Energieflussmodelle

Energieflussmodelle beschreiben, wie Energie in einem System von einer Quelle zu Konsumenten und Zwischenstufen fließt. Sie bestehen typischerweise aus Bereichen oder Knoten (Bestandteile wie Produktionsanlagen, Ökosystem-Gebiete, Gebäudeteile) und gerichteten Flüssen, die Energie (z. B. chemische Energie, Wärme, Elektrizität) mit bestimmten Raten transportieren. Die Modelle beruhen auf dem Prinzip der Energieerhaltung: Zu- und Abflüsse sowie Veränderung des Bestands müssen konsistent sein, wobei Verluste durch Dissipation oder Umwandlung berücksichtigt werden.

Man unterscheidet statische Modelle, die eine Momentaufnahme der Energieflüsse liefern, von dynamischen Modellen, die zeitliche Veränderungen berücksichtigen. Dynamische Modelle verwenden oft Differenzial- oder Differencegleichungen oder System-Dynamics-Simulationen. Zur Visualisierung werden häufig Sankey-Diagramme verwendet, um relative Größen der Flüsse darzustellen.

Methodisch kommen Energieflussmodelle mit Energie- oder Stoffbilanzen, Netzwerken von Knoten und Kanten, Optimierungsverfahren (z. B. lineare Programmierung) und, je nach Anwendungsfall, probabilistische oder stochastische Ansätze zum Einsatz. Anwendungen finden sich in der Ökologie (Energiestrom zwischen Produzenten, Konsumenten und Detritus, Effizienzgeschichten), im Bauwesen und in der Stadtplanung (Energie- und Wärmeflüsse in Gebäuden, Netzen), in der Industrie (Prozesswärmeintegration, Energieaudit) sowie in der Energiepolitik und Wirtschaftsgeographie (Nationale Energiebilanzen, Input-Output-Analysen).

Historisch gehen viele Konzepte auf die Systemökologie zurück, insbesondere auf Arbeiten von Odum, die Energieflussdiagramme als Werkzeug zur Beschreibung komplexer Systeme nutzten. Vorteile der Modelle liegen in der übersichtlichen Darstellung von Flussbeziehungen und dem Unterstützung von Effizienzsteigerungen, während Einschränkungen in der Vereinfachung, Parameterunsicherheit und der Abstraktion komplexer dynamischer Interaktionen liegen.