MetPVNet - Satelliten- und Meteorologie-unterstützte Vorhersage der Energieerzeugung von PV-Anlagen auf Verteilnetzebene: Entwicklung, Validierung, Anwendung
Forschungsprojekt im Überblick
Förderungsart
Zeitraum
01.11.2017 to 28.02.2021
Website
Projektbeschreibung
Bis 2050 soll im Rahmen der Energiewende der Anteil der erneuerbaren Energieträger in Deutschland auf 80% des Bruttostromverbrauchs ansteigen. Dies erfordert eine effektivere Anpassung des Netzmanagements an die erhöhte Wetterabhängigkeit der Stromeinspeisung ins Netz. Insbesondere die dezentrale Einspeisung von Strom aus Photovoltaikanlagen stellt die Verteilnetzbetreiber vor neue Herausforderungen hinsichtlich des Netzausbaus, des Netzbetriebs und der Marktintegration. Hier haben verbesserte Prognosen der wetterabhängigen Variabilität von Photovoltaik(PV)-Erträgen auf Anlagenebene als wichtige Determinante der Energiemarktkosten, sowohl für Regelenergie und im Redispatch, direkte wirtschaftliche Konsequenzen. Darüber hinaus ermöglicht eine verbesserte Prognose das Ausnutzen von Optimierungspotentialen bei der Spannungshaltung und in der Blindleistungskompensation. Der vorliegende Antrag stellt sich diesen Herausforderungen, indem er innovative energiemeteorologische Methoden zu satellitenbasierten Vorhersagen von Einstrahlung und PV-Leistung auf Anlagenebene (weiter-) entwickelt, und deren Anwendung im Rahmen eines innovativen Energiemanagements auf Verteilnetzebene testet.
Das Vorhaben soll durch einen Verbund von 5 inhaltlichen Arbeitspaketen (AP) erreicht werden, die in sich bereits innovative Teilziele verfolgen und wie folgt beschrieben wechselseitig verknüpft sind:
Das erste Arbeitspaket (AP1) beschreibt die Ableitung hochaufgelöster Globalstrahlung aus Satelliten- und Bodenbeobachtungen und ist verknüpft mit den Arbeitspaketen AP3, AP4 und AP5.
Die Arbeitspakete AP3 und AP4 sind wechselseitig eng verknüpft und stehen als Einheit wiederum mit dem Arbeitspaket AP2 in Verbindung.
Das vierte Arbeitspaket AP4 beinhaltet Messkampagnen im Allgäu und die Ableitung atmosphärischer Informationen aus Messdaten.
Das Arbeitspaket AP3 befasst sich mit dem Strahlungstransport sowie mit der Photovoltaik-Leistungsmodellierung.
Das Arbeitspaket AP2 umfasst die Assimilation und Vorhersage von Photovoltaik relevanten Wolkeninformationen und steht wiederum in Verbindung mit dem Arbeitspaket AP5 Prognosebasierte Produkte für die Verteilnetzbetriebsführung. Diese Verknüpfung dient der Feststellung von Anforderungen an Prognosen sowie der Erlangung von Prognosedaten für Fallstudien.
Das erste und fünfte Arbeitspaket sind ebenfalls verbunden, um Anforderungen an Beobachtungsdaten zu erkennen und Kurzfristprognosen für Fallstudien zu erstellen.
Daneben befindet sich außerhalb des inhaltlichen Verbundes noch die Projektkoordination als sechstes Arbeitspaket.
Für die Verbesserung der satellitenbasierten energiemeteorologischen Vorhersagen auf Verteilnetzebene wird an einer Verbesserung der Gesamtmodellkette und hier insbesondere im Hinblick auf die bewölkungsabhängige Fluktuation von Strahlungsfeldern gearbeitet. Dies soll unter anderem durch die Verknüpfung wissenschaftlicher Expertise aus den Bereichen Atmosphären-Wissenschaft und Erneuerbare Energien und den dadurch entstehenden Synergien erreicht werden sowie durch den transdisziplinären Austausch.
Ergebnisse
Anhand detaillierter Netzanalysen für ein reales Mittelspannungsnetzgebiet konnte gezeigt werden, dass sowohl die Einbindung von Prognosedaten auf Basis von Satelliten und Wetterdaten, als auch die Verbesserung von Folgetagsprognosen auf der Basis numerischer Wettermodelle einen deutlichen Mehrwert für ein prognosebasiertes Engpassmanagement bzw. Redispatch und Blindleistungsmanagement im Verteilnetz aufweisen. Auch Kurzfristprognosen auf der Basis von Satellitendaten haben einen positiven Effekt. Ein weiterer wichtiger Mehrwert des Projektes ist auch die Rückmeldung der kritischen Prognosesituationen aus Sicht der Anwendungsfälle, so dass wie bereits im Projekt gezeigt und darüber hinaus, Prognosen zielgerichteter auf die Anwendung im Verteilnetzbetrieb ausgelegt und optimiert werden können. Weiterhin konnten Prognoseverbesserungen für das Vorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes durch die Assimilation von sichtbaren Satellitenbildern erreicht werden. Darüber hinaus wurden Wolken- und Strahlungsprodukte aus Satelliten verbessert und somit die Datenbasis für die Kurzfristprognose als auch für die Assimilation. Darüber hinaus wurden verschiedene Methoden entwickelt, die zukünftig zu einer weiteren Prognoseverbesserung, insbesondere für Wettersituationen mit hohen Prognosefehlern, führen könnten. Solche Situationen wurden aus Sicht des Netzbetriebs und mithilfe von satellitenbasierten Analysen der Gesamtwetterlage für die Perioden der MetPVNet Messkampagnen identifiziert. Hierbei handelte es sich insbesondere um Situationen mit starker oder stark wechselhafter Bewölkung. Für die MetPVNet Messkampagnen wurde auf der Basis eines Trainingsdatensatzes und in Abhängigkeit der Variabilitätsklasse die Abweichung der bodennahen Einstrahlung von Satellitendaten oder von Strahlungsprognosen quantifiziert. Diese Art der Informationen bietet zukünftig die Möglichkeit zur Bewertung der Prognosegüte.
Publikationen
Externe Kooperationspartnerinnen und Kooperationspartner
Finanzierung
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