutigen Arbeit von Energy & Meteo Systems.
Seit der Gründung ihrer Firma 2004 haben Focken und Lange die Prognosen immer weiter ausgebaut. Inzwischen haben sie einen Überblick über rund ein Drittel der in der Welt produzierten Windenergie: rund 42 von etwa 130 Gigawatt Leistung. An den Firmenservern hängen Australien, weite Teile Nordamerikas, die meisten Länder der EU, inklusive Deutschland.
Inzwischen wird die Firma von der Bundesregierung unterstützt. Energy & Meteo Systems nimmt an dem Projekt
E-Energy teil, in dessen Rahmen Umwelt- und Wirtschaftsministerium sowie zahlreiche Großunternehmen insgesamt 140 Millionen Euro für Projekte bereitstellen, die sich mit der Modernisierung der deutschen Stromnetze zu sogenannten
Smart Grids befassen. Im Rahmen von E-Energy werden gleich eine ganze Reihe neuer Technologien versuchsweise in die regionalen Stromnetze eingegliedert, unter anderem E-Autos, Kleinkraftwerke für Verbraucher oder Waschmaschinen, die selbständig entscheiden, wann sie Strom verbrauchen.
In einem solch komplexen Stromnetz entstehen Schwankungen nicht nur auf der Erzeugerseite, sondern auch bei den Verbrauchern. Die Bedeutung von Prognosesystemen wird also künftig weiter wachsen. Die Vorhersage des Stromflusses ist damit eine wichtige Voraussetzung für die deutsche Energie-Revolution.
Grundstein für den Echtzeit-Strommarkt
Die Regierung findet Energy & Meteo sowohl unter ökologischen als auch unter ökonomischen Gesichtspunkten attraktiv. Denn das Prognosesystem befördert nicht nur die Einspeisung alternativer Energien. Es soll langfristig eine ganz
neue Art des Stromverkaufs ermöglichen: einen Echtzeit-Markt, auf dem Energieerzeuger- und Verbraucher aller Art zu minutenaktuell schwankenden Preisen Strom handeln.
Derzeit erfahren Händler über Energy & Meteo immerhin schon, wie viel Windstrom zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft zur Verfügung steht - und können darauf ihre Geschäftsstrategie abstimmen. Mit den Daten arbeiten australische Trader an der Strombörse genauso wie deutsche Netzbetreiber, zum Beispiel RWE
oder EWE.
Aber auch für die Betreiber von Windanlagen wird die Prognose immer wichtiger. Seit dem 1. Januar 2009 haben sie die Möglichkeit, aus dem Vergütungssystem des Erneuerbaren Energiegesetzes (EEG) monatsweise auszusteigen, um ihren Strom direkt an der Strombörse zu vermarkten. Dafür ist es allerdings wichtig zu wissen, wie viel Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt voraussichtlich erzeugt wird.
Wie das Prognosesystem funktioniert
Natürlich gibt es dafür nie eine hundertprozentige Gewissheit. Für Flächen von der Größe Deutschlands hat das von Matthias Lange und Ulrich Focken entwickelte System Previento zur Windleistungsvorhersage eine mittlere Abweichung von drei Prozent für einen Tag im Voraus. Je kleiner die Einheit - bis hin zu einer einzelnen Windkraftanlage - desto größer werden die Schwankungen in der Prognosegenauigkeit.
Um möglichst zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, bedient sich die Firma der Daten führender internationaler Wetterdienste. Jeder Wetterdienst hat je nach Region und Wetterlage seine Stärken und Schwächen. "Angenommen, ein Tief zieht von Frankreich nach Deutschland", sagt Ulrich Focken, "dann sind auch häufig die Vorhersagen von Meteo-France am besten."
Die Wetterdienste haben die Welt in Karos von 2,5 bis 50 Kilometer Breite und Länge unterteilt. Um die Prognose innerhalb dieser Gebiete weiter zu verfeinern, speisen Focken und Lange ihre Computer mit Geländeprofilen. "Früher sind wir tatsächlich noch überall hingefahren und haben uns die Umgebung angeschaut", sagt Lange. Inzwischen allerdings werden die meisten Daten schon von den Windanlagenbetreibern zur Verfügung gestellt. Ein Plausibilitätscheck erfolgt unter anderem über Google Earth. "Man möchte schließlich wissen, was der Wind schon alles gesehen hat, bevor er die Anlage erreicht", sagt Lange.
Wie schnell der Wind die Anlagen anströmt, hängt unter anderem vom Untergrund ab. Stehen rings herum Wälder, Wiesen oder Kornfelder, oder steht die Anlage gar im Wasser? Auch die thermische Schichtung am Standort spielt eine Rolle. Wie erwärmt sich der Untergrund? In welcher Höhe wird die Anlage optimal ausgelastet?
Ist das System erst einmal eingerichtet, wird die Windleistung automatisch errechnet. Zehn von 20 Mitarbeitern bei Energy & Meteo Services sind als Informatiker damit beschäftigt, die Serverfarm mit den Daten zu pflegen. Ein Ausfall würde für die Kunden einen Schaden von gleich mehreren Millionen Euro bedeuten. Zur Sicherheit gibt es zum Standort Oldenburg noch einen Zwilling in Bremerhaven: Computer mit den gleichen Daten, die zur Not einspringen können. Für die Ereignisse, die sich nicht vorhersagen lassen.
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VOR-/NACHTEILE DER ENERGIETRÄGER
Die Energiewirtschaft befindet sich im Umbruch - SPIEGEL ONLINE zeigt die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Energieträger.
Plus: Erdöl ist der Schmierstoff industrieller Volkswirtschaften. In Deutschland deckt Öl rund 35 Prozent des Energiebedarfs - so viel wie kein anderer Rohstoff. Im Verkehrssektor gibt es momentan kaum Alternativen zu Öl: Das bestehende Tankstellennetz ist auf Benzin und Diesel ausgerichtet, die heute gängigen Motoren fahren fast nur mit diesen beiden Treibstoffen.
Minus: Der Ölpreis ist in den vergangenen Jahren rasant gestiegen, Autofahrer mussten im vergangenen Sommer so viel zahlen wie nie. Die deutsche Volkswirtschaft verliert dadurch Milliardenbeträge, denn das Land ist fast völlig von Importen abhängig. Weltweit liegen die meisten Ölvorkommen in politisch heiklen Regionen wie dem Nahen Osten, Russland, Venezuela oder Nigeria. Versorgungskrisen kann man daher nicht ausschließen. Darüber hinaus ist Erdöl ein endlicher Rohstoff: Die bekannten Vorkommen gehen langsam zur Neige. Große neue Felder wurden in den vergangenen Jahren kaum entdeckt - und wenn, dann nur in schwierig zu erschließenden Gebieten wie der Arktis. Hinzu kommt die CO2-Problematik: Wenn Öl verbrannt wird, entsteht das Klimagas Kohlendioxid.
Plus: Erdgas ist der klimafreundlichste fossile Energieträger - bei der Verbrennung entsteht weniger CO2 als bei Kohle oder Öl. Außerdem halten die Vorräte noch eine Weile: Die Reichweite der Gasvorkommen wird auf rund 60 Jahre geschätzt, bei Öl sind es nur 40 Jahre. Ein weiterer Vorteil: Gas kann einen wichtigen Beitrag zur Stromerzeugung leisten. Denn Gaskraftwerke lassen sich schnell hoch- und runterfahren - diese Flexibilität hilft, die Schwankungen beim Windstrom auszugleichen.
Minus: Weltweit verfügen nur wenige Länder über Gasvorkommen. Entsprechend groß sind die Abhängigkeiten - Deutschland bezieht rund 40 Prozent seines Erdgases aus Russland. Problematisch ist außerdem die Bindung an den Ölpreis: Je teurer Erdöl wird, desto teurer wird auch Gas. Stromkonzerne klagen bereits, dass sich Gaskraftwerke kaum mehr rentieren. Private Haushalte kennen dasselbe Problem beim Heizen - Gas ist kaum günstiger als Öl. Auch beim Autofahren stellt Erdgas keine Alternative dar: Der aktuelle Preisvorteil gegenüber Benzin und Diesel liegt nur an der steuerlichen Begünstigung.
Plus: Kohle gibt es fast überall auf der Welt - einseitige Importabhängigkeiten wie beim Gas sind deshalb nicht zu befürchten. Auch Deutschland verfügt über nennenswerte Ressourcen: Braunkohle lässt sich ohne Subventionen fördern, für Steinkohle ist dies bei weiter steigenden Preisen zumindest denkbar. Außerdem reichen die Vorräte so lange wie bei keinem anderen fossilen Energieträger: Schätzungen gehen von rund 200 Jahren aus. Kohle eignet sich vor allem zur Stromerzeugung in der Grundlast - rund 50 Prozent des deutschen Stroms stammen aus Kohlekraftwerken.
Minus: Kein Energieträger ist so klimaschädlich wie Kohle. Bei der Verbrennung entsteht rund doppelt so viel CO2 wie bei Gas. Problematisch könnte dies vor allem dann werden, wenn man bestehende Atomkraftwerke durch neue Kohlekraftwerke ersetzt - oder wenn Elektroautos künftig in großem Stil Kohlestrom tanken. Bedenklich sind außerdem die Arbeitsbedingungen, unter denen Kohle gefördert wird: Zu den größten Produzenten zählen China, Russland und Südafrika - Länder, in denen immer wieder Bergleute ums Leben kommen.
Plus: Kernkraftwerke produzieren - wenn sie einmal gebaut sind - günstigen Strom. Der Rohstoff Uran wird nur in geringen Mengen verbraucht, so dass die laufenden Betriebskosten gering sind. Atomstrom kann in der Grundlast eingesetzt werden, also unabhängig von kurzfristigen Wetterschwankungen. In Frankreich wird Atomstrom auch zum Heizen verwendet, langfristig könnten so auch Elektroautos betrieben werden. Bei der Kernenergie wird kaum CO2 freigesetzt. Sie ist damit klimafreundlicher als Kohle oder Gas.
Minus: Der größte Nachteil der Atomenergie ist das Risiko eines Super-GAUs. Selbst wenn man dafür eine geringe Wahrscheinlichkeit unterstellt - der Schaden wäre enorm. Die Katastrophe in Tschernobyl war nur ein Vorgeschmack dessen, was im dicht besiedelten Mitteleuropa passieren würde: Tausende Opfer, auf ewig verseuchte Landstriche, Vermögensverluste in zigfacher Milliardenhöhe. Hinzu kommt die ungelöste Frage der Endlagerung: Obwohl die Kernenergie seit rund 50 Jahren genutzt wird, gibt es bis heute keine dauerhafte Deponie für die verstrahlten Abfälle. Ob es überhaupt ein sicheres Endlager geben kann, ist ohnehin umstritten: Der Atommüll strahlt zum Teil über 100.000 Jahre lang - was in dieser Zeit alles passiert, kann niemand vorhersagen. In jüngster Zeit wird ein weiteres Problem immer häufiger diskutiert: Was geschieht, wenn Terroristen einen Anschlag auf ein Kernkraftwerk verüben? Oder wenn sie in den Besitz von spaltbarem Material gelangen? Sicherheitsexperten haben auf diese Fragen keine abschließende Antwort.
Plus: Die Wasserkraft ist sehr umweltfreundlich - mit geringem Eingriff in die Natur lässt sich günstig Energie gewinnen. Rund fünf Prozent des deutschen Stroms stammen aus Wasserkraftwerken. Außerdem lässt sich in Stauseen sehr gut Energie speichern: Bei einem Überangebot an Strom wird Wasser nach oben gepumpt. Bei Bedarf wird es dann abgelassen, um die Turbinen anzutreiben.
Minus: In Deutschland ist das Potential der Wasserkraft so gut wie ausgeschöpft. Fast jeder Fluss hat ein Kraftwerk, ebenso fast jeder See. Im Ausland wiederum ist die Wasserkraft zum Teil in Verruf geraten: Riesenprojekte wie der Jangtse-Staudamm in China zerstören die Natur in großem Stil.
Plus: Von allen erneuerbaren Energien ist die Windkraft in den vergangenen Jahren am stärksten gewachsen. Mittlerweile beziehen die Deutschen mehr Strom aus Windrädern als aus Wasserkraftwerken. Auch in Zukunft hat die Branche großes Wachstumspotential - vor allem offshore, also in Windparks auf dem Meer. Ein weiterer Vorteil: Die Windkraft ist verhältnismäßig günstig. Die Betreiber der Anlagen bekommen laut Erneuerbare-Energien-Gesetz derzeit rund acht Cent pro Kilowattstunde - nur wenig mehr als der Preis für konventionellen Strom an der Energiebörse. Zum Vergleich: Solarstrom wird mit rund 40 Cent vergütet.
Minus: Kritiker halten Windräder für eine Verschandelung der Landschaft. Außerdem weht der Wind sehr unzuverlässig: Bei einer starken Brise wird das deutsche Stromnetz überlastet, bei Flaute muss Strom aus dem Ausland hinzugekauft werden. Praktikable Speicher für Windenergie gibt es bisher nicht. Ein weiterer Nachteil: Starker Wind bläst vor allem in Norddeutschland, die großen Verbrauchszentren liegen aber im Süden und Westen. Um den Strom abzutransportieren, sind zahlreiche neue Leitungen nötig.
Plus: Die Sonne ist nach menschlichen Maßstäben eine ewige Energiequelle, und sie scheint für jeden umsonst. Hätten alle Dächer Deutschlands eine Solaranlage, könnte so ein großer Teil des hiesigen Strombedarfs gedeckt werden - klimaschonend und unabhängig von Importen. Darüber hinaus lässt sich das Sonnenlicht auch zur Warmwasserbereitung nutzen: Mit Solarkollektoren kann man herkömmliche Heizungen ergänzen und so die Energiekosten drücken.
Minus: Die Sonne hat den gleichen Nachteil wie der Wind - ihre Energie lässt sich nicht zu jeder Uhrzeit nutzen. Das größte Problem ist jedoch der Preis: Solarstrom kostet rund 40 Cent pro Kilowattstunde - etwa fünfmal so viel wie konventioneller Strom. Trotz milliardenschwerer Subventionen leistet die Sonnenenergie nur einen geringen Beitrag zur deutschen Stromversorgung: Im vergangenen Jahr lag er bei rund 0,5 Prozent. Damit die Photovoltaik in Mitteleuropa wettbewerbsfähig wird, müsste es eine technische Revolution geben - oder die Preise für konventionelle Energie müssten dramatisch steigen.
Plus: Holz, Stroh, Mais - beim Verbrennen dieser Stoffe wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie die Pflanzen vorher der Atmosphäre entzogen haben. Biomasse lässt sich in vielen Bereichen einsetzen: zum Heizen (beispielsweise mit Holzpellets), zum Autofahren (mit Biodiesel oder Bioethanol) oder zur Stromerzeugung (mit Biogas). Der große Vorteil: Biomasse ist gespeicherte Energie. Man kann also frei entscheiden, wann man sie nutzen möchte - anders als bei Wind- oder Solarkraft. Ein weiterer Pluspunkt: Energiepflanzen, die in Deutschland wachsen, reduzieren die Abhängigkeit von Importen.
Minus: In jüngster Zeit gerät die Bioenergie massiv in die Kritik. Denn die Pflanzen benötigen enorme Anbauflächen - und treten damit in direkte Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Gerade bei Biotreibstoffen wird das zum Problem: Lässt es sich moralisch rechtfertigen, dass die Reichen Mais tanken - während die Armen hungern? Hinzu kommt ein gigantisches Mengenproblem: Wollte Deutschland seinen gesamten Benzin- und Dieselbedarf mit Biokraftstoffen decken, wäre dafür eine Fläche nötig, die größer ist als die gesamte Bundesrepublik. Das Gleiche gilt fürs Heizen: Sollten alle Bundesbürger auf Holzpellets umsteigen, würde der deutsche Wald dafür nicht reichen - erneut wären Energie-Importe nötig.
Plus: Die Wärme im Erdinneren steht rund um die Uhr zur Verfügung. Sie lässt sich sowohl zum Heizen als auch zur Stromerzeugung nutzen. Gäbe es keine Probleme mit der Bohrtechnik, könnte die Geothermie den gesamten deutschen Energiebedarf decken.
Minus: In Deutschland muss man Hunderte oder gar Tausende Meter tief bohren, um ein ausreichendes Temperaturniveau zu erreichen. Die Kosten der Geothermie sind deshalb sehr hoch. Mancherorts gibt es außerdem Probleme mit dem Grundwasser. Andere Länder sind hier aus geologischen Gründen in einer besseren Position: Island zum Beispiel deckt seinen Energiebedarf zum Großteil mit der Wärme aus dem Erdinneren.
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