Entwicklungsimpulse vom Strom

Der Deutsche Wetterdienst profitiert von den Anforderungen der Energiewende durch eine Verbesserung der Wettervorhersage.

Beispiel eines Vorhersageproduktes, mit dem das Risiko für das Auftreten von Hochnebel abgeschätzt werden kann. Rote Flächen weisen ein hohes Risiko auf, blaue Flächen ein geringeres Risiko. Bild: DWD

Beispiel eines Vorhersageproduktes, mit dem das Risiko für das Auftreten von Hochnebel abgeschätzt werden kann. Rote Flächen weisen ein hohes Risiko auf, blaue Flächen ein geringeres Risiko. Bild: DWD

In den letzten Jahren hat sich die Energiewende zu einem zentralen Thema für den Deutschen Wetterdienst (DWD) entwickelt. Wetterprognosen werden genutzt, um die Stromeinspeisung vorherzusagen und so die notwendige Netzsicherheit zu garantieren. Durch dieses neue Aufgabenfeld, das im DWD-Gesetz im Rahmen der Daseinsvorsorge angelegt ist, ergibt sich für den DWD auch ein wichtiger Impuls für die Verbesserung der Prognosequalität.

Ein erster Schritt zur Erschließung dieses neuen Aufgabenfeldes ist die Beteiligung des DWD an Forschungsprojekten in diesem Themenbereich. Insbesondere in den vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekten EWeLiNE (Erstellung innovativer Wetter- und Leistungsprognosemodelle für die Netzintegration wetterabhängiger Energieträger), ORKA2 (Optimierung von Ensembleprognosen regenerativer Einspeisung für den Kürzestfristbereich am Anwendungsbeispiel der Netzsicherheitsrechnungen und der Strombelastbarkeitsprognosen) und PerduS (Photovoltaikertragsreduktion durch Saharastaub) finden aktuell wesentliche Entwicklungen statt.

EWeLiNE

Das Projekt EWeLiNE wurde entwickelt als Forschungskooperation zwischen dem Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (Fraunhofer-IWES) sowie den drei großen Übertragungsnetzbetreibern in Deutschland: Amprion, Tennet und 50Hertz. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist die Verbesserung der Leistungsprognosen von Wind- und PV-Einspeisung sowie die Entwicklung und Umsetzung von zuverlässigen probabilistischen (wahrscheinlichkeitsorientierten) Vorhersagen.

Im Rahmen des Projektes beschäftigt sich der DWD mit der grundsätzlichen Verbesserung des DWD-Vorhersagesystems, insbesondere bei der Erzeugung von Wind- und Strahlungsvorhersagen. Der Projektpartner Fraunhofer-IWES ist für die Entwicklung und Bereitstellung optimierter Leistungsprognosemodelle verantwortlich, während die Industriepartner eine anwendungsorientierte Evaluierung der Ergebnisse garantieren sollen.

Zu Beginn wurden die Bedürfnisse der Anwender hinsichtlich neuer Prognosemodule und der Schwachstellen bisher verfügbarer Prognosesysteme erarbeitet und protokolliert. Diese Anforderungen und die spezifischen Eigenschaften/Möglichkeiten der Prognosesysteme bilden die Basis für die daran anschließenden Optimierungs- und Umsetzungsschritte.

So wurde z.B. analysiert, welche vorherrschenden meteorologischen Bedingungen in Situationen mit großen Leistungsprognosefehlern auftreten. Entsprechend der Ergebnisse werden dann neue Vorhersageprodukte entwickelt, die zum Beispiel das Risiko für das Auftreten von Hochnebel prognostizieren beziehungsweise spezielle Darstellungen zur Tiefdruckerkennung bereitstellen.

ORKA2: Bessere Ausnutzung von Freileitungen

Analyse der vorherrschenden Wetterbedingungen in Situationen mit großen Fehlern in den Leistungsprognosen für Windund PV-Anlagen. Datengrundlage sind die 100 Tage mit den größten Fehlern für Wind in den Jahren 2012 – 2014 (links) bzw. 2013 – 2014 für PV (oben). Bild: DWD

Analyse der vorherrschenden Wetterbedingungen in Situationen mit großen Fehlern in den Leistungsprognosen für Wind und PV-Anlagen. Datengrundlage sind die 100 Tage mit den größten Fehlern für Wind in den Jahren 2012 – 2014 (unten) bzw. 2013 – 2014 für PV (oben). Bild: DWD

Wind- und Solarleistungsvorhersagen werden vorwiegend für den Stromhandel eingesetzt. Übertragungsnetzbetreiber unterstützen damit die EEG-Bewirtschaftung, Stromhändlern nutzen sie für die Direktvermarktung des EEG-Stroms. Zunehmend werden diese Prognosen jedoch für die Gewährleistung der Netzsicherheit auf den verschiedenen Spannungsebenen benötigt. „Die Prognosen sind für diese Anwendung derzeit aber noch nicht optimiert“, sagt Renate Hagedorn vom DWD. Diese Anforderung ist Gegenstand von dem Projekt ORKA2, das nahtlos an das bereits abgeschlossene Projekt ORKA aufbaut. Ziel ist es, die Netzbetriebsführung (vor allem bei Freileitungen) zu verbessern. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Anwendungsbereich der kurzfristigen Strombelastbarkeitsprognosen für Freileitungen, bei dem die maximale Stromstärke des Leiterseils berechnet wird. So soll die Aufnahme von Strom aus erneuerbaren Quellen durch die bestehende Netzinfrastruktur verbessert werden. Dazu werden sowohl die Wettervorhersagen des DWD als auch die Einspeise- Prognosen der Erneuerbaren verbessert. Die Umsetzung erfolgt dabei in enger Zusammenarbeit zwischen dem meteorologischen Dienstleister energy und meteo systems aus Oldenburg, dem Deutschen Wetterdienst sowie den Netzbetreibern 50 Hertz Transmission (Übertragungsnetz) und Thüringer Energienetze (Verteilnetz).

PerduS

Auch der Saharastaub beeinflusst den Stromertrag von Photovoltaikanlagen. Dieser mineralische Staub gelangt regelmäßig aus der Sahararegion nach Europa und dämpft durch eine teilweise stark erhöhte atmosphärische Trübung die Sonneneinstrahlung Zudem bedeckt die Staubablagerung auch in der Folge die PV-Module und mindert die Leistung. Experten gehen von bis zu 20 Prozent Einbußen aus. Bisher wird der Saharastaub jedoch weder in der operationellen Wettervorhersage noch in den darauf aufbauenden PV-Leistungsprognosen berücksichtigt. Dies ist nun das Kernziel des Projektes PerduS, bei dem alle für die Prognose notwendigen Komponenten zusammengeführt werden. Dazu wird das numerische Wettervorhersagemodell ICON des DWD in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) um eine verbesserte Ausbreitungsprognose von Wüstenstaub erweitert. Das neue Vorhersagesystem ICON-ART soll zukünftig parallel zur üblichen numerischen Wettervorhersage eingesetzt werden. ART steht für Aerosols and Reactive Trace Gases. Das Modell erlaubt es, die Ausbreitung von Partikeln wie Mineralstaub und Seesalz und deren Wechselwirkungen mit Wolken zu simulieren und wurde bereits zur Simulation der Ausbreitung von Aschepartikeln nach Vulkanausbrüchen genutzt.

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