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Windenergie: Unstete Energiequelle

Foto: Z1017 Bernd Wüstneck/ dpa

Energieprognose Wetten auf den Wind

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.
Von Henning Zander

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.

Strom die Luftströme produzieren

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 .

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.

Ökostrom-Wende

Prognosesysteme werden somit zu einer immer wichtigeren Voraussetzung für die : 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.

Smart Grids

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 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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