Grüne Software aus Birkenfeld

Wann ist Software „grün“? An dieser Frage arbeitet ein Projekt des Umwelt-Campus Birkenfeld der Fachhochschule Trier.

Software wird nur selten unter dem „grünen“ Aspekt betrachtet. Genau dies ist aber die Aufgabe von Green Software Engineering, einem vorerst bis Mai 2012 laufenden Projekt des Umwelt-Campus Birkenfeld an der Fachhochschule Trier. Dafür erhält das Projekt insgesamt 260.000 Euro staatliche Förderung.
„Im Maschinenbau gibt es schon viele grüne Ansätze, im Gegensatz dazu macht man sich bisher bei der Softwareentwicklung über solche Fragen kaum Gedanken“, sagt Markus Dick, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter beim Projekt beschäftigt ist. Seine Aufgabe: Er entwickelt ein konzeptuelles Referenzmodell für eine umweltgerechte Softwareentwicklung, das später in seinen Einzelaspekten mit weiteren Forschungsprojekten gefüllt und zu einer formalisierten Vorgehensweise ausgebaut werden soll.
„Im Kern geht es darum, dass Ecodesign-Prinzipien auch auf das Softwaredesign übertragen werden“, erklärt Prof. Dr. Stefan Naumann, Professor für Grundlagen der Informatik und Mathematik mit Schwerpunkt Umwelt- und Nachhaltigkeitsinformatik am Umwelt-Campus.
Doch wie sieht das tatsächlich aus? Derzeit laufen zwei Masterarbeiten. Eine versucht Methoden und Kriterien zu entwickeln, wie sich Software überhaupt auf Nachhaltigkeit hin bewerten und prüfen lässt. „Solche Kriterien sind beispielsweise bei Web-Anwendungen die Minimierung des Datentransfers und die Minimierung der nötigen Rechenleistung oder bei Office-Anwendungen die Handhabung von großen Datenmengen“, berichtet Naumann. Er kann sich beispielsweise eine Art ins Programm integrierten „Green Wizard“ vorstellen, der den Anwender von Office-Anwendungen durch konkrete Hinweise und Handlungsanweisungen zur ökologisch günstigen Nutzung seiner Software animiert. Bei Browsern sei durchaus eine Verringerung des Datenvolumens um 20 bis 30 Prozent drin, meint der Wissenschaftler.
Im Rahmen einer weiteren Masterarbeit werden gegenwärtig alle schon existierenden Tipps und Hinweise für eine grünere Softwarenutzung gebündelt.
Die aktuelle Entwicklung Cloud Computing sieht man übrigens eher kritisch: Notwendig wäre auf jeden Fall ein frühzeitiges Nachdenken darüber, wie die vielfachen Datentransfers minimiert werden könnten, die mit diesesm Konzept wohl verbunden sind.
Das Projekt hat eine Reihe von Partnern: Der Bundesverband Naturschutz Deutschland (BUND) berät in Sachen Ökostrom-Qualität, opensource Consult aus Dortmund hat einen Power Indicator als Firefox-Add-On entwickelt, den man sich kostenlos per Mail beim Projekt bestellen kann und der anzeigt, wie viel Strom das Suften auf den jeweils besuchten Webseiten verbraucht. Außerdem soll sich das Unternehmen um Themen rund um ein energieeffizientes Content Management kümmern. Das Hamburger Beratungsunternehmen effective Webwork bringt Web-Erfahrung und Expertise in anwendernaher Softwareentwicklung und -einführung mit. „Der partizipative Ansatz ist uns sehr wichtig“, betont Naumann.
Die Universität Hamburg hilft bei Veröffentlichungen und bringt außerdem Expertise im Bereich Stoffstrommanagement mit, denn Stoffströme fließen durchaus auch im Softwarebereich. Die Website ecologee.net schließlich hilft, die Erkenntnisse zu publizieren.
Die Erkenntnisse des Projekts sollen in eine online frei zugängliche Wissensbasis einfließen, von der sich dann Softwareentwickler inspirieren lassen können. Schon heute stehen einige „Kochbücher“ frei zugänglich im Internet, die sich an Entwickler, Administratoren und Anwender wenden. Entwickler erfahren zum Beispiel etwas darüber, wie man CSS (Cascading Stylesheets) so einsetzt, dass sie den Energieverbrauch beim Surfen minimieren.

Roadmap für europäische Smart-Grid-Aktivitäten

Smart Grids sind die Voraussetzung einer nachhaltigen Energieversorgung. Anfang Juni wurde in Madrid eine Roadmap nebst Implementierungsplan für deren Aufbau veröffentlicht.

Zwei Milliarden sollen bis 2020 in europäische Smart Grids investiert werden, davon eine Milliarde, größtenteils von den Regierungen aufzubringen, als Startfinanzierung bis 2012. Das ist der Finanzrahmen, den sich aus aus heutiger Sicht EEGI (European Electricity Grid Initiative) gesetzt hat. Anfang Juni präsentierte die Initiative in Madrid auf der SET(Strategic Energy Technology)-Plan-Conference ihre Roadmap nebst Implementierungsplan. Dabei gehören zu EEGI derzeit sieben Betreiber von Transport- und sieben Betreiber von Distributionsnetzen. Mit von der Partie sind auch die deutschen Schwergewichte EON, RWE und Vattenfall.
Kaum verwunderlich, kommt die Initiative zu dem Schluss, dass die Netzwerkbetreiber die Forschungs- und Entwicklungsprogramme führen müssten, damit neue Technologien gleich für den Echtbetrieb im Netz konzipiert werden. Schließlich seien Smart Grids die Voraussetzung für jegliche Energieinfrastruktur, die vorrangig auf Erneuerbaren fußt. Die Initiative beklagt, es gebe keine ausreichenden Anreize für die Provider, in neue Technologien: Sie sollten die zwar die Kosten tragen, dem stünden aber keine entsprechenden „Belohnungen“ gegenüber.
Freilich haben viele der Netzbetreiber in den letzten Jahren prächtig auf Kosten der Stromkunden verdient, ohne sich allzu viel um den Ausbau ihrer Netze zu scheren. Auch jetzt geht zum Beispiel vieles nur schleppend voran, beispielsweise bei der Anbindung der Offshore-Windparks ans Stromnetz.

Die Umsetzung der ehrgeizigen Pläne der Roadmap soll vor allem in den Jahren 2010 bis 2018 erfolgen, wobei greifbare Ergebnisse ab 2015 zu erwarten seien.

Entwickelt werden, wenn alles läuft wie vorgesehen, in dieser Zeit neue Erzeugungs- und Verbrauchsmodelle, neue Modelle für koordinierte Netzplanung und Netzbetrieb und neue Marktregeln.

Als Barrieren definiert die Roadmap eine zersplitterte Forschungslandschaft, Marktverzerrungen und Marktversagen zu Ungunsten der Betreiber und fehlende politische Akzeptanz, zum Beispiel von neuen Energieanlagen.

Die Roadmap definiert die anzustrebenden Forschungs- und Entwicklungsziele auf drei Ebenen: Die oberste sind Cluster, die große Themenkreise abstecken. Darunter werden funktoonale Projekte definiert, die bestimmte funktionale Ziele anstreben, ohne sie aber schon an Ort, Zeit und Verantwortliche zu binden. Definiert werden auf dieser Ebene aber bereits die Maßstäbe der Zielerreichung (Key Performance Indicators) und das Budget. Die Umsetzung der funktionalen Projekte erfolgt dann in lokalen Demonstrations- oder Forschungsprojekten, die ein oder auch mehrere funktionale Projekte umfassen können.

Anschließend beschreibt die Roadmap sechs Netzwerkebenen, die ein wenig an das Sieben-Ebenen-OSI-Modell der Netzwerktechnik erinnern. Hier heißen sie Smart Customers (5), Smart Energy Management (4), Smart Integration (3), Smart Network and Processes (2), Smart Pan-European Transmission Networks (1) und Net Generation Technologies (0), also Wind, Photovoltaik, Biomasse und was den Ingenieuren sonst noch einfällt.

Dann werden für die unterschiedlichen Level die oben bereits erwähnten Cluster und funktionalen Projekte definiert. Dabei trennt das Konzept zwischen Übertragungsnetzen (Level 1) und Verteilnetzen (Level 2 bis 5).

Für Übertragungsnetze (Level 1) gibt es vier Cluster: Pan-europäisches Grid, Energie-Technologie, Netzwerkmanagement und -steuerung, Marktregeln. Im Bereich der Distributionsnetzwerke gibt es ebenfalls vier Cluster, die sich auf unterschiedliche Level beziehen:
1. Integration von Smart Customers (Level 5),
2. Integration von Smart Metering (Level 4),
3. Integration von verteilten Energieressourcen und neuartigen Nutzern (Level 3) sowie
4. intelligente Verteilnetze (Level 2)

Die Koordination zwischen Verteil- und Übertragungsnetzen, die auf den Ebenen 1 und 2 erfolgt, wurde als selbständiger Cluster mit fünf funktionalen Projekten definiert: Netzwerkmanagemet und -steuerung, Nachfragesteuerung in Transportnetzen, aufgelagerte Dienste der Verteilnetzbetreiber, Verbesserung von Resilienz und Netzrestauration nach Störungen sowie IT-Protokolle und Standards.

Zur Finanzierung schlägt das Papier vor, dass Forschungs- und Entwicklungsaufwände der Provider, die in internen Vorteilen für Netznutzer resultieren, auch von den Nutzern des Grid, sprich: den Stromkunden bezahlt werden sollen. Die Finanzierung externer Nutzeffekte dagegen müsse anderswie erfolgen, nämich zur Hälfte bis zu drei Vierteln insbesondere aus den Mitteln der jeweiligen Länder. Unklar bleibt, woher der Rest kommen soll. Außerdem ist ein differenziertes System der Rechte an geistigem Eigentum geplant, das zumindest den Teil der Erkenntnisse, der mit öffentlichem Geld erwirtschaftet wurde, frei und öffentlich zugänglich lassen wird. Prototypen und Ähnliches sollen aber den jeweils sie entwickelnden Instanzen gehören.

Weiter macht das Papier Angaben dazu, wie der Fortgang der Arbeiten koordiniert, organisiert und überwacht werden soll. Geplant ist eine dreistufige Hierarchie mit SET als Träger des Steuerungskommittees, das die oberste Instanz bildet. Auf den beiden nachgelagerten Ebenen sollen die Netzbetreiber die tragende Rolle spielen.

Schließlich werden noch konkrete Projekte für die ersten beiden Jahre benannt. Hier eine Auswahl der Projekte, die 2011 anlaufen sollen:
– Toolbox für die Bewertung der Architektur der europäischen Verteilnetze
– Entwicklung von Methoden, die die Akzeptanz oberirdisch verlegter Hochspannungsleitungen erhöhen
– innovative Werkzeuge für den koordinierten Netzwerkbetrieb mit besserer Stabilität
– Werkzeuge für die Stabilitätsbewertung von Netzwerken
– Spannungssensitives Energiemanagement an der Schnittstelle zwischen Übertragungs- und Verteilnetzen
– Integration von Erzeugern auf der Mittelspannungsebene
– Datenaustausch zwischen Smart-Grid-Anwendungen
– Last- und Erzeugungsmodelle, die auf Datenaggregation basieren und eine klare Verteilung der Verantwortung ermöglichen
– Datenverarbeitung beim Smart Metering

Kommentar: Natürlich ist es richtig, dass sich die Fortentwicklung des Smart Grid maßgeblich auch auf die Netzbetreiber stützt. Allerdings zeichnen sich hier schon mögliche Streitanlässe um die Finanzierung und auch die freie Verfügbarkeit des erarbeiteten Wissens ab: Wie soll genau geklärt werden, welche Erkenntnis mit welchem Geld finanziert wurde? Die Projekte dürften, da sie meist wohl internen und externen Nutzen stiften, meist auch gemischt finanziert werden, was dann jeweils die Frage aufwirft, was öffentlich finanziert und damit frei zugänglich bleibt und was den Firmen gehört. Hier sind Debatten im Hintergrund wohl unvermeidlich. Außerdem bleibt unklar, welche Rolle die europäischen Forschungsinstitutionen und die von ihnen erarbeiteten Erkenntnisse spielen werden. Schließlich wird an vielen Hochschulen zur Energietechnik geforscht, und auch diese Forschung wird wohl die eine oder andere relevante Erkenntnis bringen. Im Konzept tauchen sie aber kaum auf. Angesichts der unglaublichen Verdienste der Provider in den letzten Jahren und der Pricing-Auswüchse, deren man anscheinend nur durch heftige Regulierung Herr wird, kann auch die These von den fehlenden Anreizen nicht unwidersprochen bleiben. Wahrscheinlich müssen diese erst wieder mit dem Holzhammer durch den Gesetzgeber oder Regulierer gesetzt werden. Der Telekom-Markt lässt grüßen…

Summary The development and building of a Trans-European Smart Electricity Grid is a necessity. Now EEGI ((European Electricity Grid Initiative) has published a roadmap that cn be downloaded free of chargte from the internet. It defines the structure, scope, organization and financing of European Smart Grid development during the years 2010 to 2018. The paper was developed by 7 transmission and 7 distribution net operators, which means, it is focussed very much on the role, the interest and the concepts of that group. The role of university research in contrary seems to be undervalued. The concept of internal (to be financed by electricity customers) and external (to be partially financed publicly) benefits of Smart Grids may provoke conflicts on who pays what and who has intellectual property rights for which developments.

Korrektur zur Meldung über Cool Reader

Auch nachhaltige IT schreibt manchmal aufgrund von Missverständnissen Unsinn. So bei der Meldung zum Cool Reader. Dort hieß es:

„Auch die Mobilfunktechnik selbst muss verändert werden, um anschließend mit solchen Services optimal zu kooperieren. Denn bisher galt die Regel, dass Bursts möglichst kurz sein und hohe Datenraten transportieren sollten. „Wir haben aber herausgefunden, dass energetisch das Gegenteil, nämlich lange Bursts mit niedrigen Datenraten, optimal sind“, erklärt Fettweis. Der Engpass wandert in diesem Fall vom Leistungsverstärker weiter zu den übrigen Bauteilen, insbesondere dem Transceiver. Der neigt, wenn man ihn so betreibt, zu Nichtlinearitäten und Phasenrauschen.“

Richtig ist mehr oder weniger das Gegenteil: In konventionellen Mobilfunk-Architekturen sind die Distanzen zwischen Basis und Verbraucher manchmal sehr groß. Unter solchen Konditionen empfehlen sich lange Bursts mit kleinen Datenraten. Über die Effizienz entscheidet der Leistungsverstärker.
In städtischen Gebieten sind die Distanzen erheblich kürzer, was bedeutet, dass man kurze Bursts mit hohen Datenraten schickt, um das dauernde energiefressende Ein- und Ausschalten der Hochfrequenzbauteile zu verhindern. Hier treten dann „Schmutzeffekte“ bei der Funkübertragung wie Nichtlinearitäten und Phasenrauschen auf. Der Transceiver, der außerhalb der Leistungsverstärker liegt, wird entscheidend. Eigentlich brauchte man wegen der hohen Datenraten nun wiederum einen Transceiver mit besonders guter Linearität, der aber wiederum viel Energie verbraucht. Deshalb arbeitet das Projekt Cool Reader an speziellen Signalverarbeitungsalgorithmen, die die zu erwartenden Verzerrungen kompensieren.

Sorry, liebe Leser, kommt hoffentlich nicht so bald wieder vor.

Europäische Smart-Grid-Forschung koordiniert sich

Intelligente Stromnetze können nicht an nationalen Grenzen halt machen. Deshalb werden die Pläne in dieser Richtung europaweit koordiniert. Dasselbe gilt für die Forschung, die im ERA (European Research Area) zusammengeführt wird.

Diese Website bietet nicht nur Einblick in den Stand der derzeitigen Forschungsaktivitäten. Sie liefert auch wichtiges Hintergrundmaterial, das in dieser Konzentration sonst kaum irgendwo zu finden ist. Zum Beispiel enthält die Seite ein Link zu allen von den einzelnen europäischen Ländern heruasgegebenen Smart-Grid-Dokumenten, so dass man sich von den unterschiedlichen Positionen ein Bild machen kann. Deutschland scheint allerdings dieser Forschungsplattform noch nicht beigetreten zu sein, denn Informationen über die deutschen Smart-Grid-Projekte und -Initiativen fehlen.

Cool Silicon entwickelt biegsamen Solarreader

Schon einmal hat nachhaltige it über ein Teilprojekt von Cool Silicon berichtet. Diesmal geht es um ein weiteres Teilprojekt, Cool Reader. Dabei soll die Technologie für einen neuartigen E-Reader entstehen.

E-Reader gibt es mittlerweile schon viele. Doch einen Reader im DIN-A-4-Format, der sich zusammenrollen lässt wie eine Zeitung und mit von vorn und von hinten ladbaren Solarzellen belegt ist, mit Push-Technologie umgehen kann und Funkmodule für den Anschluss ans Mobilnetz besitzt, gibt es noch nicht.
An diese herausfordernde Aufgabe wirft sich in einem Projektzeitraum von drei Jahren (eins davon ist bereits um) Cool Reader, ein Teilprojekt des Spitzenclusters Cool Silicon.
Dabei sind eine Reihe von Problemen aus unterschiedlichen technologischen Bereichen zu überwinden, für die jeweils andere Firmen verantwortlich zeichnen.
„Vor die größte Herausforderung stellt es uns, für diese Anwendung geeignete Solarzellen zu entwickeln. Sie sollen biegsam und anorganisch sein und auf Plastiksubstrat aufgebracht werden“, beschreibt Professor Gerhard Fettweis, TU Dresden, der federführend für das Projekt zuständig ist, das Ziel. Außerdem sollen die Zellen so empfindlich sein, dass sie im normalen Zimmerlicht laden. Der PV-Anlagenbauer Roth & Rau aus der Nähe von Chemnitz sucht hier nach Lösungen. An einem geeigneten Plastikgehäuse, das zugleich biegsam und widerstandsfähig sowie imstande ist, Solarzellen vorn, hinten und auch auf einer potentiellen Deckelklappe zu tragen, arbeitet Plastic Logic, der aus Dresden stammende Hersteller des E-Readers Que Pro Reader. Denn immerhin wird eine Haltbarkeit von zehn Jahren angepeilt.
Nahezu genau so schwierig ist der Entwurf von Datendiensten, die zu einem solchen Systemtyp passen. Denn um den Stromverbrauch gering zu halten, soll ein solches System möglichst viel Zeit im Schlaf-Modus verbringen können, auch wenn der Anwender Push-Services abonniert hat. Da hilft nur: Services umdesignen. Nämlich so, dass die Daten eher in Bursts übertragen werden statt kontinuierlich in kleinen Mengen. „Es wäre schon ein Riesenfortschritt, wenn wir zu Update-Zyklen von einigen Minuten statt Sekunden kämen“, meint Fettweis. Es ist der Part des Projektpartners Vodafone herauszufinden, wie man Services gestaltet, die diese Anforderungen erfüllen.
Auch die Mobilfunktechnik selbst muss verändert werden, um anschließend mit solchen Services optimal zu kooperieren. Denn bisher galt die Regel, dass Bursts möglichst kurz sein und hohe Datenraten transportieren sollten. „Wir haben aber herausgefunden, dass energetisch das Gegenteil, nämlich lange Bursts mit niedrigen Datenraten, optimal sind“, erklärt Fettweis. Der Engpass wandert in diesem Fall vom Leistungsverstärker weiter zu den übrigen Bauteilen, insbesondere dem Transceiver. Der neigt, wenn man ihn so betreibt, zu Nichtlinearitäten und Phasenrauschen. Für diese sogenannten Dirty-RFF-Bedingungen benötigt man spezielle Algorithmen, die die digitalen Signale verarbeiten. Hieran versucht sich die TU Dresden zusammen mit dem Startup Blue Wonder.
Weiter muss ein Energiemanagement fürs Gerät entwickelt werden, bei dem ein zentraler Controller die einzelnen Bauteile, etwa das Display und seine Treiber, zu- und abschaltet, aber auch den Ladestrom des Solargenerators steuert. Um diese Aufgabe kümmert sich Infineon, genau wie um das letzte Teilpaket, nämlich Sicherheit und Digital Rights Management.
Das Projekt soll insgesamt drei Jahre laufen. Sein Budget beträgt für diese Zeit fünf Millionen Euro, von denen 2,3 Millionen Euro vom Bund kommen. Den Rest steuern die beteiligten Firmen bei. Ein jahr ist schon um. „In dieser Zeit haben wir recherchiert und festgestellt, ob unser Konzept überhaupt realisierbar ist. Die Antwort lautet ja“, sagt Fettweis. Günstigstenfalls wird irgendwann sogar ein Produkt daraus. Doch falls das passiert, so Fettweis, werde es mindestens noch fünf Jahre dauern.

Greening-IT-Buch: Printversion jetzt verfügbar! Info: http://greening.it

Das Creative-Commons-Buch „Greening IT“, ein internationales Non-Profit-Creative-Commons-Projekt mit Beiträgen von IT-Spezialisten aus vielen Ländern, ist jetzt in der Endversion verfügbar und nunmehr auch als Printversion bei diversen Online-Buchhändlern verfügbar. Alle Informationen auf der Website. Achtung: Es gehen vorläufig NUR die Online-Buchhändler, die auf der Website angegeben sind. Es ist eine Kindle-Version verfügbar. Die pdf-Downloadversion ist nach wie vor kostenlos. Auf der Website finden sich auch Pressematerialien in unterschiedlichen Sprachen.

Summary: Grening IT, the Creative-Commons-book on Green IT is finally online and can be bought in printed version, for the Kindle and is as always downloadable free of charge as pdf-file. Press material in English and several other languages and all other information on the web page.
Click and read!

EU contra USA im Kampf um China

Wie der VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) meldet, geht der Kampf um die Smart-Grid-Standardisierung jetzt richtig los. Wichtigstes Schlachtfeld wird wohl der Riesenmarkt China und, technisch betrachtet, die Standardisierung. Wer seine Standards im Reich der Mitte durchdrückt, könnte marktstrategisch weltweit einen Vorteil haben. Die Chinesen bekundeten jüngst auf einer Konferenz in Shanghai, dass sie zwar die amerikanischen NIST- (National Institute of Standards and Technology)Standards ebenfalls prüfen, jedoch scheinen sie den internationalen IEC-(International Electrotechnical Commission) Standards mehr zuzutrauen. Das IEC hat seinen Sitz in der Schweiz. Die deutsche Elektrobranche hat viel zu den IEC-Standards beigetragen und gilt im Übrigen weltweit bei vielen Detailthemen als führend.

Summary:Chinese officials stressed that they want to cooperate with Europeans in standardizing Smart Grids. They are also testing american NIST-standards, but seem to estimate IEC-standards higher. International standardization is key to a functioning smart grid and also to gain market share in countries.