Präzise Prognose für erneuerbare Energien

Sonne und Wind scheinen beziehungsweise wehen nicht immer gleich stark. Ein Problem für das Strom­netz, in dem Strom­angebot immer gleich Strom­nachfrage sein muss. Im Projekt EWeLiNE arbeiten Fraunhofer und der Deutsche Wetter­dienst an besseren Prognose­modellen für die Stromerzeugung erneuerbarer Energien. Jetzt ist eine Plattform gestartet, auf der Übertragungs­netz­betreiber die neuen Modelle live testen können.

Das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energie­system­technik IWES in Kassel arbeitet im Projekt EWeLiNE gemeinsam mit dem Deutschen Wetter­dienst DWD in Offenbach an mathe­matischen Modellen, die auf jede Viertel­stunde genau und besser als bisher prognostizieren sollen, wieviel Strom die in Deutschland installierten Photo­voltaik- und Wind­kraft­anlagen in den nächsten Stunden und an den nächsten Tagen erzeugen.

„Entscheidend ist, dass wir beide Welten – Wetter- und Leistungs­prognosen – enger miteinander verknüpfen als bisher und sie besser auf die Anforderungen der Über­tragungs­netz­betreiber anpassen”, beschreibt Projekt­leiter Malte Siefert vom IWES in Kassel den Mehr­wert der neuen Modelle. Die Unternehmen betreiben die großen Überland­leitungen in Deutschland, das 380- und 220-Kilo­volt-Höchst­spannungs­netz. Übertragungs­netz­betreiber sind dafür zuständig, dass der Strom bei den Verbrauchern ankommt, halten das Strom­netz instand und bauen es bei Bedarf aus.

Seit Ende 2012 läuft das Projekt. Jetzt starten die Partner die Demonstrations­plattform EnergyForecaster. Dort können die Übertragungs­netz­betreiber die neuen Prognose­tools live in der Leit­warte erproben. Die Unternehmen wissen recht genau, wann und wie viel Strom die Verbraucher im Tageslauf benötigen. Wie viel Strom Photo­voltaik- und Wind­kraft­anlagen einspeisen, lässt sich jedoch nur annäherungs­weise vorhersagen. „Die Prognose der erzeugten Menge an erneuer­barer Energie ist wichtig um zu wissen, wie viel Energie noch aus konventionellen Energie­trägern wie Atom, Gas oder Kohle zugeschaltet werden muss. Gleichzeitig benötigt man sie für Berechnungen, um das Stromnetz stabil zu halten und für den Handel mit Strom”, erklärt Siefert.

Neu sind beispielsweise Prognosen, mit denen die Über­tragungs­netz­betreiber sehr genau berechnen können, wieviel Wind- und Solar­strom an welchem Netz­knoten eingespeist wird. Außerdem zeigen die neuen Werkzeuge Informationen über die Zuverlässigkeit der Prognosen an. „Die Über­tragungs­netz­betreiber müssen auch wissen, wo es kritische Wetter­situationen – zum Beispiel Hoch­nebel­felder oder Tief­druck­gebiete – gibt, um die Prognose­ergebnisse besser zu bewerten und einzuschätzen”, sagt Siefert. Auch die Forscher profitieren vom EnergyForecaster: Sie beobachten, wie sich die Neuerungen im Feldtest bewähren. „Wir gehen davon aus, dass sich dabei weitere, bisher noch nicht erkannte Optimierungs­potenziale ergeben”, sagt Siefert.

„Entscheidend ist es, genau zu berechnen, wie die 1,9 Millionen in Deutschland betriebenen Photo­voltaik- und Wind­energie­anlagen das Wetter in elektrischen Strom umwandeln”, sagt Siefert. Das Problem: Nicht von allen Anlagen stehen Daten zur Verfügung. „Bei manchen ist uns der Zugriff daten­schutz­rechtlich nicht möglich, bei anderen fehlt schlichtweg die Technik, um die Einspeisung der Anlagen kontinuierlich zu erfassen”, erklärt Siefert.

Das IWES entwirft mathematische Modelle, um die Prognosen aller PV- und Wind­kraft­anlagen in Deutschland zu verbessern. Die Ergebnisse gleichen die Forscher mit vorhandenen Daten ab und optimieren sie für verschiedene Anwendungen. Die Wissenschaftler unterteilten die über vierzig verwendeten Prognosen der Über­tragungs­netz­betreiber in 16 Gruppen und verbesserten sie systematisch. „Ziel ist es, für jede Anwendung mehrere verschiedene Verfahren zu kombinieren, um deren jeweilige Stärken zu nutzen”, sagt Siefert.

Der Deutsche Wetterdienst passt seine Wetter­prognosen den Anforderungen von Einspeise­prognosen an. „Basierend auf detaillierten meteorologischen Analysen von Situationen, in denen die größten Fehler bei den vorhergesagten Einspeisungen in das Stromnetz auftraten, haben wir gleichzeitig Verbesserungen für unsere Wetter­modelle abgeleitet”, erklärt Renate Hagedorn vom DWD. „Mit der gezielten Anpassung unserer Wetter­prognosen für die darauf aufbauende Prognose der Wind- und Photovoltaik-Einspeisung in das Stromnetz hat der Deutsche Wetterdienst (DWD) eine neue zusätzliche Aufgabe übernommen”, erklärt Hagedorn.

Fh.-IWES / DE