Ohne verläslichen Wind auch keine Flugplanung
Ohne verlässlichen Wind auch keine Flugplanung

Ob der Wind etwas stärker weht oder schwächer spielte bislang eine eher untergeordnete Rolle für die deutschen Netze. In anderen Ländern, bei denen ein direkter Wettbewerb der verschiedenen Stromerzeugungsarten besteht – wie zum Beispiel Kanada – sieht dies anders aus. Schnell muss Qualität über Zuverlässigkeit definiert werden. Wird eine Leistung vertraglich garantiert, dann ist diese auch zu erbringen – ein Hochdruckgebiet im Winter das für Windstille sorgt gilt im Streitfall nicht vor Gericht. Ein guter Kapitän kennt den Wind – nicht nur in der Luftfahrt….

Schon in den ersten Flugstunden bekommt der angehende Pilot eine Einführung in die Wetterkunde. Die Dauer eines Fluges wird nicht nur Länger, wenn der Wind von vorne kommt, sondern man benötigt auch mehr Sprit, und nochmal mehr Sprit um diesen Sprit zu transportieren. So beginnt jeder Flug – unabhängig ob Sportflugzeug oder Linienmaschine – mit einem sogenannten Wetterbriefing. Für Deutschland werden die Informationen durch den Deutschen Wetterdienst speziell für diesen Anwendungsfall zusammengestellt. Eine Planung mit oder ohne Wind entscheidet beim Kleinflugzeug ob man von Mannheim nach Hamburg oder bis nach Flensburg kommt. Bei einer Langstrecke ob der Sprit bis Los Angeles oder nur bis Las Vegas reicht. In der Luftfahrt hat die Qualität der Prognose eine direkte Auswirkung auf die Wirtschaftlichkeit.

Desto näher man in Richtung Boden kommt, desto feingliedriger muss man den Wind betrachten. Die Geländebeschaffenheit sorgt auch für einen anderen Verlauf des Windes und Turbulenzen. Hindernisse (und natürlich auch Windräder) bilden einen Schatten aus, der recht lange bestehen bleibt. Sehr Eindrucksvoll kann man dies in einem FAA-Video sehen – selbst vergesse ich nie, wie ich nach einer Standardkurve (360 Grad in 2 Minuten) unter Beibehaltung der Höhe das erste mal in meine eigenen Turbulenzen eingeflogen bin.

Um in Bodennähe den Flug anzupassen erhalten Piloten eine halbstündlich aktualisierte Wind-Information über die sogenannte ATIS. Damit lässt sich die Landerichtung meist bestimmen. Bei der Landung selbst bekommt man noch einmal eine aktuelle Wind-Information vom Tower.

Die unterschiedlichen Windinformationen haben unterschiedliche Ziele. Was in der Fliegerei die Flugplanung ist, ist bei der Stromerzeugung die Farhplanerstellung im Zuge der Day-Ahead Planung. Eine zuverlässige Aussage über die mindest Strommenge je 15-Minuten für den folgenden Tag. Wie in der Luftfahrt zusätzlicher Treibstoff für die Unsicherheiten der Prognose eingeplant werden muss, so sind bei der Betriebsführung die gesicherten Lieferzusagen um den Prognosefehler zu reduzieren.

Den Nachteil in der Erstellung einer Prognose durch die Geländeverwirbelungen und Abschattungen kann bei einem Windpark durch seinen festen Standort mehr als abgefangen werden. In den Anfängen des professionellen Windpark-Managements wurden die klassischen Wettermodelle – wie sich auch der DWD veröffentlicht – zur Vorhersage verwendet. Gerade auf dem amerikanischen Kontinent ist man mittlerweile zu einem Hybrid-Modell übergegangen, welches statische Modelle mit lokalen Beobachtungen kombiniert.

Im Rahmen der IT-Systeme des Leitstandes wird mit Data-Loggern eine kontinuierliche Aufzeichnung der Windmenge durchgeführt (Ist). Diese wird dann mit den Modellberechnungen (Soll) verglichen, um Regeln für die Abweichungen zu ermitteln. Letztendlich wird für jedes Windrad ein individueller Satz von Regeln vorhanden sein, der bei einer Prognose angewendet wird. Empirische Modelle werden erweitert um hypothetische Kenngrößen – oder statistische Wahrscheinlichkeit mit logischen Regeln vergoldet.

„Ohne die Weiterentwicklung unserer Wetter- und Leistungsvorhersagen können wir ein auf erneuerbaren Energien basierendes Stromversorgungssystem weder wirtschaftlich noch sicher betreiben“ Fraunhofer IWES-Leiter Professor Clemens Hoffmann (Quelle: Fraunhofer IWES)

Wie der Aussage zum Start des Forschungsprojektes EWeLiNE zu entnehmen ist, sollte die wirtschaftliche Seite nicht unbeachtet bleiben. Es ist letztendlich eine kaufmännische Entscheidung, wie man auf eine Prognose umgeht, die für den Folgetag zum Beispiel eine potentielle Arbeitsleistung von 200 MWh- 400 MWh mit einer Wahrscheinlichkeit von 80% das es 360MWh sind – umgeht. Verkauft man nun lediglich die 200 MWh und freut sich über 80% sichere 160 MWh zusätzlichen Ertrag im Intraday Geschäft? Erhöhe ich selbst mein Angebot – dann reagiert auch der Mitbewerber darauf… wird er etwas mehr Risiko wagen?

Nach etwas längerer Beobachtung der Daten von der EEX, liegt die Vermutung nahe, dass auch in Deutschland bereits einige  Effekte aus dem Marktgeschehen zu beobachten sind.

Qualität von Prognosen im Umfeld von Windkraft ist aktuell nicht standardisiert. Am Beispiel meiner eigenen Wetterstation kann ich dies recht gut verdeutlichen. Im September 2012 habe ich begonnen den sogenannten „Wind-Run“ vorherzusagen. Verwendet wurde eine relativ günstige Messeinrichtung und die Software WXSIM. Aus den Messdaten sowie den Luftdruckzonen erstellt die Software eine Vorhersage im CSV-Format. Mit Hilfe eines Fehlerminimierungsverfahrens, wie man es bei Neuronalen Netzen einsetzt, wird im Anschluss zur Wettervorhersage der Wind-Run ermittelt. In wenigen Worten kann man sich dieses Verfahren wie eine Black-Box vorstellen. Man baut eine Gleichung mit Unbekannten auf und probiert solange Werte durch, bis der Fehler (Abweichung) zwischen Soll und Ist am geringsten ist. Die Vorhersage für den Wind-Run erreicht damit eine Qualität von ~96% für die 24 Stunden Prognose. Wobei gerade nach diesem Winter der Fehler nicht mehr unter 90% fällt.

Ab Januar 2013 habe ich zusätzlich eine Support Vector Machine implementiert, die mich vor Ausreißern bewahren soll. Beim nächsten Gewitter oder Schnell-Läufer-Tief werde ich feststellen, ob diese Theorie aufgeht.

Für die Energiewende bleibt die Wettervorhersage ein Erfolgsfaktor, eine qualitative Bestimmung wird zunehmend schwieriger, desto mehr das Interesse an Prognosen in Richtung der Betreiber geht. Aus anderen Branchen – wie der Luftfahrt – ist allerdings bekannt, dass Wettervorhersage deutlich zuverlässiger ist, als es gemeinhin angenommen wird.

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