EnergyModels

Welches Problem willst du mit deinem Projekt lösen?

Die Energiewende in Europa und auf der Welt ist in mancher Hinsicht noch ein technisches, aber zu großen Teilen inzwischen ein gesellschaftliches Problem: Durch das komplexe Zusammenspiel zwischen variierender, erneuerbarer Erzeugung, Speichern und Übertragungsleitungen sind die Referenzszenarien der EU und der Netzbetreiber aktuell weder von Bürgerinitiativen noch von Umweltorganisationen prüfbar–und dadurch auch nur schwert diskutierbar.
Der undurchsichtige Prozess begünstigt Fehlinformationen und drückt die soziale Akzeptanz.
Mit EnergyModels soll ein modulares Framework geschaffen werden, mit dem sowohl Investitionen in als auch der Betrieb von Energiesystemen auf dem Weg zur Dekarbonisierung modelliert und analysiert werden können. Dabei sind Einschränkungen wie globale und sektorale Emissionsziele genauso wie gesellschaftlich gewünschte Ausbaubeschränkungen (bspw. der Übertragungsleitungen) flexibel wählbar. Ein Export als interaktive Webseite erlaubt es, gefundene Dekarbonisierungsszenarien anschaulich zu kommunizieren und zu vergleichen.

Wie löst dein Projekt das Problem?

Die lineare Energiesystemoptimierung ist die Standardmethode zur Planung von Kraftwerkskapazitäten, Übertragungs- und Speicherkapazitäten.
Durch die zeitlich/räumliche Variabilität erneuerbarer Energieträger muss sie direkt mit der Kraftwerks-Einsatzplanung verknüpft werden.
Ein Optimierungsproblem basierend auf dem erwartetem Verbrauch, der wetterabhängigen möglichen Erzeugung und den Ausbauoptionen minimiert die Gesamtsystemkosten unter den untersuchten Nebenbedingungen. EnergyModels ist ein Julia Paket1, das den Datenfluß und die Struktur eines zu einem Graphen verbundenen Energiesystems mit variabler 3-stufiger Zeitauflösung (Jahre, Typwochen und Tagesverläufe) vorgibt.
Es stellt die physikalischen Gleichungen für einen Satz von Standardkomponenten (Generatoren, Speichern, Übertragungsleitungen) bereit, erlaubt es aber neue Komponenten hinzuzufügen oder bereits bestehende zu ersetzen. Die Optimierungsvariablen und Zwangsbedingungen werden mit JuMP2 an quell-offene oder kommerzielle Optimierungssoftware kommuniziert und gelöst. Die Lösungen können als ausgewählte oder eigene Diagramme und Karten direkt aus dem Programm heraus visualisiert und auch als interaktive Webseite exportiert werden.
Das Projekt wurde mit den Entwicklern der derzeitigen offenen Frameworks zur linearen Energiesystemoptimierung (PyPSA, Calliope, urbs und oemof) konzipiert.
Eine Projektwebseite bündelt die vorhandenen Informationen: Ankündigungen, Dokumentation, Tutorials; eine Mailingliste dient dem Verteilen von Updates, als Anlaufstelle für Diskussionen und konkrete Fragen.

An wen richtet sich dein Tool?

Systemmodellierer*innen in der Wissenschaft und in zivilgesellschaftlichen Organisationen erhalten eine flexibel erweiterbare Arbeitsgrundlage, um Dekarbonisierungsszenarien zu entwerfen und Referenzszenarien auf Plausibilität zu testen.
Das Konzept und ein konkreter Entwurf werden auf dem nächsten Workshop der Open Energy Modelling Initiative vorgestellt.
Zusätzlich zwei Webinare angeboten: Fokus des ersten sind zivilgesellschaftliche Organisationen und die Anwendung von EnergyModels um die Auswirkungen von Einschränkungen der Flächennutzung auf ein vereinfachtes, dekarbonisiertes deutsches Elektrizitätssystem zu demonstrieren.
Das zweite Webinar stellt die Struktur des Frameworks aus Modellierersicht vor.