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16. Mär. 15

Fukushima habe alles verändert, so Kai Biermann vom Deutschen Wetterdienst.

Big Data vom Wetterfrosch

Die Offshore-Windenergie hat in der Meteorologie einen Innovationsschub ausgelöst. Ohne die hoch komplexen Wetter-Modellationen kommt heute kein Energiekonzern und Netzbetreiber mehr aus.

Fukushima habe alles verändert, so Kai Biermann vom Deutschen Wetterdienst.

Von Helmut Monkenbusch

Sturm über Hamburg. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) oberhalb der Landungsbrücken im Elbe-Stadtteil Sankt Pauli gibt eine Unwetterwarnung heraus. Bäume werden entwurzelt, Dächer abgedeckt, auf den Straßen suchen die Menschen Deckung vor umherfliegenden Weihnachtsbäumen.

Derweil erklärt Kai Biermann, Meteorologe beim DWD, in der wohligen Wärme seines Arbeitsraumes mit der grandiosen Elbaussicht, was da draußen vor sich geht. „Der Wind weht mit Stärke elf aus nordwestlicher Richtung. Zu den orkanartigen Böen, die wir auch morgen erwarten, kommen kräftige Gewitter.“

Was sich als Auftakt eines Katastrophenfilms eignen würde, ist allerdings für den Wetter-Spezialisten fast schon ein Grund zum Frohlocken: „Das gibt mit Sicherheit eine hohe Stromausbeute für die Windparks in der Nordsee“, sagt Biermann.

Das muss der Meteorologe so sehen. Denn Biermann gehört zu einem neuen Schlag seiner Zunft: Er ist beim DWD Leiter des Zentrums für Erneuerbare Energien.

Lange Zeit war der Katastrophenschutz die Hauptaufgabe des DWD. Das änderte sich schlagartig mit dem Reaktorunfall am 11. März 2011 in Japan. „Fukushima hat alles verändert“, sagt Biermann, der das Wetter seither immer aus dem Blickwinkel der Stromwirtschaft sieht.

Nach Fukushima beschloss die Bundesregierung in Berlin den Umbau der Versorgung auf erneuerbare Energien. Eine Herkulesaufgabe, bei der den Meteorologen eine Schlüsselrolle zukommt. Denn für die Steuerung des neuen grünen Energiesystems sind präzise Wettervorhersagen und Leistungsprognosen unverzichtbar. Nur dann kann der Strom aus Wind und Sonne gleichmäßig durch die auf Schwankungen empfindlich reagierenden Netze fließen.

Die Offshore-Windenergie hat in der Meteorologie einen Innovationsschub ausgelöst.

Auch Biermann selbst, ein freundlich auftretender Lockenkopf Jahrgang 1962, war zunächst überrascht über seine neue Rolle. Als Leiter des Zentrums für Erneuerbare Energien beim DWD arbeitet er heute daran, das 1952 gegründete Wetteramt des Bundes mit Versorgungskonzernen und Forschungsinstituten zu verzahnen.

Demnächst will sich der staatliche Dienst sogar gesetzlich dazu verpflichten, die Energiewirtschaft gegen Gebühren mit Prognosen zu versorgen. Und auf diese Weise einen Beitrag leisten, „damit in Deutschland nicht die Lichter ausgehen“, so Biermann. Inzwischen sei die Bundesoberbehörde „in nahezu allen wichtigen Energieprojekten in Deutschland vertreten“.

Die neuen Partner stellen weit höhere Anforderungen an die Wetterexperten als die alte Stammkundschaft aus See- und Luftfahrt, Schienenverkehr, Landwirtschaft oder dem Fernsehen. Für den Wetterbericht in den Fernsehnachrichten mag es ausreichen, die Daten eines einzelnen Anbieters heranzuziehen.

„Heiter bis wolkig 15 Grad oder heiter bis wolkig 16 Grad – wo ist der Unterschied?“, fragt Biermann. Dagegen sei die Energiemeteorologie „ein völlig anderes Big-Data-Business“.

Windpark- und Netzbetreiber wollen es schließlich ganz genau wissen, und dies im Stundentakt: Welche Windstärke herrscht bei jedem einzelnen ihrer Windkraftwerks-Masten in der deutschen Bucht? Und zwar in einer Nabenhöhe von 150 Metern? Und wie stark wird der Wind dort in den nächsten 24 Stunden wehen?

Diese Information bestimmt immerhin den Preis an der Leipziger Börse EEX, wo der für den Folgetag erwartete Strom in 60-Minuten-Blöcken gehandelt wird. Zugleich richten sich die Wartungsteams der Offshore-Windparks, deren Schiffe und Hubschrauber nach dem Wetterbericht.

In sogenannten Punkttermin-Prognosen, räumlich und zeitlich hochgenau, sagt der DWD „alles voraus, was Wetter ist, und was der Energiekunde wünscht“, erklärt Biermann. Daten über Bewölkung, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck, über Temperatur, Windstärke und -geschwindigkeit.

Es handelt sich um kleine Ausschnitte aus den großen Wettermodellen wie dem europäischen Datenkubus Cosmo EU, der mit einer Gitterpunktweite von 20 Kilometern operiert. Das bedeutet: Alle 20 Kilometer wird das Wetter in allen 60 atmosphärischen Ebenen bis hoch in die Stratosphäre errechnet.

„Wie ein Chirurg können Sie aus den Datenkuben der Vorhersagekette das gewünschte Koordinatenfeld herausstechen und dann in jeder beliebigen Höhe jeden Parameter extrahieren“, erklärt Biermann im Wissenschafts-Slang. Daraus heraus kommt eine für den Kunden maßangefertigte Prognose über das Wetter an Hunderten von Punkten, über zehn Tage, und das alles mit stündlicher Vorhersage.

Diese Daten schickt der DWD schließlich an das Fraunhofer Institut für Windenergie und Systemenergietechnik (IWES), dessen Forscher in einem hypermodernen Gebäudeoval in Bremerhaven Quartier bezogen haben.

Die Wissenschaftler erstellen auf Basis der DWD-Daten eine Vorhersage darüber, wie viel Megawatt Strom ein Windrad oder gleich ein ganzer Park in dieser Zeit liefern wird – und übermitteln diese Informationen im 15-Minuten-Takt an die Leitstände der Netzbetreiber.

Tennet zum Beispiel stellt diese Fraunhofer-Prognosen gar ins Internet und vergleicht sie mit den tatsächlichen Einspeisungen in seinem Netz.

Präzise Wettervorhersagen und Leistungsprognosen sind auch für Offshore-Wind unverzichtbar.

Wetterdaten-Hunger kennt keine Grenzen

Statt sich allerdings auf nur eine Prognose zu verlassen, kaufen die Versorger Vorhersagen von vielen privaten Dienstleistern. „Ein Mehr an Daten verspricht ein Mehr an Profit, sofern man die Daten intelligent miteinander verknüpft“, erklärt Biermann den Hunger nach teuren Wetterdaten. „Deshalb sind bei einzelnen Projekten alle im Boot, die in dieser Branche Rang und Namen haben.“

Die Branche ist inzwischen für dreistellige Millionenumsätze gut. So beriet Europas größter privater Wetterdienst Meteomedia 2012 rund 500 Unternehmen der Energiewirtschaft, schrieb die „Welt“. Insgesamt setzten alleine die Privaten 2013 nach Angaben des Verbandes Deutscher Wetterdienstleister 50 Millionen Euro um.

Allein an den DWD, einer Behörde mit einem Jahresetat von 300 Millionen Euro, zahlen die Übertragungsnetzbetreiber jeden Monat eine „vierstellige Flatrate“, was sich in Biermanns Augen auf jeden Fall lohnt: „Eine Vielzahl unterschiedlicher Datenströme erhöht die Güte und damit die Vorhersageleistung um einige Prozentpunkte.“

Dass der DWD in Offenbach laut Biermann einen der zehn größten Rechner der Welt unterhält, ändert natürlich nichts daran, dass die Energiebranche den Launen von Wind und Wetter ausgesetzt bleibt. Gegen eine Flaute kann auch Big Data nichts ausrichten.

So können die Meteorologen wenig dazu beitragen, dass ein Windrad mehr Strom produziert. „Wir sorgen jedoch dafür, dass die Betreiber ihren Strom optimiert einspeisen und ihre Ressourcen in die Netze integrieren können“, sagt Biermann. Ins eigene oder auch ins holländische – es geht immer nur darum, keinen Stromstau zu verursachen!

Um die Wetter- und Leistungsprognosen zu verbessern, Ungenauigkeiten auf den Grund zu gehen, haben DWD und das Fraunhofer IWES gemeinsam das Forschungsprojekt Eweline gegründet. Der Kurzname steht für den reichlich sperrigen Forscherdeutsch-Titel „Erstellung innovativer Wetter- und Leistungsprognosemodelle für die Netzintegration wetterabhängiger Energieträger“.

Es wird vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) mit sieben Millionen Euro gefördert. Beteiligt sind auch die Übertragungsnetzbetreiber Amprion, Tennet und 50Hertz.

Bis Dezember 2016 forschen nun 23 Wissenschaftler, wie man die bislang benutzten Wettermodelle noch besser an die Leitungsprognosen von Wind- und Photovoltaik-Anlagen anpassen kann. „Erstmals werden Leistungsmodelle (der Wind- und Photovoltaik-Anlagen) direkt in das meteorologische Modellsystem der DWD eingebunden“, heißt es beim Hamburger Dienst. Das sei ein „Highlight seiner Forschung“, erklärt das Amt.

Big Data hat also ohne Zweifel die Meteorologie sprunghaft nach vorn gebracht. Heutige Wetterkundler seien „doppelt so gut“ wie ihre Kollegen vor 20 Jahren, sagt Biermann.

Aber Deutschlands Windenergie-Wetterkundler räumt auch ein: Die Meteorologen seien deshalb längst nicht unfehlbar geworden.

Und dass sich dies bald ändert, davon kann auch kaum ausgegangen werden: Denn ähnlich schnell wie in den vergangenen zwanzig Jahren würde es künftig in der Wetterforschung wohl kaum voran gehen. Big Data ist schließlich längst eingeführt. „Quantensprünge sind nicht mehr zu erwarten“, sagt Biermann.Es klingt fast schon ein bisschen wehmütig.

Iris Franco Fratini
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