Energiemodellierung

Energiemodellierung ist der Prozess der formalen Abbildung von Energiesystemen in mathematischen oder computergestützten Modellen, um deren Verhalten unter verschiedenen Annahmen und politischen Zielen zu untersuchen. Ziel ist es, künftige Technologien, Ressourcen, Kostenstrukturen und politische Rahmenbedingungen abzubilden, um Planungs- und Politiken zu unterstützen. Modelle können bottom-up (detaillierte technologische Beschreibung von Erzeugung, Netzen und Speichern) oder top-down (Makroökonomie, Nachfrage, Preise) sein und arbeiten typischerweise mit zeitlicher Auflösung von Stunden bis Jahrzehnten.

Typen und Methoden umfassen techno-ökonomische Modelle, Optimierungsmodelle (linear, gemischt ganzzahlig), dynamische Systeme, Simulationen und agentenbasierte Ansätze. Anwendungen finden sich in den Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und Gas, oft mit räumlicher Auflösung von national bis regional. Zentrale Eingaben sind Nachfrageprognosen, technologische Kosten, Ressourcenverfügbarkeit, Netzdaten und politische Randbedingungen wie Emissionsziele. Typische Outputs umfassen Kapazitätserweiterungspläne, Betriebskosten, Emissionspfade, Netzausbaubedarf und Zuverlässigkeitskennzahlen.

Herausforderungen ergeben sich aus Unsicherheiten in Daten und Szenarien, der Validierung von Modellen, Reproduzierbarkeit und Transparenz sowie der Integration heterogener Modelle und Datenformate. Der Ausgleich zwischen Detailtiefe und Rechenaufwand ist oft zentral. Open-Source-Modelle und Standardisierungen fördern Vergleichbarkeit, während Entscheidungsträger die Interpretation der Ergebnisse berücksichtigen müssen.

Beispiele aus der Praxis umfassen Modelle wie TIMES/MARKAL, MESSAGE, PyPSA und OSeMOSYS, die genutzt werden, um langfristige Dekarbonisierungspfade zu untersuchen, Netzstabilität zu prüfen oder politische Szenarien zu vergleichen.