Forschungsnetzwerk Systemanalyse

Fotomontage: Windräder über denen eine Grafik mit den Zahlen 1 und 0 liegt, die als Symbol für Digitalisierung stehen.
(Bild:©metamorworks - stock.adobe.com)

Das Forschungsnetzwerk Energiesystemanalyse ist 2015 gegründet worden, um das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie  sowie Akteure aus Forschung und Energiewirtschaft zu Förderstrategien in den Bereichen digitale Datenverarbeitung, Dateninfrastrukturen und Lizenzierung zu beraten. Ziel ist, die eingesetzten Modellierungswerkzeuge im Sinne einer wissenschaftlichen Qualitätskontrolle transparenter und vergleichbarer zu gestalten.

Im  Forschungsnetzwerk Systemanalyse können sich Expertinnen und Experten über ihre Fachbereiche hinaus miteinander vernetzen und gemeinsam Strategien und Konzepte für neue und bestehende Modellierungswerkzeuge entwickeln. Dies erhöht die Transparenz und die Vergleichbarkeit der Forschungsergebnisse und trägt dazu bei, kreative Lösungen zu komplexen Problemen zu finden.

Das Netzwerk konzentriert sich auf die Entwicklung und Verbesserung systemanalytischer Methoden und Modelle. Ein Systemmodell dient dazu, komplexe Sachverhalte und Zusammenhänge miteinander in Bezug zu setzen und soweit zu vereinfachen, dass Aussagen über Auswirkungen von kleinen Veränderungen im System gemacht werden können. Um ein möglichst genaues Abbild der Realität zu schaffen, müssen verschiedenste Aspekte aus unterschiedlichen Fachrichtungen miteinbezogen werden. Daher setzt sich das Netzwerk aus Vertretern verschiedenster Fachrichtungen von Mathematik, über Informatik und Naturwissenschaften bis hin zu Sozial- und Rechtswissenschaften zusammen.

Modelle für innovative Energiesysteme

Bei der Entwicklung von Modellen und Methoden beschäftigen sich die Mitglieder sowohl mit der  Verhaltensökonomik als auch mit den Auswirkungen regulatorischer Rahmenbedingungen auf gesellschaftliche und wirtschaftliche Entscheidungsprozesse. Neue und innovative Technologien stoßen zu Beginn der Markteinführung häufig auf Barrieren, nicht nur auf dem Markt selbst, sondern auch im räumlich sozialen System. Auch diese Hindernisse müssen korrekt und verständlich abgebildet werden, damit politische und wirtschaftliche Akteure eine verlässliche Entscheidungsgrundlage erhalten.

Ein Beispiel sind die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Modellexperimente (MODEX) zu aktuellen systemanalytischen Fragestellungen.

Ein weiterer Schwerpunkt des Netzwerks ist die Transparenz von Energiesystemmodellen. Nur wenn Modelle offen sind und Vorhaben mit ausführlichen Dokumentationen arbeiten, sind die Ergebnisse nachvollziehbar und können von anderen Nutzern validiert werden. Open Data und offene Standards sorgen zudem dazu, dass verschiedenste Akteure sich einfacher austauschen und gemeinsam an Modellwerkzeugen arbeiten können. So lässt sich die Qualität eines Modells oder eines Werkzeugs verlässlicher bestimmen und verbessern.

Seit Gründung des Netzwerks Energiesystemanalyse im Jahr 2015 tauschen sich die Mitglieder in Veranstaltungen sowie in den Arbeitsgruppen fachlich aus und arbeiten gemeinsam an Lösungen. Die Jahreskonferenzen bieten die Gelegenheit, in einem offenen Forum in verschiedenen Formaten über die weitere Ausgestaltung und Struktur des Forschungsnetzwerks zu diskutieren. 

Flexible Arbeitsgruppen

Die Mitglieder des Forschungsnetzwerks haben sich in fünf Arbeitsgruppen aufgeteilt, die sich jeweils mit vier Aspekten der Systemanalyse beschäftigen. Hier kann sich jedes Mitglied anschließen, dass sich inhaltlich einbringen möchte. Auch diese Arbeitsgruppen sind untereinander vernetzt und unterstützen sich gegenseitig bei bestimmten Fragestellungen. Die Themen, mit denen sich die Arbeitsgruppen befassen, wurden von den Mitgliedern auf der ersten Jahreskonferenz im Dezember 2015 erarbeitet und dienen als inhaltlicher Leitfaden des Netzwerks. Dabei sollen die Schwerpunkte nicht als fix verstanden werden, sondern können sich im Laufe der Netzwerkarbeit verändern und so flexibel an aktuelle Prozesse angepasst werden.

Die Geschäftsstelle des Forschungsnetzwerks Energiesystemanalyse liegt beim Projektträger Jülich als Partner des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie für das Forschungsmanagement der geförderten Projekte. Die Arbeitsgruppen stehen allen Interessierten offen, die sich inhaltlich einbringen möchten.

Diese Arbeitsgruppe (AG) beschäftigt mit der Konzeptionierung und dem Aufbau von Dateninfrastrukturen. Um den immer größer werdenden Datenmengen sinnvoll umgehen zu können, müssen Daten besser erfasst, ausgewertet und vernetzt werden. Dazu gehört etwa die Entwicklung von gemeinsamen und standardisierten Datenbanken. So lassen sich verschiedene Modelle koppeln und zueinander in Bezug setzen. Zudem sind konsistente Daten und Datensätze wichtig, um Vergleichbarkeit, herzustellen und so Transparenz zu schaffen. In diesem Zusammenhang beschäftigt sich die AG auch mit der Lizenzierung der genutzten Datenbanken, da sowohl kommerzielle als auch Open-Data-Lösungen Vor- und Nachteile mit sich bringen. Insbesondere im Bereich Open Source ist die Dokumentation von Daten in Form von Metadaten unerlässlich. Hierfür ist es wichtig einheitliche Ontologien und Standards zu schaffen. Hinzukommen rechtliche Aspekte übergreifender Datenbanken sowie Datenqualität und Sicherheit.

Ansprechpartner

Carsten Hoyer-Klick
E-Mail:
Website: DLR Institut für technische Thermodynamik

Die Arbeitsgruppe (AG) beschäftigt sich mit der Vielzahl an aktiven und zukünftig auftretenden Akteuren innerhalb vernetzter Energiesysteme . Durch die Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr kommen zukünftig immer neue Akteure mit unterschiedlichen Bedürfnissen hinzu. Auch die zukünftige Abnahme von Flexibilität wird neue Akteure auf das Spielfeld holen, um die Rolle der konventionellen Kraftwerke zu ersetzen. Die sich stetig verändernde Akteurslandschaft wird  die Strukturen des Energiesystems der Zukunft verändern. Diese AG analysiert daher Methoden aus den Sozialwissenschaften, Psychologie und Marktforschung und erarbeitet Konzepte um Vorhersagen zum Akteursverhalten in den entsprechenden Modellen abbilden zu können. Weitere Schwerpunkte dieser AG sind der aktuelle Rechtsrahmen und dessen Auswirkung auf das Nutzerverhalten sowie Technikakzeptanz.

Ansprechpartner

Prof. Aaron Praktiknjo
E-Mail:
Website: RWTH Aachen

Diese Arbeitsgruppe (AG) beschäftigt sich mit dem Einsatz von Modellen auf unterschiedlichen Systemebenen und deren Kopplung. Dabei sind bei den immer komplexer werdenden Modellen auch die Wechselwirkungen mit dem technischen und sozioökonomischen Gesamtmodell wichtig. Voraussetzung dafür ist, dass die Sektoren für sich entsprechend aufgelöst und abgebildet werden. Modelle, die Szenarien ähnlich abbilden oder beschreiben lassen sich in Modellfamilien zusammenfassen. Die AG beschäftigt sich außerdem mit der Entwicklung von Tools für domänenübergreifende Simulationen sowie mit Modellierungen im EU-Umfeld und der Kopplung von Partial- und Energiesystemmodellen. Erarbeitet werden außerdem Methoden, um Unsicherheiten in Modellen aufzulösen sowie Schnittstellen, um unterschiedliche Modelle miteinander zu koppeln. Bei komplexen Kopplungen kann der Detailgrad hochauflösender Modelle weitgehend beibehalten, die entsprechenden Ergebnisse aber gleichzeitig in großskaligen Szenarienberechnungen berücksichtigt werden. Kontaktbox Arbeitsgruppe

Ansprechpartner

Dr. Peter Markewitz
E-Mail: 
Website: Institut für Energie- und Klimaforschung, Forschungszentrum Jülich 

Diese Arbeitsgruppe (AG) beschäftigt sich mit aktuellen und potenziellen Methoden, welche die immer komplexer werdenden Modelle und Ergebnisse wissenschaftlich miteinander vergleichbar machen. Vergleichbarkeit und Transparenz von Forschungsergebnissen sind ein fundamentales Kriterium bei der Ableitung von Entscheidungen durch Szenarienmodellierung. Denn nur wenn ein Szenario reproduzierbar ist, kann es entsprechend bewertet werden. Zudem braucht es verifizierte Referenzmodelle und Referenzdatensätze, um die Ergebnisse besser miteinander vergleichen zu können. Modellspezifische Prozessketten müssen offengelegt werden und die Modelle in entsprechenden Fact Sheets dokumentiert sein. Die AG erarbeitet mit Akteuren aus verschiedenen Fachbereichen an Transparenzstandards und Möglichkeiten die eingesetzten Softwarewerkzeuge für Dritte zugänglich zu machen. In diesem Zusammenhang soll auch ein Leitfaden zur Transparenz erstellt werden. So kann darauf hingewirkt werden, dass Forschungsergebnisse auch von Dritte validiert werden können und entsprechende Softwarewerkzeuge und Daten auch in Drittmodellen Anwendung finden.

Ansprechpartner

Berit Müller
E-Mail: 
Website: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie

Diese Arbeitsgruppe (AG) beschäftigt sich mit der Reduktion der immer größer werdenden Komplexität von Energiesystemmodellen. Dabei werden zum einen neue Methoden zum Umgang mit Komplexität diskutiert und zum anderen sinnvolle Verfahren eingesetzt, um Komplexitäten zu reduzieren. Die Realität lässt sich nicht vollständig mittels Modellen abbilden, da zu viele Faktoren und Variablen die Zusammenhänge beeinflussen. Zu wenig Komplexität führt wiederum dazu, dass wichtige Aspekte und Einflussfaktoren nicht berücksichtigt werden. Daher beschäftigt sich die AG mit der Detailtiefe von Modellen und den Grenzen der Modellierbarkeit in einem bestimmten Feld. Wo liegen die Grenzen des Systems und wie lässt sich mit möglichst wenig Komplexität ein aussagekräftiges Ergebnis produzieren?

Ein weiterer Aspekt in diesem Zusammenhang ist die Robustheit der Energiemodelle. Wie empfindlich Kennzahlen auf kleine Änderungen von Eingangsparametern reagieren, lässt sich mittels Sensitivitätsanalysen ermitteln. Um Modelle weniger komplex zu machen, müssen mathematische Ansätze und Programmiermethoden sowie mathematische und quantitative Verfahren hinterfragt und optimiert werden. Zudem werden weiterentwickelte Methoden und Werkzeuge für empirische Näherungsverfahren benötigt und nicht zuletzt ist auch der Umgang mit bestehenden Unsicherheiten ein wichtiges Thema.    

Ansprechpartner

Frieder Borggrefe
E-Mail:
Website: DLR Institut für technische Thermodynamik

Forschungsnetzwerk Systemanalyse

Expertenempfehlung für das 7. Energieforschungs-programm

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Kontakt

Dr. Christoph Mang
Projektträger Jülich

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