Projektziele

Ziel der Verbundpartner ist es, für die Systemintegration von Photovoltaik neue Vorhersageprodukte zu entwickeln und zu operationalisieren.

Das Vorhaben besteht aus drei wesentlichen Bausteinen.

  • Zeitskalen übergreifende hochauflösende Hybridvorhersagen aus der Verbindung bestehender Vorhersageverfahren und neuen Kürzestfristvorhersagen, die auf lokalen, bodengestützten Messungen mit Sky Imagern basieren.
  • Detaillierte, sehr präzise Simulation der PV-Leistungserzeugung unter Berücksichtigung aller lokalen Randbedingungen.
  • Optimierte skalierbare Rechenverfahren, die es erlauben, die großen anfallenden Datenmengen effizient zu verarbeiten.

Bundeshöchstleistungsrechenzentrum Stuttgart

Nobelstrasse 19
70569 Stuttgart

DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme e. V.

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Carl-von-Ossietzky-Straße 15
26129 Oldenburg

capdevila ite e.K.

Wilhelm-Blos-Straße 38
70191 Stuttgart

Projektübersicht

Fluktuierende Energien aus Wind und Sonne werden stärker ausgebaut und müssen künftig dementsprechend mehr Verantwortung in der Stromversorgung übernehmen. Dem Strommarkt obliegt es dabei, ausreichend Kapazitäten zu garantieren, um jederzeit Angebot und Nachfrage auszugleichen, sowie diese Kapazitäten zur richtigen Zeit und im notwendigen Umfang bereitzuhalten. Diese Funktionen gilt es unter der Randbedingung einer mit Unsicherheiten behafteten Erzeugung zu optimieren. Ein flexibles Stromsystem steigert dabei die Optimierungs- und damit auch Erlösmöglichkeiten von Wind und Sonne, indem z.B. flexible zuschaltbare Lasten sowie flexible konventionelle Erzeuger aktiviert werden, wenn das Angebot aus erneuerbaren Energien groß und die Stromnachfrage klein ist - und umgekehrt - mit entsprechenden Auswirkungen auf den Strompreis. Ein freier Wettbewerb dieser vielfältigen Flexibilitätsoptionen erfordert allerdings eine umfassende Verfügbarkeit der wesentlichen Informationen, um eine sowohl für die einzelnen Akteure als auch für das Gesamtsystem möglichst optimale Lösung zu erreichen.

Bezogen auf die solaren Erzeugungskapazitäten, bedeutet dies die Verfügbarkeit von präzisen Vorhersagen des Solarstromangebots auch in sehr kurzfristigen Zeitbereichen und in unterschiedlichen räumlichen Skalen zu realisieren. Diese Vorhersagen sind technisch und ökonomisch notwendig, um die Stabilität des Gesamtsystems sicherzustellen und optimale Marktaktivitäten zu ermöglichen. Aus Sicht des Stromsystems wäre ein Vorhersagekonzept wünschenswert, in dem sowohl regionale Vorhersagen als auch lokale Vorhersagen, z.B. für einzelne Photovoltaikkraftwerke (PV-Kraftwerke), mit einer variablen, aber hohen zeitlichen Auflösung verfügbar sind. Die Vorhersagen sollten in kurzen Zeiträumen bis hinunter zu fünf Minuten aktualisiert werden können, um ein Höchstmaß an Flexibilität zu ermöglichen. Neben der Herausforderung an das Vorhersagesystem ist hierbei insbesondere der beträchtliche Bedarf an IT-Kapazität mit einem insgesamt sehr hohen Datenaufkommen zu berücksichtigen.

Ziel der Verbundpartner ist es, für die Systemintegration von Photovoltaik neue Vorhersageprodukte zu entwickeln und zu operationalisieren. Das Vorhaben soll wesentlich aus drei Bausteinen bestehen:

  • Zeitskalen übergreifende hochauflösende Hybridvorhersagen: Verbindung bestehender Vorhersageverfahren mit neuen Kürzestfristvorhersagen (< 1 Stunde), die auf lokalen, bodengestützten Messungen mit Sky Imagern basieren,
  • detaillierte, sehr präzise Simulation der PV-Leistungserzeugung unter Berücksichtigung aller lokalen Randbedingungen,
  • optimierte skalierbare Rechenverfahren, die es erlauben, die großen anfallenden Datenmengen effizient zu verarbeiten.

Die Kombination dieser Bausteine stellt eine neue Qualität in der Entwicklung von Solarleistungsvorhersagen dar und erlaubt die Bereitstellung von präziseren, kurzfristigeren und räumlich hochaufgelösten Informationen, insbesondere für die neuen Elemente des künftigen Strommarktes. Hierbei werden insbesondere folgende neuen Forschungsfragen auf Basis der Kompetenzen der Verbundpartner beantwortet:

  • Lokalität:In welcher zeitlichen und räumlichen Auflösung müssen lokale Vorhersagen im Bereich der einzelnen PV-Systeme verfügbar sein?
  • Kurzfristigkeit: Welche Aktualisierungsraten für die Vorhersagen sind für unterschiedliche Flexibilitätsoptionen notwendig?
  • Datenaufkommen: Wie lässt sich das sehr hohe Datenaufkommen strukturieren und reduzieren und für eine optimale Systemintegration einsetzen?
  • Systemsimulation: Welche Anforderungen sind unter diesen Randbedingungen an die PV-Systemsimulation hinsichtlich Detaillierung und Modellpräzision zu stellen?

Durch die Adressierung dieser Fragestellungen, die einen hohen praxisnahen und wirtschaftsrelevanten Bezug aufweisen, erfolgt eine methodische Weiterentwicklung der Systemintegration von PV, um zentrale Aspekte der Vorhersage in aus Marktsicht relevanten Zeitskalen unterhalb weniger Stunden darzustellen und entsprechende Produkte zeitnah bereitzustellen. Das Vorhersagesystem soll dabei allen an der Vermarktung und Distribution von Solarstrom beteiligten Unternehmen und Einrichtungen zur Verfügung stehen. Dies sind vor allem Akteure in der Direktvermarktung, lokal und regional tätige Stromversorger, Betreiber von PV-Kraftwerken und virtuellen Kraftwerken, sowie Betreiber von speichergekoppelten Erzeugungssystemen.