Das MSEPS System und seine Anwendungen


Das MSEPS System

Das Multi-Scheme Ensemble Prognose System (MSEPS) wurde mit dem Ziel gestaltet, ein Echtzeit Ensemble-Vorhersagesystem zu betreiben, welches den Einsatz und die grossskalige Integration Erneuerbarer Energie unterstützt, sowie um Firmen, die mit wetterabhängigen Gütern und Dienstleistungen arbeiten, zukunftsfähige Prognoseprodukte anbieten zu können.

Seit Mitte 2015 stellen wir unsere Ensemble Wetterprognosen weltweit auch der Öffentlichkeit zur Verfügung mit unserer WebApp "find the weather you like" unter http://weather.weprog.com.

Die 2 Gründer von WEPROG, Jess U. Jørgensen und Dr. Corinna Möhrlen, hatten die Vision, eine Lösung für ein Problem zu finden, welches seit mehreren Jahrzehnten intensiv in den Bereichen Meteorologie und Klimatologie erforscht wurde. Mit der Entwicklung des MSEPS Systems wurde diese Vision Wirklichkeit.

Das MSEPS System ist ein Prognoseansatz, der Information hinsichtlich eines für viele Anwendungen wichtigen Parameters bereitstellt: der physikalischen Unsicherheit des Wettergeschehns.
Das Potential des Ansatzes und die Erfordernis der Verbesserung von Vorhersagen, insbesondere Windenergieprognosen, war im Herbst 2003 der Hintergrund der zügigen Operationalisierung des MSEPS nach 9-monatiger intensiver Entwicklungsarbeit.

Das MSEPS nutzt 75 Vorhersagen zur Bestimmung physikalischer Unsicherheitsparameter des Wettergeschehens der kommenden sechs bis sieben Tage. Das MSEPS System basiert auf Erfahrungen der Gründer ung Mitarbeiter in den Bereichen Meteorologie, Ingenieurwesen und Supercomputing der letzten 25 jahren.

Die 75 Ensemble Member werden mit einem sogenannten Multi-Scheme-Ansatz erzeugt. Die Grundlage bildet ein numerischer Wetter-Vorhersage Modellkern, welcher mit verschiedenen Parameterisierungsansätzen von an der Erdoberfläche wichtigen physikalischer Prozessen variiert wird. Im MSEPS sind dies die für die Prozesse an der Erdoberfläche und speziell von Anwendungen im Erneuerbaren Energie Bereich wichtigsten Anfangsbedingungen, die Advektion und schnellen physikalischen Prozesse Kondensation (verantworlich für Wolkenbildung, Niederschlag, etc.) und Diffussion (verantwortlich für vertikalen Luftmassenaustausch, Turbulenz, Stabilität, thermische Schichtung, etc), welche die Unterschiede in den Ensemble Membern ausprägen.

Es enstehen mit jeweils 5 verschiedenen Parameterisierungen für Kondensation und Diffussion und 3 verschiedenen Advektionsansätzen 75 unterschiedliche, in sich konsistente und theoretisch gleichwertige numerische Wettermodelle. Die 75 Modelle liefern somit die Unsicherheit des Wettergeschehens in jedem Zeitschritt der Vorhersage. Für Anwendungen werden daraus meist Mittelwerte, "Best-Guess", Perzentile, Minimum und Maxiumumwerte ermittelt, um die Datenmengen überschaubar zu halten und trotzdem optimale Entscheidunggrundlagen bereitzustellen. Der Mittelwert oder sog. "Best-Guess" werden oft in deterministischen Anwendungen weiterverarbeitet und haben den Vorteil einer geringeren Volatilität und damit Fehleranfälligkeit im statistischen Sinne.  


Stand der Technik

In der Fachliteratur wurde bereits oftmals darauf hingewiesen, dass Ensembleprognosen akkurater sind als deterministische Prognosen. Obwohl WEPROG ein Ensemble Prognoseanbieter ist, sehen wir diese Aussage von einem Prognosestandpunkt aus betrachtet als inakkurat und wertlos an, da wir der Meinung sind, dass es in der Realität unmöglich ist, mit einer einzelnen Prognose zu beliebigen Zeiten das Wetter korrekt zu prognostizieren. Vor allem im Energie/Strom-Kontext muss es einen ständigen Ausgleich von angebot und Nachfrage geben und jeder Prognosefehler zählt auf unterschiedliche Art und Weise. Es sind die Kosten, die durch diese Fehler erzeugt werden, welche wichtig sind und daher ist es unumgänglich, Prognosen intelligent zu nutzen. Deterministische Prognosen können diese Aufgabe nicht ausreichend erfüllen!

Die Verwendung von Ensemble Prognosen fügt dem Betrieb eine weitere Dimension hinzu, da sie dem Betreiber Information hinsichtlich der Unsicherheit der Entwicklung des Wetters liefert und ihn somit in die Lage versetzt, die Lieferung auf die sicherste und dennoch kostengünstigste Weise durchzuführen, da Reserveleistung entsprechend bereitgestellt werden kann. Auf dem Markt helfen Ensemble Prognosen vermehrten Wettbewerb zu erzeugen, da das Wissen um die Unsicherheit der Wetterentwicklung und somit der Windenergieproduktion intelligentere und effizientere Planung und Handel ermöglichen.

Der Ensemble Ansatz ist in seiner Essenz eine Erhöhung der Robustheit des Prognostizierens mit eingebetteten Unsicherheitsschätzungen. Die Erhöhung der Robustheit wird durch eine konservativere mittlere Prognose erreicht, wobei nahezu die gesamte unsichere Information herausgefiltert wird. Die Abweichung zwischen dem Ensemblemittelwert und dem wahren Wert ist von sehr geringer Prognostizierbarkeit. Im Laufe der vergangenen Jahre wurde gezeigt, dass sich ein Betreiber nicht auf eine einzelne Prognose verlassen kann, da einer einzelnen Prognose aufgrund der inhärenten Unsicherheit nicht vertraut werden kann. Eine Sicherheitsmarge ist erforderlich und genau dies ist der Anknüpfungspunkt, an dem die Ensemble Technik den größten Nutzen liefert. Da diese Sicherheit signifikant und wetterabhängig ist, ist es sinnvoll, eine objektive zeitabhängige Quantifizierung der Sicherheitserfordernisse aus den Ensemble Prognosen zu ermitteln, anstelle eines konstanten Wertes, der aus Fehlern der Vergangenheit und mittleren Marktpreisen bestimmt wird.

Darüber hinaus stellt das MSEPS eine Reihe bestimmter Ereignisse und Parameter zur Verfügung. Das System stellt Wahrscheinlichkeiten für alle Wetter-zugehörigen Parameter wie z.B. Niederschlag, Temperatur, Windverhältnisse und Windenergie bereit. Eines der Schlüsselmerkmale des Ansatzes ist die Prognose der Unsicherheitsänderungen bis hin zum kleinstmöglichen Zeitschritt.


Das MSEPS System

Das MSEPS System hat ein weites Anwendungsspektrum, da es als modulares System entwickelt wurde. Jegliche Anwendung, die einen beliebigen oder beliebige Wetterparameter als Eingabedaten benötigt, kann in plug & play Art als Drittanbieter-Anwendung integriert werden (s. Abbildung).

WEPROG hat eine Reihe von Anwendungen/Modulen entwickelt, welche speziell gestaltet wurden, um den größtmöglichen Vorteil der Ensemble Wetterdaten auszuschöpfen. Dies sind beispielsweise:

  • Windleistungs- und Ramp Prognose Module (WPPM/RRPM)
  • Solarleistungsprognose Modul (SPPM)
  • Kurzfristprognose-Erstellung mit Messdateneinfluss (iEnKF)
  • Datenqualitätskontrolle und Handling von Messwerten
  • Optimierungsmodul für den Energiehandel (MSOPTI)
  • Kombiniertes Windenergie- und Verbrauchsprognosemodul (CWPDM)
  • Weltweite Ensemble Wetterdaten (WEBAPP)


Bitte kontaktieren Sie uns um weiterführende Informationen bezüglich unserer Leistungen der einzelnen Prognose-Module anzufordern, oder um zu erörtern, wie Sie MSEPS Ensemble Daten als Eingabe für Ihre eigenen Anwendungen nutzen können.


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