Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten


Die Hauptentwicklung von WEPROG, das MSEPS System, erfordert kontinuierliche Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten sowohl im Bereich Meteorologie, als auch im Bereich Computertechnologie, da die Verbesserung der numerischen 3-D Modellierung der Atmosphäre und des Wettergeschehens stark mit dem Stand der Technik in der Numerik (z.B. effiziente Gleichungslöser) und der verfügbaren Computertechnologie einhergeht. Die Effizienz des Software-Quellcodes ist eng mit der verfügbaren Prozessortechnologie verknüpft und diese bedingt in erheblichem Maße die lösbare Problemgröße. Je größer das simulierte Gebiet wird, um so mehr Rechnerressourcen sind natürlich auch erforderlich. Um die höchstmögliche Performance kosteneffizient beizubehalten ist eine dauerhafte Herausforderung, die ununterbrochene Test und Optimierung der Software erfordert, um den technologischen Fortschritt bestmöglich zu nutzen.

Die Mitarbeiter von WEPROG stellen sich gemeinsam mit ihren Verbundpartnern dieser Herausforderung, um kontinuierlich die technischen Neuentwicklungen umzusetzen und um die angebotenen Produkte und Dienstleistungen stetig zu verbessern. Zwar ist für uns der Echtzeitbetrieb für Kunden auf nahezu allen Kontinenten eine Herausforderung, jedoch bietet uns dies auch die einzigartige Möglichkeit Probleme weit entfernt von Zielgebieten, welche von derartigen Problemen in der Zukunft betroffen sein könnten, frühzeitig zu identifizieren und adäquat zu lösen. Um ein Beispiel zu nennen: Die Rocky Mountains in Nordamerika nehmen Einfluss auf das Wettergeschehen in Nordeuropa. Durch die Verbesserung der numerische Beschreibung der Ströme um die Rockies profitieren nicht nur die nordamerikanischen, sondern auch europäische Kunden durch eine Erhöhung der Prognosequalität.

WEPROG koordiniert und partizipiert rege an Forschungsvorhaben. Das erste Projekt MELTRA und die Firmengründung von WEPROG fielen in den gleichen Zeitraum (2003-2006). Das Projekt wurde durch Forschungsmittel des ÜNB für Westdänemark ELTRA (nun Energinet.dk) unterstützt.


WEPROGs aktuelle und vor kurzem abgeschlossene Projekte

IEA Wind Task 51: Prognose für das wettergesteuerte Energiesystem (2022-2025)

Der neue Task 51 „Forecasting for the Weather Driven Energy System“ wird sich auf die Erleichterung der Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen internationalen Forschungsgruppen konzentrieren, die sich mit der Verbesserung der Genauigkeit und Anwendbarkeit von Vorhersagemodellen und ihrem Nutzen für die Interessengruppen in der Windindustrie und der Energiewirtschaft befassen Sektor und im Energiesystem. Diese Aufgabe hat die folgenden spezifischen Ziele:

- Einrichtung eines aktiven, offenen Forums für den Wissensaustausch zwischen den Teilnehmern, verwandten IEA-Wind-Tasks und anderen verwandten TCPs durch Workshops, Verbreitungs- und Kommunikationsmaßnahmen
- Standards und Rahmenbedingungen für den Betrieb und die Bewertung der Leistung von Prognosemodellen zu etablieren und zu kommunizieren
- Identifizierung von Wegen zur verstärkten Anwendung und Nützlichkeit von Prognoseinformationen für die Aufgabenbeteiligten
- Erweiterung des Wissens in der gesamten Modellierungskette, einschließlich der Unsicherheit und der damit verbundenen Anwendungen und Entscheidungsfindung
- Ermittlung der vielversprechendsten Bereiche für neue Forschung zur Verbesserung der Qualität und Nützlichkeit von Prognosen
- Bereitstellung von Richtlinien für die Implementierung optimaler Prognoselösungen

WEPROG wird für 2 Workstreams verantwortlich sein und dasund das WP3 koordinieren:
Unsicherheit / probabilistische Prognosen & Entscheidungsfindung unter Unsicherheit
Unsicherheit ist bei der Vorhersage der wettergesteuerten Stromerzeugung inhärent. In Arbeitspaket 3 wird die Integration von Prognoseunsicherheit in das Stromnetzmanagement, die Gebotsstrategien für Windenergie und den Speicherbetrieb unter Berücksichtigung der Rolle des Menschen (und seiner Wahrnehmung von Unsicherheit und Risiko), der Kosten und des Nutzens der Endnutzer analysiert.

Extreme Energiesystemereignisse
Wetterextreme sind eine Bedrohung für das Stromsystem, nicht nur durch die Zerstörung von Hardware, sondern auch durch unzureichende Blockzusage, Netzplanung und verfügbare Erzeugungseinheiten. Die Herausforderungen sind breit gefächert. Wissen und Informationsaustausch darüber, wie Extreme vorhergesagt und die Auswirkungen solcher Extreme gemildert werden können, sind Themen in der nächsten Phase.

Task-Webseite:  https://iea-wind.org/task-36/   und speyifisch Workpackage 3
Aufgabenbeschreibung und Informationen zum Kick-off-Meeting finden Sie hier


WIKKI - Windenergie-Kurzfristprognose basierend auf gekoppelten meso- und mikroskaligen Modellen gesteuert durch künstlicher Intelligenz   (2022-2024)

Ziel des Projektes ist es eine Prozesskette aus Ensemble Wetterprognose in verbindung mit CFD Modellierung und ML-basierten Leistungsprognosen sowie Lern- und Rückkopplungsprozesse zu erstellen, um mikro-, meso- und makroskalen in eine integrierte verbesserte Kurzfristprognose für Windenergieanwendungen zu kombinieren.  

Koorination: Hochschule Esslingen, Angewandte Naturwissenschaften, Gebäude- und Energietechnik (HE-NG)
Partner: Hochschule Esslingen, Informatik und Informationstechnik (HE-IN), Forschungsverbund WindForS, WEPROG

Gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) unter der Project ID: 37549/01 24/0.

Weitere Information zum Projekt in Kürze ... Auf unserem Informationsportal oder unter den technischen Berichten werden wir Projektergebnisse publizieren.



IEA Wind Task 36: Wind Power Forecasting, 2016-2019

Der IEA Task 36 Wind Power Forecasting unterliegt dem IEA Implementing Agreement for Co-operation in the Research, Development, and Deployment of Wind Energy Systems (IEA Wind) und wurde mit dem übergeordneten Fokus der Verbesserung der Anwendbarkeit und Nützlichkeit von Windleistungsprognosen für die Windenergieindustrie und die energiewirtschaft ins Leben gerufen.
Es werden im Projekt drei distinktierte Gebiete mit bekannten Herausforderungen in Bezug auf die Windleistungsvorhersage bearbeitet. Das erste Gebiet umfasst das Aufgabengebiet der kontinuierlichen Verbesserung der physikalischen Prozesse in den Prognosemodellen im Bereich der Initialisierung sowie der Parametrisierung. Das zweite Gebiet umfasst die Unsicherheit und das Fehlen einheitlicher Benchmark Kriterien sowie Daten für den Vergleich von Prognosemodellen. Das dritte Thema ist die Präsentation und Kommunikation von erforschten, sowie erprobten Methoden innerhalb der Industrie in Form von unterstützenden Anleitungen für Anlagenbetreiber,, Netzbetreiber sowie generell Unternehmen in der Energiewirtschaft.
Der Task 36 wird die internationale Kooperation von Wissenschaftlern und Führungskräften aus der Industrie koodrinieren und an der Standardisierung von Praktiken im Bereich Windenergieprognosen, deren Nutzung, deren Anwendung im Bereich Unsicherheitsanalyse und Evaluierung von Methoden weiterbtreiben und in die Öffentlichkeit kommunizieren.

Weitergehende Informationen: 
Task Webpage: http://www.ieawindforecasting.dk
Task Description can be found here
WEPROG role: Task leader of WP3.1: State of the Art in using Uncertainty Forecasting in the power industry.
Publications can be found under Publications



SMART GRID SOLAR: 
Photovoltaikstrom ist, so wie der Windstrom, angebotsabhängig, und kann daher nicht zur Grundlastsicherung herangezogen werden. Ein Ausbauszenario, bei dem Photovoltaikstrom 25 % oder mehr des Strombedarfs deckt, lässt sich daher nur realisieren, wenn Möglichkeiten zur Erhöhung des Eigenverbrauchs und der Zwischenspeicherung des Photovoltaikstroms gefunden werden. Im ersten Schritt ist dies nötig, um die Netze zu stabilisieren. In einem zweiten Schritt müssen Speichermöglichkeiten entwickelt werden, um Photovoltaikstrom über längere Zeiträume zu speichern und damit grundlastfähig zu machen.
Ziel des Vorhabens ist, Methoden und Technologien zu entwickeln, mit denen der erneuerbare Stromanteil (und insbesondere der Photovoltaikstrom-Anteil) am bayerischen Erzeugungsmix erhöht und nachhaltig in eine Vollversorgung überführt werden kann.
Projekt Hompage: http://www.smart-grid-solar.de
Projektbeschreibung: Dokument

Teilnahme WEPROG im Projektbereich: Informations- und Kommunikationstechnik (IKT): Lieferung von Echtzeitprognosen (2015-2017)

Die zur Projektdurchführung notwendigen Datenerhebungen werden durch das Teilprojekt IKT mit Hinblick auf Wiederverwendung zur Überwachung und Steuerung zukünftiger Smart Grids begleitet und geprägt. Ein weiteres Aufgabenfeld ergibt sich aus der Notwendigkeit von Prognoseinformationen der Solar-Strom-Erzeugung zur Steuerung von PV-Anlagen, Speichern und regelbaren Verbrauchern. Hierzu sind Prognosemodelle notwendig, die anhand von Messdaten aus dem Energienetz und weiteren Informationen von Wetterdiensten (Radarbilder) entwickelt werden. Zusammen mit dem zu entwickelndem Informationssystem liefert das Teilprojekt IKT somit ein Kernelement im Gesamtprojekt. Ziel ist es die gewonnenen Erkenntnisse, Daten und Modelle anderen Projekten in einem Informationssystem bereitzustellen.




RAVE - Grid Integration of offshore wind farms, Germany (2008-2011)
http://www.rave-offshore.de

Das Projekt Netzintegration von Offshore Windparks ist eines von 15 Teilprojekten der RAVE - Research at Alpha Ventus - Forschungsinitiative, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wurden, um die Entwicklung der Offshore Windenergie auf dem Testgebiet "alpha ventus" voranzutreiben. Übergreifendes Ziel war es, die Kosten der Installation von Offshore Windenergieanlagen in tiefen Gewässern zu verringern. Der Offshore Windpark alpha ventus liegt 45 km nördlich der Insel Borkum in der Nordsee, nahe der Forschungsplattform "FINO 1". Der Windpark umfasst 12x 5MW Offshore Windenergieanlagen.

Abschlussbericht WEPROG, Juni 2012 [Download Bericht] (pdf, 1.6MB).




AESO Wind Power Forecasting Pilot Project
, Alberta Canada (2007-2008)
http://www.aeso.ca/gridoperations/13825.html

Das Anliegen dieses Pilotprojektes war der Versuch verschiedene Methoden mit unterschiedlichen Anbietern von Windenergie Vorhersagen zu erfassen um die beste Annäherung für die zukünftigen Windleistungsvorhersagen in Alberta (Kanada) herauszufiltern. Drei Anbieter mit weltweiter Vorhersage Erfahrung wurden ausgewählt.


WEPROGs aktuelle und vor kurzem abgeschlossene Projekte

IEA Wind Task 51: Prognose für das wettergesteuerte Energiesystem (2022-2025)

Der neue Task 51 „Forecasting for the Weather Driven Energy System“ wird sich auf die Erleichterung der Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen internationalen Forschungsgruppen konzentrieren, die sich mit der Verbesserung der Genauigkeit und Anwendbarkeit von Vorhersagemodellen und ihrem Nutzen für die Interessengruppen in der Windindustrie und der Energiewirtschaft befassen Sektor und im Energiesystem. Diese Aufgabe hat die folgenden spezifischen Ziele:

- Einrichtung eines aktiven, offenen Forums für den Wissensaustausch zwischen den Teilnehmern, verwandten IEA-Wind-Tasks und anderen verwandten TCPs durch Workshops, Verbreitungs- und     Kommunikationsmaßnahmen
- Standards und Rahmenbedingungen für den Betrieb und die Bewertung der Leistung von Prognosemodellen zu etablieren und zu kommunizieren
- Identifizierung von Wegen zur verstärkten Anwendung und Nützlichkeit von Prognoseinformationen für die Aufgabenbeteiligten
- Erweiterung des Wissens in der gesamten Modellierungskette, einschließlich der Unsicherheit und der damit verbundenen Anwendungen und Entscheidungsfindung
- Ermittlung der vielversprechendsten Bereiche für neue Forschung zur Verbesserung der Qualität und Nützlichkeit von Prognosen
- Bereitstellung von Richtlinien für die Implementierung optimaler Prognoselösungen

WEPROG is für 2 Workstreams verantwortlich sein:
Unsicherheit / probabilistische Prognosen & Entscheidungsfindung unter Unsicherheit
Unsicherheit ist bei der Vorhersage der wettergesteuerten Stromerzeugung inhärent. In Arbeitspaket 3 wird die Integration von Prognoseunsicherheit in das Stromnetzmanagement, die Gebotsstrategien für Windenergie und den Speicherbetrieb unter Berücksichtigung der Rolle des Menschen (und seiner Wahrnehmung von Unsicherheit und Risiko), der Kosten und des Nutzens der Endnutzer analysiert.

Extreme Energiesystemereignisse
Wetterextreme sind eine Bedrohung für das Stromsystem, nicht nur durch die Zerstörung von Hardware, sondern auch durch unzureichende Blockzusage, Netzplanung und verfügbare Erzeugungseinheiten. Die Herausforderungen sind breit gefächert. Wissen und Informationsaustausch darüber, wie Extreme vorhergesagt und die Auswirkungen solcher Extreme gemildert werden können, sind Themen in der nächsten Phase.

Task-Webseite: https://iea-wind.org/task-36/
Aufgabenbeschreibung und Informationen zum Kick-off-Meeting finden Sie hier





WIKKI -
Windenergie-Kurzfristprognose basierend auf gekoppelten meso- und mikroskaligen Modellen gesteuert durch künstlicher Intelligenz   (2022-2024)

Ziel des Projektes ist es eine Prozesskette aus Ensemble Wetterprognose in verbindung mit CFD Modellierung und ML-basierten Leistungsprognosen sowie Lern- und Rückkopplungsprozesse zu erstellen, um mikro-, meso- und makroskalen in eine integrierte verbesserte Kurzfristprognose für Windenergieanwendungen zu kombinieren.  

Koorination: Hochschule Esslingen, Angewandte Naturwissenschaften, Gebäude- und Energietechnik (HE-NG)
Partner: Hochschule Esslingen, Informatik und Informationstechnik (HE-IN), Forschungsverbund WindForS, WEPROG

Gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) unter der Project ID: 37549/01 24/0.





IEA Wind Task 51: Forecasting for the weather driven Energy System
(2022-2025)

The new Task 51 "Forecasting for the weather driven Energy System" will focus on facilitating communication and collaborations among international research groups engaged in the improvement of the accuracy and applicability of forecast models and their utility for the stakeholders in the wind industry, in the power sector and in the energy system. This Task has the following specific objectives:

- To establish an active, open forum for sharing knowledge among the participants, related IEA Wind Tasks and other related TCPs through workshops, dissemination and communication measures
- To establish and communicate standards and frameworks for the operation and evaluation of forecast model performance
- To identify paths to increased application and utility of forecast information to the task stakeholders
- To advance the knowledge in the entire modelling chain including the uncertainty and related applications and decision making
- To identify most promising areas for new research to improve the quality and utility of forecasts
- To provide guidelines for the implementation of optimal forecasting solutions

I will be responsible for 2 workstreams:
Uncertainty / probabilistic forecasting & decision making under uncertainty
Uncertainty is inherent in the forecasting of weather driven power generation. In WP3, the integration of forecast uncertainty into power grid management, wind power bidding strategies, and storage operation, will be analysed considering the role of humans (and their perception of uncertainty and risk), costs and benefits of end-users.

Extreme power system events
Weather extremes are a threat to the power system, not only due to destruction of hardware, but also due to inadequate unit commitment, grid planning and available generation units. The challenges are broad. Knowledge and exchange of information on how to forecast extremes and mitigate effects from such extremes are topics in the next phase.

Weitergehende Informationen: 
Task Webpage: https://www.ieawindforecasting.dk or https://iea-wind.org/task-36/
Task Description can be found here



IEA Wind Task 36: Wind Power Forecasting,
2016-2019 and 2019-2021

Der IEA Task 36 Wind Power Forecasting unterliegt dem IEA Implementing Agreement for Co-operation in the Research, Development, and Deployment of Wind Energy Systems (IEA Wind) und wurde mit dem übergeordneten Fokus der Verbesserung der Anwendbarkeit und Nützlichkeit von Windleistungsprognosen für die Windenergieindustrie und die energiewirtschaft ins Leben gerufen.
Es werden im Projekt drei distinktierte Gebiete mit bekannten Herausforderungen in Bezug auf die Windleistungsvorhersage bearbeitet. Das erste Gebiet umfasst das Aufgabengebiet der kontinuierlichen Verbesserung der physikalischen Prozesse in den Prognosemodellen im Bereich der Initialisierung sowie der Parametrisierung. Das zweite Gebiet umfasst die Unsicherheit und das Fehlen einheitlicher Benchmark Kriterien sowie Daten für den Vergleich von Prognosemodellen. Das dritte Thema ist die Präsentation und Kommunikation von erforschten, sowie erprobten Methoden innerhalb der Industrie in Form von unterstützenden Anleitungen für Anlagenbetreiber,, Netzbetreiber sowie generell Unternehmen in der Energiewirtschaft.
Der Task 36 wird die internationale Kooperation von Wissenschaftlern und Führungskräften aus der Industrie koodrinieren und an der Standardisierung von Praktiken im Bereich Windenergieprognosen, deren Nutzung, deren Anwendung im Bereich Unsicherheitsanalyse und Evaluierung von Methoden weiterbtreiben und in die Öffentlichkeit kommunizieren.

Weitergehende Informationen: 
Task Webpage: https://www.ieawindforecasting.dk or https://iea-wind.org/task-36/
Task Description can be found here

WEPROG roles:

Member of the Mangement group and Co-leader Workpackage 3 
Task leader of WP3.1: State of the Art in using Uncertainty Forecasting in the power industry

IEA Wind Recommended Practice:  

Task Co-lead Wp2.1: Recommended Practice on Forecast Solution Selection


"Probabilistic Forecasting Games and Experiments" initiative
The initiative is a cooperation of the IEA Task 36 WP3 and project WEXICOM at the Max Planck Institute for Human Development.

Publications can be found here:  WEPROG specific Publications or IEA overall Task 36 Publications


 

SMART GRID SOLAR: 
Photovoltaik ist wie Windenergie eine intermittierende Energiequelle, abhängig von der Sonneneinstrahlung. Sie kann daher nicht oder nur in begrenztem Umfang zur Deckung des Grundlastbedarfs im Energiemix verwendet werden. In einem Zukunftsszenario Bayerns, in dem PV 25 % oder mehr des Strombedarfs deckt, ist es wichtig, Wege und Methoden zu finden, um den Strombedarf zu steuern und Speichermöglichkeiten zu entwickeln. Dies ist in erster Linie wichtig für die Netzstabilität, im nächsten Schritt werden Speicher zu einem wichtigen Mittel, um PV-erzeugten Strom grundlastfähig zu machen. Ziel des Projekts ist es, Methoden und Technologien zu entwickeln, um den Anteil von PV und anderen erneuerbaren Energien zu steigern und diese Energieträger in die Lage zu versetzen, Energie nachhaltig ins Netz einzuspeisen.

Projektkoordination: Bavarian Center for Applied Energy Research (ZAE) 
Projekt Hompage: http://www.smart-grid-solar.de
Projektbeschriebung: Dokument
Teilnahme von WEPROG im Work Package: Informations- und Kommunikationstechnik (IKT): Lieferung von Echtzeitprognosen für die Pilotphase (2015-2017)



RAVE - Grid Integration of offshore wind farms,
Germany (2008-2011)
http://www.rave-offshore.de

Das Grid integration of offshore wind parks Projekt is eines von 15 Projekten im RAVE - Research at Alpha Ventus - Forschungsverbund, unterstützt vom Bundesumweltministerium (BMU), um die Entwicklung der Offshore Windenergie in Deutschland voranzutreiben. Mit dem Testfeld "alpha ventus" wird das Ziel verfolgt alle notwendigen Daten für die Weiterentwicklung von Windkraftanlagen, sowei die Wasser- und Wetterverhältnisse und Bedingnungen auf hoher See studieren und entsprechend Entwicklungen vorzunehmen. Der Offshore Windpark alpha ventus befindet sich 45 km nördlich der Insel Borkum in der Nordsee, neben der Forschungsplatform "FINO 1". Der Windpark besteht aus 2 x 6 Offshore Windturbines verschiedener Hersteller mit jeweils einer Kapazität von 5MW.

WEPROG's Abschlussbericht kann hier heruntergeladen werden (only German version available).



AESO Wind Power Forecasting Pilot Project
, Alberta Canada (2007-2008)
http://www.aeso.ca/gridoperations/13825.html

Der Zweck des Pilotprojekts bestand darin, verschiedene Methoden und Anbieter von Windkraftvorhersagen zu testen, um den besten Ansatz für die zukünftige Vorhersage der Windkraft in Alberta zu bestimmen. Drei Anbieter mit globaler Prognoseerfahrung wurden ausgewählt



DEWEPS Projekt

DEWEPS - Entwicklung und Erforschung einer neuen Wind Profil Theorie mit einem Ensemble Vorhersage System (2009-2011). Ein Forschungsprojekt initiiert vom Dänischen PSO-F&U FORSKEL Fördermittel case no. 10260 (2009-2012) koordiniert durch die WEPROG ApS.

Projektberichte können hier heruntergeladen werden.


 

HREnsembleHR Projekt

HREnsembleHR - High resolution Ensemble at Horns Rev, Denmark (2006-2009)
http://hrensemble.weprog.net

Ein Forschungsvorhaben mit finanzieller Unterstützung durch die dänischen PSO-F&U FORSKEL 2006-2010 Fördermittel case no. 6387, koordiniert von WEPROG ApS, Dänmark. In diesem Projekt kombinierte das Konsortium Entwicklungen in den Bereichen ozeanischer, Wetter- und Windenergieprognose, um in reeller Weise die Variabilität des Windes Offshore zu beschreiben, um die Vorteile von Ensembleprognosen zu nutzen und um die Interaktion der Meeresoberfläche und der Atmosph¨re zu untersuchen.

Projektberichte können hier heruntergeladen werden. Projektrelevante Publikationen befinden sich auf der Projekt Homepage.