Im Jahr 2009 hat eine Branche ihre Wachstumsprognosen bei weitem überflügelt
Das ist Windkraft, mit einer jährlichen Wachstumsrate von
39 Prozent. Dies ist die größte bisher gesehene Kapazitätserweiterung – einen entscheidenden Beitrag hierzu leistete die Förderung grüner Energie durch wirtschaftliche Anreize. Seit 2002 ist die Anzahl der in den Vereinigten Staaten installierten Turbinen auf fast das Siebenfache geschnellt. Heute stellt Windkraft fast zwei Prozent der gesamten Energieerzeugung in den USA dar.

Vergleichen Sie Dänemark, mit 20 Prozent der führende Erzeuger von Windkraft. Das Department of Energy untersucht ein ähnliches Szenario für die USA mit "20 Prozent Windkraft bis 2030" (US) (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), einem gemeinsamen Vorhaben zum Erforschen der Vorteile und Kosten, die es mit sich bringt, wenn ein Fünftel der US-amerikanischen Elektrizität durch Wind erzeugt wird.

"2010 wird ein entscheidendes Jahr für die Branche sein. Die Anreizfinanzierung wird weiterhin für Wachstum sorgen, das die Kreditknappheit ausgleichen kann. Die Betreiber konzentrieren sich darauf, ihre Unternehmensaktivitäten zu professionalisieren", meint Jay Mashburn, Lead Consultant für Windkraft bei IBM.

Windkraftlösungen von der Turbine bis in den Börsensaal
Die Zeit ist reif, um unsere vorhandenen und neuen Windparks smarter zu machen. IBM hat ein Lösungsportfolio geschaffen, das Software, Feldtechnik, Analytik und kleinräumige Wettervorhersagen umfasst, um die Betreiber von Windparks dabei zu unterstützen, die Turbinenleistung zu verbessern, die Leistungsabgabe besser vorherzusehen und auszubalancieren und die Windleistung als Handelsware zu vermarkten.

Bestimmungsfaktoren für Windkraft
Die IBM Lösungssuite (US) deckt die Planung neuer Standorte sowie die Optimierung vorhandener Windanlagen ab. Die Leistungsabgabe eines Windparks wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter der Höhe über dem Boden. Bei zunehmender Höhe in der Atmosphäre bläst der Wind schneller. Wenn beispielsweise die Windgeschwindigkeit 10 Meter über dem Boden 6 Meter pro Sekunde (m/s) beträgt, liegt sie in 50 Metern Höhe bei etwa 7,5 m/s. Zusätzlich zur Höhe über dem Boden variiert die Energie des Windes je nach Temperatur und Höhe über dem Meeresspiegel, die beide die Luftdichte beeinflussen. Winterwinde in Minnesota haben mehr Energie als Sommerwinde mit der gleichen Geschwindigkeit in Südkalifornien.

Generatoren wandeln Geschwindigkeit in grüne Energie
Insgesamt können Turbinen 20 bis 40 Prozent der Energie des Windes entnehmen. Sie funktionieren normalerweise in einem bestimmten Bereich von Windgeschwindigkeiten. Sie nehmen die kinetische Energie – oder Bewegungsenergie der Winde – auf und wandeln sie in Elektrizität um, die daraufhin in das Stromnetz eingespeist wird. Ein Windpark kann zwischen 4 und 400 Hektar groß sein. Er enthält oft Turbinen verschiedener Baujahre, Modelle und Hersteller. Ein und derselbe Betreiber kann mehrere Windparks betreiben.

Eine durchschnittliche Windturbine kann 20 Jahre lang genutzt werden und es geht nicht darum, ob sie gewartet wird, sondern wann. Die Turbinen können mit Sensoren ausgerüstet werden, die Felddaten, beispielsweise Turbinenleistungsabgabe und Temperaturen, an ein zentrales Repository weiterleiten. Mit zukunftsweisender Analytik können die Felddaten genutzt werden, um proaktive Benachrichtigungen und Arbeitsaufträge zu erzeugen und ein Dashboard zu füllen, mit dessen Hilfe Betreiber auf einen Blick den Zustand des Windparks in einer Gesamtübersicht sehen können.

Infolgedessen wird das gesamte System effizienter, zuverlässiger, anpassungsfähiger – mit einem Wort, smart.

Noch dieses Jahr wird Deep Thunder dem Lösungsportfolio hinzugefügt werden. Diese lokalisierte Meteorologiesoftware für große Höhen überwacht und modelliert die Wetterbedingungen in Turbinenhöhe, sodass das Management von Onshore- und Offshoreparks bei Temperaturänderungen, aufziehenden Stürmen und Änderungen der Windrichtung optimiert werden kann.

Einspeisung von Windkraft ins Netz
In den USA müssen heute in 29 Staaten die Stromnetze alternative Energie aus grünen Quellen, darunter Wind, akzeptieren. Die Herausforderung dabei ist, dass Windenergie – und übrigens auch Solarenergie – aufgrund ihrer Natur nicht unterbrechungsfrei ist. Deshalb muss im Gegensatz zu anderen Energiequellen wie Wasserkraft, Gas und Kohle das Netz laufend daran angepasst werden, wie viel Windenergie aufgenommen werden kann. Beispielsweise kann das Netz so eingestellt sein, dass 20 Prozent Windkraft akzeptiert werden; wenn die Höhe der Windkraft sinkt, müssen die Netzbetreiber sofort und genau darauf reagieren, indem sie die Aufnahme einer anderen Energiequelle wie Wasserkraft erhöhen. Die Software IBM ILOG ist ein Entscheidungstool, mit dessen Hilfe das Netz angesichts von Unterbrechungen der Windkraft stabilisiert werden kann, indem nach voreingestellten Formeln die kostengünstigste Energiequelle (Wind, Wasser oder Kohle) für einen bestimmten Zeitpunkt berechnet werden kann.

Eine derartige Flexibilität erfordert ein intelligenteres Netz: die Fähigkeit, den Verlust eines Generierungsereignisses durch Bedarfsvorhersagen, Modellierung und weitere Funktionen zu erkennen, um die Last an der richtigen Stelle ohne negative Auswirkung auf die Kunden zu reduzieren. Eine Voraussetzung für Netzstabilität ist die sofortige und präzise Modellierung des Übertragungssystems und eine rasche Leitungsumschaltung und Bearbeitung von Netzelementen, um die Auswirkung auf das Gesamtsystem zu verringern. Die Problemstellungen bei der Anpassung neuer Alternativenergien an das Netz unterscheiden sich zwar von denen einer dezentralen Stromerzeugung, aber ein intelligentes Versorgungsnetz ist die Schlüsselkomponente für beide Ziele.

Noch dieses Jahr wird IBM eine Cognos-Softwarekomponente hinzufügen, die den Windpark mit dem Börsensaal verbinden kann. Das Business-Intelligence-Dashboard von Cognos kann Daten zum Handel mit Emissionszertifikaten und zur Windkraft-Leistungsabgabe als Ware für andere Versorgungsunternehmen aggregieren und aufzeichnen.

Eine Branche in raschem Wachstum
Windkraft ist eine in Wachstum und Diversifikation begriffene Branche, in der heute rund 85.000 Menschen beschäftigt sind. 2005 gab es fünf Turbinenhersteller, heute sind es 14. In den letzten beiden Jahren hat IBM mit den wichtigsten Interessengruppen der Branche zusammengearbeitet, um gemeinsame Standards aufzustellen; etwa 25 Prozent der Hersteller haben sich angeschlossen. Mittlerweile werden Lösungen von IBM in allen 14 Betreibersystemen eingesetzt. Die allergrößte Herausforderung für den Fortschritt von Windkraft liegt in den Kosten für die Erweiterung des Stromnetzes auf die Windparks. Dank anstehender Gesetzesentwürfe im US-Kongress zu Klimaschutz und alternativen Energien und dank der zweckgebundenen Stimulusfinanzierung für Smart Grids und grüne Industrie sind sie möglicherweise bald kein solches Hindernis mehr.

Windkraft ist eine der saubersten und am reichlichsten vorhandenen Formen erneuerbarer Energie. Tatsächlich belegen neueste Daten, dass die Windressourcen der USA aufgrund einer besseren Turbinentechnologie (je höher, desto besser) und ausgeklügelterer Windmessungen erheblich größer als bisher angenommen sind. Wahrscheinlich hat diese werdende Branche Rückenwind.