Anwendung von Aerosolvorhersagen in der Energiewirtschaft

Abstract

Für eine sichere und umweltgerechte Energieerzeugung kommt den erneuerbaren Energien in Zukunft eine immer größere Bedeutung zu. Für die effiziente Nutzung der Solarenergie und eine optimale Integration dieser Energiequelle in bestehende Energieversorgungsnetze in Europa werden daher verlässliche Nahe-Echtzeit-Vorhersagen der am Erdboden verfügbaren Einstrahlung für 1- bis 3-tägige Vorhersagen von Energieproduktion und –nachfrage benötigt. Akkurate Informationen zu Wolken, Aerosolen, Wasserdampf und Ozon sind für die Berechnung der bodennahen Sonneneinstrahlung erforderlich. Für die Wolken- und Wasserdampfprognose stehen mesoskalige Wettermodelle bereits zur Verfügung, für Ozon existieren ebenfalls Prognosemodelle. Weniger gut verfügbar sind jedoch Aerosolprognosen. Vor allem in oftmals wolkenfreien Regionen, die für größere solarenergetische Anlagen von besonderem Interesse sind, kommt den Aerosolvorhersagen eine große Bedeutung zu, um genaue Strahlungsvorhersagen berechnen zu können. Ein erster Ansatz stellt das MM5-basierte Chemie-Transport-Modell EURAD dar (Europäisches Ausbreitungs- und Depositionsmodell), das von der Universität zu Köln für Zwecke der Luftqualitätsmodellierung und -vorhersage entwickelt wurde. Dieses prognostiziert Verteilungen von Aerosolen und unterscheidet dabei zwischen verschiedenen Komponenten wie Ruß, organischen Partikeln und anorganischen Säuren. Für ein Fallbeispiel wurden auf dem EURAD-Modell basierende AOT (aerosoloptische Tiefen) gegen bodengestützte Messungen des AERONET-Messnetzwerkes (Aerosol Robotic Network) für den Zeitraum Juli bis November 2003 in Europa verglichen. Es ergeben sich gute Übereinstimmungen der AOT für Nord- und Mitteleuropa und in den Herbstmonaten, während im Sommer und in Südeuropa das Modell die AOT unterschätzt. Letzteres ist in vielen Fällen auf Staubsturmausbrüche der Sahara zurückzuführen. Insgesamt jedoch bleiben die mittleren Fehler innerhalb momentan tolerierter Abweichungen, was das Satellitenretrieval von Aerosoleigenschaften und auch die Genauigkeitsanforderungen für Inputparameter von Solarstrahlungsberechnungen betrifft. Unter Verwendung der vorhergesagten Aerosolbelastung und zusätzlicher atmosphärischer Informationen aus Satellitendaten wurden solare Strahlungsvorhersagen mit der Strahlungstransferroutine libRadtran (library of radiative transfer) für denselben Zeitraum berechnet. Die Ergebnisse wurden mit routinemäßig erhältlichen ECMWF-Globalstrahlungsvorhersagen sowie Boden- und Satellitenmessungen der solaren Einstrahlung verglichen.