DE102018222803A1

DE102018222803A1 - Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Umwandlung und/oder Speicherung von wenigstens einer Energieform, elektronische Recheneinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens sowie Computerprogramm und elektronisch lesbarer Datenträger

Info

Publication number: DE102018222803A1
Application number: DE102018222803.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Huber; Martin Küppers; Michael Metzger; Nils Namockel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020126803A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Umwandlung und/oder Speicherung von wenigstens einer Energieform, mit den Schritten:
- Auswerten (14) von anhand wenigstens einer Bodensensoreinheit erfassten Bodendaten (12) und Erzeugen eines Auswertedatensatzes;
- Identifizieren von wenigstens einem Wettermerkmal anhand des Auswertedatensatzes;
- Vorhersage (16) einer durch die Anlage erbringbaren energetischen Leistung und/oder durch die Anlage vorgehaltenen Energiegehalts anhand des Wettermerkmals;
- Auswerten (18) von zusätzlich zu den Bodendaten (12) anhand von wenigstens einer Sensoreinheit eines Höhenaufklärungsobjekts erfassten Höhendaten (20) und Erzeugen des Auswertedatensatzes anhand der Bodendaten (12) und der Höhendaten (20).
Ferner betrifft die Erfindung eine elektronische Recheneinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Betreiben einer Anlage sowie eine entsprechendes Computerprogramm und einen Datenträger.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Umwandlung und/oder Speicherung von wenigstens einer Energieform gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine elektronische Recheneinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Betreiben einer Anlage gemäß dem Patentanspruch 8. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer elektronischen Recheneinrichtung ladbar ist gemäß dem Patentanspruch 9. Schließlich betrifft die Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger mit darauf gespeicherten Steuerinformationen für ein Computerprogramm gemäß dem Patentanspruch 10.
Für die Vorhersage von einer Erzeugungsleistung von durch erneuerbarer Energie erzeugbarer bzw. umwandelbarer elektrischer Energie, beispielsweise für insbesondere eine Photovoltaikeinspeisung, sind bisherige Wetterprognosen und Modelle oft nicht hinreichend genau oder für einen Standort beispielsweise einer Photovoltaikanlage gar nicht verfügbar. Dabei ist eine Vorhersage bzw. die Prognose eines Wettergeschehens insbesondere wichtig, wenn es darum geht beispielsweise ein Energiespeichersystem, insbesondere einer Anlage zur Umwandlung und Speicherung von wenigstens einer Energieform in elektrische Energie, zu bewirtschaften bzw. sinnvoll mit elektrischer Energie zu befüllen. So kann ein Speicherzustand des elektrischen Energiespeichersystems vorteilhafterweise derart gewählt werden, dass beispielsweise Be- und/oder Entladevorgänge in Abhängigkeit des prognostizierten Wetters geschehen.
So zeigt die DE 10 2011 017 694 A1 ein Verfahren, mittels welchem die Einsetzbarkeit photovoltaischer Anlagen, indem Abschattungsinformationen benachbarter Photovoltaikanlagen zur Vorhersage der von einer aktuellen Photovoltaikanlage abgegebenen Leistung berücksichtigt werden, verbessert werden kann. Dabei werden Wolkenbewegungen berücksichtigt, sodass eine Genauigkeit der Vorhersage der abgebbaren Leistung verbessert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Recheneinrichtung, Computerprogramm und einen Datenträger bereitzustellen, durch welche jeweils eine Anlage für elektrische Energie, durch eine möglichst präzise Vorhersage einer durch die Anlage erbringbaren elektrischen Energieleistung, besonders vorteilhaft betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Anlage, welche zur Umwandlung und/oder Speicherung von wenigstens einer Energieform ausgebildet ist, umfasst mehrere Schritte:

In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Auswerten von anhand wenigstens einer Bodensensoreinheit erfassten Bodendaten, welche beispielsweise zumindest einen Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums umfassen können. So können die Bodendaten beispielsweise wenigstens ein Bild im für den Menschen sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung darstellen. Die elektromagnetischen Strahlung bzw. das elektromagnetischen Spektrums für die Bodendaten kann beispielsweise in dem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich und/oder in einem Infrarotbereich und/oder einem Ultraviolettbereich und/oder einem Radiobereich, beispielsweise für Radaraufnahmen, liegen. Ferner wird in dem ersten Schritt des Verfahrens ein Auswertedatensatz erzeugt, welcher insbesondere zumindest die Auswerteergebnisse der Bodendaten und/oder die Bodendaten selbst umfasst. In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein Wettermerkmal anhand des Auswertedatensatzes identifiziert. Das heißt, es werden, beispielsweise durch einen selbstlernenden Algorithmus, durch in den Bodendaten enthaltenen Informationen wenigstens ein Wettermerkmal, für insbesondere beispielsweise eine Wetterprognose, identifiziert. In einem dritten Schritt des Verfahrens erfolgt eine Vorhersage einer durch die Anlage erbringbaren energetischen Leistung, insbesondere einer elektrischen Energieleistung, und/oder durch die Anlage vorgehaltenen Energiegehalts, beispielsweise einer Speichereinrichtung, beispielsweise einer Batterie, der Anlage anhand des Wettermerkmals. Die Anlage ist dabei vorzugsweise eine Vorrichtung, welche Energie von einer Energieform, wie beispielsweise Windenergie oder Solarenergie vorzugsweise in elektrische Energie umwandelt. Somit wird elektrische Energie durch die Anlage „erzeugt“, indem durch die Anlage Energie, welche in einer anderen Form als elektrische Energie vorgelegen hat umgewandelt wird. Dabei kann die wenigsten eine Energieform insbesondere aus einer erneuerbaren bzw. regenerativen Energiequelle wie Windenergie oder Solarenergie durch Umwandlung mittels der Anlage als elektrische Energie erzeugt bzw. nutzbar gemacht wird. Somit ist die Anlage ein Energiewandler, welcher insbesondere als Quelle elektrischer Energie dienen kann, wobei die bereitstellbare abhängig von dem wenigstens einen Wettermerkmal bzw. dem Wetter, insbesondere am Standort der Anlage ist. Die Bodensensoreinheit ist beispielsweise insbesondere eine Kamera, sodass die erfassten Bodendaten zumindest ein Kamerabild umfassen können, wobei in dem Kamerabild vorzugsweise beispielsweise eine Information enthalten ist, durch welche wenigstens ein Wettermerkmal ableitbar bzw. identifizierbar ist, sodass anhand des Wettermerkmals Rückschlüsse auf die durch die Anlage bzw. den Energiewandler, insbesondere zukünftige erbringbare elektrische Leistung beispielsweise in Form von Strom möglich ist.

Damit nun mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf besonders vorteilhafte Weise eine Vorhersage über die durch die Anlage erbringbaren energetischen Leistung und/oder durch die Anlage vorgehaltenen Energiegehalts möglich ist, erfolgt in einem weiteren, vierten Schritt des Verfahrens ein Auswerten von zusätzlich zu den Bodendaten anhand von wenigstens einer Sensoreinheit eines Höhenaufklärungsobjekts erfassten Höhendaten, wobei der für die Vorhersage bzw. Identifizierung verwendete Auswertedatensatz in dem vierten Schritt anhand der Bodendaten und der Höhendaten erzeugt bzw. um die Höhendaten ergänzt wird, je nach der Ausführreihenfolge der Schritte des Verfahrens. Dabei können die Höhendaten beispielsweise zumindest eine Luftaufnahme bzw. ein Satellitenbild umfassen, welches beispielsweise eine Wolkendecke zumindest in einer Umgebung und/oder am Standort der Anlage zeigt. Die Höhendaten lassen vorteilhafterweise eine Identifizierung von wenigstens einem Wettermerkmal analog zu den Bodendaten zu. Vorteilhafterweise ist zumindest durch die Bodendaten und/oder durch die Höhendaten eine Vorhersage für die erbringbare elektrische Energieleistung für ein besonders kurzes Zeitintervall beispielsweise Minuten möglich, wohingegen durch die alternativ erfassten Höhendaten bzw. Bodendaten die Vorhersage für ein weiteres Zeitintervall möglich ist, welches das kurze Zeitintervall beinhaltet bzw. eine besonders große Anzahl des kurzen Zeitintervallen beinhaltet, sodass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Vorhersage für möglichst kurze Zeiteinheiten über einen möglichst langen Zeitraum möglich ist. Vorteilhafterweise werden für das Erzeugen des Auswertedatensatzes die Bodendaten und die Auswertedaten zu dem Auswertedatensatz, insbesondere durch eine Sensordatenfusion, fusioniert, sodass durch die fusionierten Daten, insbesondere beispielsweise mittels einer geeigneten Gewichtung, insbesondere automatisiert die Vorhersage der Energieleistung durchgeführt werden kann.
Mit anderen Worten können in dem erfindungsgemäßen Verfahren somit beispielsweise als die Höhendaten Satellitenbilder mit den Bodendaten, welche beispielsweise Bilder einer mit Fisheye ausgestatten Weitwinkelkamera mit eines Fisheyes sind, kombiniert werden, um kurzfristige Vorhersagen für eine Stromerzeugung der Anlage zu liefern bzw. insbesondere kurzfristige Schwankungen im langfristig vorhersagbaren Wettergeschehen vorherzusagen, sodass die Vorhersage für die Stromerzeugung bzw. die erbringbare elektrische Energieleistung besonders exakt ist. Dabei können beispielsweise durch die Bodensensoreinheit, wenn diese als Weitwinkelkamera ausgebildet ist, Wolkenbewegungen erfasst werden, welche am Standort der zur Umwandlung und/oder Speicherung von wenigstens einer Energieform ausgebildeten Anlage auftreten. Dabei wird neben der bestehenden Mittel und langfristigen Prognose durch Auswertung der Satellitenbilder die langfristige Großwetterlage durch das erfindungsgemäße Verfahren in die Planung der Vorhersage miteingebracht.
Somit ergibt sich durch das Verfahren der Vorteil, dass durch Kombination bzw. Fusionierung beispielsweise makroskopischer Wetterdaten aus Satellitenbildern, wie sie beispielsweise in den Höhendaten vorliegen können, und des lokalen Wetterbildes, anhand der durch die Bodensensoreinheit, welche insbesondere in der Umgebung oder am Standort der Anlage angeordnet ist, die Identifizierung des Wettermerkmals und insbesondere eine zeitliche Entwicklung des Wettermerkmals besonders genau erfolgen kann. So können anhand beispielsweise der Höhendaten langfristige Prognosen bestimmt werden, wohingegen durch die Bodendaten eine möglichst exakte kurzzeitige Bestimmung bzw. Vorhersage der abgebbaren Leistung möglich ist. So ist durch die Kombination der Bodendaten und der Höhendaten zum Auswertedatensatz, dieser für die Identifizierung des Wettermerkmals und die Vorhersage der erbringbaren Leistung, insbesondere im Vergleich zu einer rein auf beispielsweise einer terrestrischen Kamera basierte Lösung, insbesondere aufgrund eines Prognosehorizonts, deutlich im Vorteil. Ebenso ist ein weiterer Vorteil, dass in der kurzfristigen Prognose eine Verbesserung erzielt werden kann.
Für die Vorhersage des lokalen Wetters in der Umgebung der Anlage können Bodendaten verwendet werden, welche vor allem aus einem Netz an Bodensensoreinheiten generiert werden können. Durch die wenigstens eine Bodensensoreinheit bzw. eine insbesondere zu einem Netz zusammen geschlossene Mehrzahl an Bodensensoreinheiten kann insbesondere eine Windgeschwindigkeit, eine Temperatur, ein Luftdruck sowie eine Luftfeuchtigkeit als Wetterdaten bzw. als wenigstens ein Wettermerkmal bereitgestellt werden. Darüber hinaus werden nun durch das Verfahren insbesondere Daten durch Radiosonden, insbesondere an Ballons montiert, Wettersatelliten, Flugzeugen und/oder Wetterschiffen verwendet.
Um insbesondere in den jeweiligen Daten Wettermerkmale, wie beispielsweise ein Wolkenbewegung, zu identifizieren, kann durch geeignete Fusion, insbesondere durch geeignete Sensordatenfusion, zur Erzeugung des Auswertedatensatzes die Vorhersage insbesondere vorteilhafterweise derart präzisiert werden, dass eine minutengenaue oder auch in Abhängigkeit, von insbesondere der Genauigkeit der Bodendaten, eine sekundengenaue Vorhersage der durch die Anlage erbringbaren Leistung möglich ist. Dies kann beispielsweise, wenn die Anlage als Photovoltaikanlage ausgebildet ist, durch Vorhersage einer Abschattung geschehen. Ferner kann durch Vorhersage der Windstärke von einer Windenergielage die Leistung besonders vorteilhaft vorhergesagt werden. Darüber hinaus ist bei einer CSP-Anlage die Ausrichtung der Spiegel besonders vorteilhaft in Abhängigkeit der Vorhersage möglich.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Vorhersage bzw. Prognose ist beispielsweise für ein beliebiges Unternehmen entlang einer gesamten Wertschätzungskette innerhalb einer Energiebranche bzw. der Energiebranche relevant. So profitieren durch die Prognose und den dadurch vorteilhaften Betrieb der Anlage beispielsweise Verteilnetzbetreiber, Systembetreiber, Bilanzkreisverantwortliche und Energiedienstleister von einer besonders geringen Abweichung, in geplantem bzw. planbarem Betrieb der Anlage zwischen der geplanten Erzeugung bzw. Bereitstellung der elektrischen Energie und der tatsächlich bereitgestellten bzw. erzeugten elektrischen Energie. Somit ist es beispielsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, dass eine Reduzierung des Bedarfs an Regelleistung, welcher beispielsweise für ein Stromnetz, an welchem die Anlage angeschlossen ist, möglich ist. Durch eine besonders exakte Vorhersage durch das Verfahren für die Energieleistung lassen sich beispielsweise für einen Intraday-Bereich Kosten einsparen und zusätzlich oder alternativ können erneuerbare Energien, welche durch die Anlage nutzbar sind, effektiv in einen Markt, insbesondere einen Strommarkt, integriert werden. Somit ist durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Optimierung einer Betriebsführung möglich, wodurch beispielsweise eine bessere Abstimmung von einer Mehrzahl, insbesondere dezentral in einem Stromnetz bzw. Energienetz angeordneten, Anlagen im Verteilnetz bzw. Stromnetz, insbesondere innerhalb von Inselnetzen, möglich ist. Ferner kann als weiterer Vorteil insbesondere eine Anlage, welche beispielsweise gar nicht an ein Stromnetz bzw. Verteilnetz angeschlossen ist, besonders vorteilhaft betrieben werden, da durch eine besonders exakte Vorhersage der erbringbaren Energieleistung ein zur Anlage zugehöriger Speicher für elektrische Energie sinnvoll betrieben werden kann.
Darüber hinaus können beispielsweise für den Fall, dass es sich bei der Anlage um eine Concentrated Solar Power Anlage (CSP-Anlage) handelt in Abhängigkeit der Vorhersage deren Spiegel besonders vorteilhaft ausgerichtet werden.
Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass für eine besonders vorteilhafte Einspeisung von durch erneuerbare Energie erzeugte elektrische Energie bzw. Strom in ein Verteilnetz eine minutengenaue Vorhersage bzw. Prognose der Einspeisung besonders vorteilhaft ist. Bisherige Anlagen bzw. Stromhändler an dem Strommarkt liefern Prognosen für eine Day-Ahead-Planung, welche maximal einen Bereich von 24 Stunden im Voraus abdeckt und im Intraday-Bereich viertelstündige Zeitintervalle abbildet. Zeitreihen mit einer genaueren Vorhersage waren bisher im Stand der Technik nicht üblich, wären aber insbesondere im Rahmen einer stark fluktuierenden Einspeisung bei wechselhaften Wetterlagen äußerst vorteilhaft. Dabei hat sich gezeigt, dass bezüglich der Abweichung zwischen prognostiziertem und tatsächlichem Wettergeschehen, insbesondere in unmittelbarer Nähe bzw. am Standort der Anlage im Vergleich zum Stand der Technik erhebliches Optimierungspotenzial vorhanden ist.
Dabei gibt es unterschiedliche Dienstleister, welche unterschiedliche Wettermodelle, insbesondere für eine Vorhersage nutzen, um die Einspeisung erneuerbarer Energie für die Day-Ahead-Planung und den Intraday-Markt zu prognostizieren. Dabei sind einige bekannte Dienstleister im Folgenden genannt. So stellt beispielsweise die EEX-Transparency Daten bereit, welche eine tatsächliche und eine geplante Erzeugung pro Erzeugungsart beinhalten. Der Energy-Brainpool berücksichtigt in einem Control Power Price Forecast und einem Spot Price Forecast die Erzeugung von elektrischer Energie aus erneuerbaren Energien. Dahingegen bietet Tesla Prognosen bezüglich erneuerbaren Energien in einem 24 Stunden bis 48 Stunden Bereich. Ferner gibt es Anbieter, welche beispielsweise Intraday- und Day-Ahead-Vorhersagen pro Erzeugungsart treffen können. Durch ein Erdbeobachtungssystem, wie beispielsweise durch das sogenannte Earth Observation System, kann mittels einer Objekterkennungstechnologie eine, insbesondere skalierbare, Berechnung von Windparkleistung erfolgen. Darüber hinaus gibt es hochpräzise Wetterlösungen, beispielsweise in Form eines sogenannten Wettercockpits für beispielsweise Sturmwarnungen, welche beispielsweise durch Live-Wetterdaten ergänzt und visualisiert werden können, sodass beispielsweise in Abhängigkeit von einer Sturmwarnung entsprechend eine Stromleitung bzw. Transformatoren in ihrem Betrieb gesteuert bzw. geregelt werden können. Ferner wird für die Wettervorhersage beispielsweise ein Tracking von Blitzeinschlägen von entsprechenden Dienstleistern angeboten. Darüber hinaus gibt es Systeme, welche durch ein neuronales Netz fehlerhafte Sonnenkollektoren anhand von Satellitenbildern identifizieren können. Darüber hinaus ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass für kurzfristige Vorhersagen der Einspeiseleistung einer Solaranlage die Datenbasis eines durch eine Weitwinkelkamera erfassten lokalen Wolkenzugs erfolgen kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird bzw. werden das Auswerten und/oder das Identifizieren und/oder das Vorhersagen durch wenigstens einen wenigstens einen Algorithmus des maschinellen Lernens und/oder durch wenigstens ein neuronales Netz durchgeführt. Bei dem maschinellen Lernen können im Wesentlichen zwei Ansätze verfolgt werden: Erstens symbolische Ansätze, wie aussagenlogische Systeme, in denen das Wissen - sowohl die Beispiele als auch die induzierten Regeln - explizit repräsentiert ist, welche beispielweise durch den Algorithmus ausgedrückt werden können. Zweitens subsymbolische Systeme wie, insbesondere künstliche, neuronale Netze, die nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns funktionieren und in denen das Wissen implizit repräsentiert ist. Dabei sind auch Kombinationen des wenigstens einen Algorithmus und des wenigstens einen neuronalen Netz denkbar. Dabei kann der Algorithmus lernfähig, insbesondere selbstlernfähig, sein und beispielsweise durch das neuronale Netz ausgeführt werden bzw. erhält das neuronale Netz entsprechend des lernenden Algorithmus Anweisungen für seine Vorhersage und/oder für das Identifizieren und/oder Auswerten, welches beispielsweise mittels einer Mustererkennung, welche durch das neuronale Netz oder den Algorithmus erlernbar ist, realisiert werden kann. Sind die Bodendaten und/oder die Höhendaten beispielsweise Bilddaten, insbesondere aus einem Bild in einem für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, kann der lernende Algorithmus vorzugsweise ein Bilderkennungsalgorithmus sein, welcher aus den Bodendaten bzw. Höhendaten wenigstens zumindest jeweils ein Wettermerkmal identifizieren kann. Durch einen Algorithmus zur Auswertung der Bodendaten und zur Auswertung der Sensordaten, wobei für die jeweiligen Daten jeweils ein Algorithmus vorgesehen sein kann. Vorteilhafterweise kann der Algorithmus für die Bestimmung der Erzeugungsleistung zusätzlich zu dem Wettermerkmal wenigstens die maximal erzeugbare Leistung der Anlage beinhalten, um so die tatsächlich erbringbare Leistung besonders vorteilhaft vorhersagen zu können. Dabei erfolgt das Auswerten und/oder Identifizieren und/oder die Vorhersage vorteilhafterweise insbesondere automatisiert, sodass zu beliebigen Zeiten jeweils die Vorhersage der prognostizierten Energieleistung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgehalten werden kann. Dabei ergibt sich der vorteilhafte Betrieb der Anlage durch das Verfahren, insbesondere durch das Zusammenführen der Höhendaten und der Bodendaten, also durch Daten unterschiedlicher Datenquellen, wie beispielsweise die Bodensensoreinheit oder das Höhenaufklärungsobjekt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Vorhersage für ein Zeitintervall, wobei nach Durchlaufen des Zeitintervalls die Vorhersage überprüft wird und das Ergebnis dieser Überprüfung als Trainingsdaten für den lernenden Algorithmus und/oder das neuronale Netz verwendet wird. Durch die Möglichkeit der ständigen Validierung der Vorhersage, beispielsweise durch einen Vergleich der tatsächlich erbrachten Leistung mit der für den gleichen Zeitraum der erbrachten Leistung prognostizierten bzw. vorhergesagten Leistung besteht ein besonders vorteilhafter Datensatz für das Training des lernenden Algorithmus bzw. des neuronalen Netzes. Dadurch kann insbesondere in einem Reinforced-Lernen also durch verstärkendes Lernen bzw. auch durch zusätzlich oder alternativ tiefgehendes Lernen, sogenanntes Deep Learing, quasi online ein direktes Feedback für die Vorhersage generiert werden, wodurch das Verfahren besonders vorteilhaft durchgeführt werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird bzw. werden als das jeweilige Wettermerkmal ein Wolkenverlauf, welcher insbesondere Informationen über eine Bewegungsrichtung der Wolken bzw. die Form oder Bewegungsrichtung eines Wolkenzugs aufweist, und/oder eine Abschattung beispielsweise durch den Wolkenzug und/oder eine Windgeschwindigkeit identifiziert. Dabei ist das jeweilige Wettermerkmal nicht auf die hier genannten Merkmale eingeschränkt, sondern kann beispielsweise weitere Merkmale wie die Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und dergleichen beinhalten. Jedoch ergeben sich insbesondere für eine Anlage, welche Solarenergie in elektrische Energie umwandelt oder eine Windkraftanlage, welche Windenergie in elektrische Energie umwandelt, somit besonders vorteilhafte Betriebsmöglichkeiten bzw. ein besonders vorteilhafter Vertrieb. Durch eine kontinuierliche Erfassung von beispielsweise immer neu von der Bodensensoreinheit abgerufenen Bodendaten bzw. aktualisierten Bodendaten sowie durch stets aktualisierte Höhendaten, welche mittels des Verfahrens jeweils aktualisiert abgerufen werden können, kann die Vorhersage ständig validiert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Anlage eine Solaranlage, insbesondere eine Photovoltaikanlage und/oder eine Windkraftanlage. Das heißt durch das Verfahren wird als die Anlage eine Solaranlage und/oder eine Windkraftanlage betrieben. Dabei kann für die Solaranlage oder die Windkraftanlage durch das Verfahren besonders vorteilhaft die erbringbare elektrische Energieleistung vorhergesagt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Bodensensoreinheit wenigstens einen Kamerasensor auf, welcher mit insbesondere einem dem Kamerasensor zugeordneten Weitwinkelobjektiv versehen ist, sodass durch die Bodensensoreinheit in einem über der Anlage bzw. in der Nähe der Anlage möglichst großen Bereich eines Himmelsausschnitts Wolkenformationen erfassbar sind, wodurch sowohl beispielsweise eine Windstärke als auch Abschattungen besonders vorteilhaft prognostiziert werden können, sodass die Anlage besonders vorteilhaft betrieben werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird als das Höhenaufklärungsobjekt ein Satellit und/oder ein Höhenballon und/oder ein Flugzeug verwendet, sodass in einem möglichst großen Bereich durch eine Luftaufnahme oder ein Satellitenbild beispielsweise ein Wolkenverlauf und somit eine Abschattung bzw. eine zukünftige Abschattung oder eine Windgeschwindigkeit für einen besonders vorteilhaften Betrieb des Verfahrens prognostiziert werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektronische Recheneinrichtung, welche zum Durchführen eines Verfahrens wie oben beschrieben, ausgebildet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein erfindungsgemäßes Computerprogramm, welches ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer elektronischen Recheneinrichtung implementiert. Das Computerprogramm kann hierbei auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches direkt in einem Speicher einer Recheneinrichtung ladbar ist. Das Computerprogrammprodukt weist Programmcodemittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in bzw. durch die Recheneinrichtung ausgeführt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektronisch lesbaren Datenträger. Dabei umfasst der erfindungsgemäße elektronisch lesbare Datenträger auf ihm gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen oder derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer elektronischen Recheneinrichtung ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen.
Die bisher und im Folgenden angegebenen Eigenschaften und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die entsprechenden Vorteile sind jeweils sinngemäß auf die erfindungsgemäße elektronische Recheneinrichtung und/oder das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ablaufende Computerprogramm übertragbar und umgekehrt. Aus diesem Grund wird vorliegend auf eine jeweilige explizite Ausformulierung der jeweils einzeln genannten Merkmale sowohl für das erfindungsgemäße Verfahren als auch für die erfindungsgemäße elektronische Recheneinrichtung, sowie das Computerprogramm und den Datenträger verzichtet.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
Dabei zeigt die einzige Figur ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Anlage zur Umwandlung und/oder Speicherung von wenigstens einer Energieform, insbesondere elektrischer Energie.
Die einzige Figur zeigt ein schematisches Diagramm 10, welches skizzenartig Abläufe und funktionale Zusammenhänge eines Verfahrens zum Betreiben einer Anlage zur Umwandlung und/oder Speicherung von wenigstens einer Energieform zeigt. Bei der nicht gezeigten Anlage zur Umwandlung und/oder Speicherung von wenigstens einer Energieform handelt es sich beispielsweise um eine Solaranlage, insbesondere eine Photovoltaikanlage und/oder eine Windkraftanlage. Zusätzlich oder alternativ kann es sich beispielsweise auch um eine Concentrated Solar Power Anlage handeln, bei welcher mittels Spiegeln Sonnenenergie gebündelt wird.
Dabei die Anlage insbesondre elektrischen Energie durch Umwandlung aus einer anderen Energieform beispielsweise Solarenergie oder Windenergie gewinnen, sodass die Anlage im Wesentlichen ein Energiewandler ist, welcher als Quelle für elektrische Energie dienen kann. Dabei wird vorzugsweise regenerative Energie gewandelt, welche wie beispielsweise bei Solar- oder Windenergie den Nachteil hat, dass sie nicht kontinuierlich verfügbar ist. Um diesen Nachteil auszugleichen umfasst das hier vorgestellte Verfahren zum Betreiben der Anlage für elektrische Energie mehrere Schritte:

In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Auswerten von anhand wenigstens einer Bodensensoreinheit erfassten Bodendaten 12, welche beispielsweise einen bestimmten Bereich des elektromagnetischen Spektrums insbesondere in einem Bild abdeckend können. Ferner erfolgt in diesem ersten Schritt ein Erzeugen eines Auswertedatensatzes, welcher zumindest die Bodendaten 12 bzw. die in den Bodendaten 12 durch das Auswerten 14 bzw. das Auswerten gewonnene bzw. enthaltene Information umfasst. In einem weiteren Schritt des Verfahrens erfolgt ein Identifizieren von wenigstens einem Wettermerkmal anhand des Auswertedatensatzes, wobei das wenigstens eine Wettermerkmal vorzugsweise aufgrund des Auswertens 14 der Bodendaten identifiziert und vorteilhafterweise selbst in dem Auswertedatensatz abgelegt werden kann. Dabei kann es sich bei dem Wettermerkmal beispielsweise insbesondere um eine Bewölkung vorzugsweise in einer Umgebung der Anlage handeln. In einem weiteren Schritt des Verfahrens erfolgt nun eine Vorhersage 16 einer durch die Anlage erbringbaren energetischen Leistung und/oder durch die Anlage vorgehaltenen Energiegehalts, beispielweise erfolgt eine Vorhersage einer durch die Anlage erbringbaren elektrischen Energieleistung, anhand der Identifizierung und/oder in Abhängigkeit von dem Auswertedatensatz, sodass insbesondere anhand der identifizierten Wettermerkmale eine insbesondere in einem definierbaren Zeitintervall durch die Anlage erbringbare Strommenge, also die elektrische Energieleistung, prognostiziert werden kann.

Um nun die Anlage besonders vorteilhaft betreiben zu können, erfolgt in einem vierten Schritt des Verfahrens ein Auswerten 18 von zusätzlich zu den Bodendaten 12 anhand von wenigstens einer Sensoreinheit eines Höhenaufklärungsobjekts erfassten Höhendaten 20. Ferner erfolgt in diesem vierten Schritt ein Erzeugen bzw. Ergänzen oder Erweitern des Auswertedatensatzes anhand der Bodendaten 12 und der Höhendaten 20. Somit ergibt sich der Vorteil, dass durch die Höhendaten 20, welche insbesondere Luftaufnahmen bzw. Satellitenbilder einer Umgebung, welche beispielsweise besonders große Abmessungen aufweisen kann, der Anlage enthält. So kann durch die Erweiterung des Auswertedatensatzes mit den Höhendaten 20 im Vergleich zu einem Auswertedatensatz, in welchem nur die Bodendaten 12 enthalten sind, die Identifizierung des wenigstens einen Wettermerkmals derart erfolgen, dass beispielsweise durch den Auswertedatensatz eine besonders langfristige Prognose des Wetters aufgrund der identifizierten Wettermerkmale möglich ist.
So kann beispielsweise aufgrund des Auswertens 14 der Bodendaten 12 insbesondere ein Wetter bzw. das Wetter nur für einen relativ kurze Zeitraum in der Zukunft, beispielsweise nur für wenige Minuten am Standort der Erzeugungslage vorausgesagt werden, wobei die Voraussage bzw. Vorhersage anhand der Bodendaten 12 jedoch möglichst exakt für den Standort der Anlage sein kann.
Dahingegen könnend durch Auswerten 18 der Höhendaten 20 beispielsweise im Vergleich zum Auswerten 14 der Bodendaten 12 langfristigere Wetterentwicklungen vorhergesagt werden, da beispielsweise eine größere Umgebung bzw. ein großer Wolkenabschnitt beispielsweise für die Vorhersage von Wolkenzügen in den Höhendaten 20 enthalten ist als in den Bodendaten 12. Dabei kann nun durch eine Kombination der Höhendaten 20 und der Bodendaten 12 in dem Auswertedatensatz, welcher vorzugsweise durch eine Datenfusion gebildet ist, die Vorhersage derart verfeinert werden, dass sie möglichst beispielsweise insbesondere minutengenau für gleichzeitig einen möglichst langen Zeitraum in die Zukunft hinein vorhersagbar ist. Dadurch ist es auf besonders vorteilhafte Weise möglich, die Anlage zu betreiben, da beispielsweise aufgrund der wechselhaften Eigenschaften der erneuerbaren Energie entsprechende Ladezyklen beispielsweise einer Batterie eines Energiespeichers der Anlage nun besonders vorteilhaft planbar sind, sodass das Laden der Batterie mittels des Verfahrens anhand der Vorhersage erfolgen kann.
Darüber hinaus ergeben sich weitreichendere Vorteile durch das vorgestellte Verfahren, da beispielsweise Netzbetreiber, Energiedienstleister, Stadtwerke und/oder beispielsweise staatliche Einrichtungen beispielsweise eine Regelleistung eines Stromnetzes, an welches die Anlage angeschlossen ist entsprechend besser planen können.
In dem Diagramm 10 wird das vorgestellte Verfahren derart durchgeführt, dass das Identifizieren und Vorhersagen vorzugsweise in einer Vorhersageeinheit 22 ausgeführt bzw. durchgeführt wird und durch beispielweise einen Algorithmus des maschinellen Lernen geschieht. Dabei kann in der Vorhersageeinheit 22 vorteilhafterweise das Identifizieren und/oder das Vorhersagen aber auch das Auswerten 14 und 18 durch wenigstens den, insbesondere lernenden, Algorithmus und/oder wenigstens ein neuronales Netz durchgeführt werden.
Dabei kann der lernende Algorithmus und/oder das neuronale Netz mittels Trainingsdaten 24 trainiert werden, wobei das Training vorzugsweise durch bestärkendes Lernen und/oder tiefgehendes Lernen ausgeführt wird. Dabei ergibt sich für das Verfahren der Vorteil, dass die Vorhersage nach Ablauf eines Zeitintervalls bzw. nach Durchlaufen des Zeitintervalls direkt zumindest für das entsprechende Zeitintervall überprüft werden kann, beispielsweise dadurch, dass die erzeugte Ist-leistung bzw. Energieleistung mit der vorhergesagten elektrischen Energieleistung abgeglichen wird. Das Ergebnis dieser Überprüfung kann in den Trainingsdaten 24 enthalten sein, sodass insbesondere die Vorhersageeinheit 22 besonders vorteilhaft trainiert werden kann. Dabei können die Trainingsdaten 24 beispielsweise über ein Validierungs- und Updatemodul 26 in das Verfahren integriert werden.
Vorteilhafterweise ist das jeweilige identifizierte Wettermerkmal, insbesondere für Solarenergie, ein Wolkenverlauf, welcher Informationen über Wolken mit deren Bewegungsrichtung und beispielsweise die Form von Wolkenzügen enthalten kann. Zusätzlich oder alternativ kann das Wettermerkmal dementsprechend eine Abschattung beinhalten, welche die Intensität der Sonnenstrahlung insbesondere am Standort der Anlage umfasst, wobei diese beispielsweise durch die Vorhersage 16 in einem zeitlichen Verlauf gegeben ist. Zusätzlich oder alternativ kann als das jeweilige Wettermerkmal eine Windgeschwindigkeit identifiziert werden, dies kann beispielsweise über geeignete Messstationen geschehen oder durch Ableitung beispielsweise aus der Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit eines Wolkenzuges. Durch die Windgeschwindigkeit kann für die Windenergie die Vorhersage besonders gut durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise werden die Bodendaten 12 durch die Bodensensoreinheit erfasst, welche wiederum vorteilhafterweise einen Kamerasensor, mit insbesondere einem dem Kamerasensor zugeordneten Weitwinkelobjektiv, einem sogenannten Fisheye, aufweist. Vorteilhafterweise wird als das Höhenaufklärungsobjekt ein Satellit und/oder ein Höhenballon und/oder ein Flugzeug verwendet, sodass die Höhendaten 20 vorteilhafterweise aus einer besonders großen Höhe aufgenommen werden können, um beispielsweise einen besonders großen Bereich um die Windkraftanlage herum zu erfassen und dadurch möglichst viel Information für das Wettermerkmal und somit eine Wetterentwicklung in den Höhendaten 20 integrieren zu können.
Vorteilhafterweise können zusätzlich zu den Höhendaten 20 und den Bodendaten 12 und den identifizierten Wettermerkmalen zusätzlich optionale Zusatzdaten 28 mitaufgenommen werden. Dabei können die Zusatzdaten 28 beispielsweise Wettervorhersagen von Quellen, wie beispielsweise einem Wetterdienst, enthalten. Ferner können sowohl kurzzeitige als auch langzeitige Wettervorhersagen berücksichtigt werden, wobei beispielsweise die kurze Wettervorhersage von einer benachbarten Anlage stammen kann und die langfristige Wetterprognose von beispielsweise dem deutschen Wetterdienst. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise die Vorhersage 16 zusätzlich verfeinern.
Kurz zusammengefasst können durch das vorgestellte Verfahren, insbesondere mittels machine learning, deep learning oder künstliche Intelligenz und/oder insbesondere einem heuristischen Optimierungsverfahren, insbesondere in der Vorhersageeinheit 22, Höhendaten 20, beispielsweis in Form von Satellitendaten, mit einer Weitwinkelkamera aufgenommene Bodendaten 12, welche ein örtliches Geschehen am Standort der beispielsweise als Solaranlage ausgebildeten Anlage durch beispielsweise das Himmelsgeschehen erfassen, kombiniert werden. Hieraus wird eine Vorhersage für die Einspeiseleistung der Anlage in das Stromnetz abgeleitet. Durch das Validierungs- und Updatemodul 26 kann beispielsweise durch einen Anschluss an beispielsweise einem Inverter die Prognose bzw. Vorhersage 16 sofort validiert werden und damit, der insbesondere lernende, Algorithmus für die Vorhersage 16 verbessert werden.
Das hierin beschriebene Verfahren kann auch in Form eines Computerprogramms bzw. eines Computerprogrammprodukts vorliegen, dass das Verfahren innerhalb einer Recheneinrichtung implementiert. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in insbesondere einer elektronischen bzw. der elektronischen Recheneinrichtung ein beschriebenes Verfahren durchführen.
Bezugszeichenliste

10: Diagramm
12: Bodendaten
14: Auswerten
16: Vorhersage
18: Auswerten
20: Höhendaten
22: Vorhersageeinheit
24: Trainingsdaten
26: Validierungs- und Updatemodul
28: Zusatzdaten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011017694 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Umwandlung und/oder Speicherung von wenigstens einer Energieform, mit den Schritten: - Auswerten (14) von anhand wenigstens einer Bodensensoreinheit erfassten Bodendaten (12) und Erzeugen eines Auswertedatensatzes; - Identifizieren von wenigstens einem Wettermerkmal anhand des Auswertedatensatzes; - Vorhersage (16) einer durch die Anlage erbringbaren energetischen Leistung und/oder durch die Anlage vorgehaltenen Energiegehalts anhand des Wettermerkmals; gekennzeichnet durch den Schritt: - Auswerten (18) von zusätzlich zu den Bodendaten (12) anhand von wenigstens einer Sensoreinheit eines Höhenaufklärungsobjekts erfassten Höhendaten (20) und Erzeugen des Auswertedatensatzes anhand der Bodendaten (12) und der Höhendaten (20).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswerten (14, 18) und/oder das Identifizieren und/oder das Vorhersagen (16) durch wenigstens einen Algorithmus des maschinellen Lernens durchgeführt wird beziehungsweise werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vorhersage für ein Zeitintervall nach Durchlaufen des Zeitintervalls überprüft wird und das Ergebnis dieser Überprüfung als Trainingsdaten (24) für den Algorithmus verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als das jeweilige Wettermerkmal ein Wolkenverlauf und/oder eine Abschattung und/oder eine Windgeschwindigkeit identifiziert wird beziehungsweise werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als die Anlage eine Solaranlage, insbesondere Photovoltaikanlage, und/oder eine Windkraftanlage betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bodensensoreinheit einen Kamerasensor, mit insbesondere einem dem Kamerasensor zugeordneten Weitwinkelobjektiv aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das Höhenaufklärungsobjekt eine Satellit und/oder ein Höhenballon und/oder eine Flugzeug verwendet wird.
Elektronische Recheneinrichtung, welche zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer elektronischen Recheneinrichtung ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, wenn das Programm in einer Recheneinrichtung ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 9 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer elektronischen Recheneinrichtung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführen.