Forschungsnetzwerk Systemanalyse: So läuft die Zusammenarbeit in den Themengruppen

Das Spannungsfeld, Energiesysteme zu modellieren und Lösungen der daraus resultierenden Optimierungsprobleme zu finden, steht im Mittelpunkt der Themengruppe „Modellierungs- und Lösungsstrategien“. „Wir wollten die Löser- und Modellierungscommunity stärker miteinander vernetzen, Best Practices zeigen und gemeinsame Herausforderungen identifizieren, die gelöst werden müssen, damit die Energiesystemanalyse nicht an der rechnerischen Komplexität immer größerer Modelle scheitert“, so die Leiterin der Themengruppe, Dr. Janina Zittel vom Zuse Institute Berlin (ZIB). Zusammengefunden haben sich Energiesystemmodellierer mit großen beziehungsweise komplexen Modellen, die regelmäßig an rechnerische Grenzen stoßen, mit Entwicklern mathematischer Löser.

Die Themengruppe hat sich in mehreren Treffen zunächst über den Status Quo ausgetauscht und analysiert, inwiefern sich neueste Lösertechnologien für die Energiesystemanalyse eignen. Mangels geeigneter Benchmarks für besonders große Probleme sei es schwierig, Aussagen zu treffen, welche Strategien sich am besten eignen – insbesondere von welchen Modelleigenschaften geeignete Lösungsverfahren abhängen, berichtet Zittel. Die Themengruppe wird sich daher künftig darauf fokussieren, Kriterien für Benchmarking zusammenzustellen und Handlungsempfehlungen abzuleiten.

Für die Wissenschaftlerin hat die Zusammenarbeit in der Themengruppe vor allem gezeigt: „Es gibt keine dominierende Technologie, die man einfach aus dem Regel nehmen kann. Stattdessen muss das Wissen über Lösungsverfahren bereits in die Modellierung einfließen.“ Numerische Konditionierung sei ein gutes Beispiel dafür, was bei Energiesystemmodellen häufig zu Flaschenhälsen führe. „Bei einigen Lösungsmethoden sehen wir derzeit rasante Neuentwicklungen im Zusammenhang mit schnelleren GPU-Architekturen. Diese können die Modelllösungszeiten von etwa einem Tag auf die Dauer einer Kaffeepause reduzieren“, sagt Zittel. Abstriche seien aber bei der Genauigkeit zu machen. Die Frage, ob diese geringere Genauigkeit in Anbetracht der weiteren Unsicherheiten relevant ist, sei anwendungsabhängig. Gerade um besonders komplexe Modelle unter Unsicherheiten zu optimieren, könnten sich hier große Vorteile ergeben und Probleme jenseits des derzeit machbaren lösen lassen, so die Wissenschaftlerin.

Methoden und Modellierungsansätze in der kommunalen Wärmeplanung

Prof. Dr. Markus Blesl vom Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) an der Universität Stuttgart leitet die Themengruppe „Digitale lokale Systemmodelle“. Die Themengruppe startete mit dem Ziel, eine Austausch- und Best-Practice-Plattform für verschiedene Forschungsprojekte und Aktivitäten im Bereich kommunaler Wärmeplanung zu bieten. Mitglieder der Themengruppe waren vor allem Forschungsinstitute und Verbände, aber auch ein Unternehmen ist dabei. Im Fokus: Daten, Methoden, Modelle und Konzepte der Akteursbeteiligung.

„Die Themengruppe hat dazu beigetragen, unterschiedliche Methoden der Datenbeschaffung, -haltung und -verarbeitung sowie Modellierungsansätze transparenter zu machen und neue Auswertestrategien zu entwickeln“, berichtet Forscher Blesl. Deutlich wurde in der Zusammenarbeit, wie viele ähnliche Ansätze und Methoden an Forschungsinstituten genutzt werden. „Mich treibt daher die Frage um, wie ein gemeinsamer Wissenspool bereitgestellt werden könnte“, sagt Blesl. Noch offen und Grund für weiteren Austausch zwischen den Forschenden sind aus Sicht des Wissenschaftlers vor allem zwei Fragen: Welche erweiterten Ansätze sind am besten geeignet, um Aspekte der wirtschaftlichen Beurteilung von Ergebnissen der Wärmeplanung, insbesondere im Hinblick auf die Sensitivität, Umsetzungsgeschwindigkeit und Art der Transformation mit Akteuren der Wärmeplanung zu diskutieren? Wie groß ist die Ungenauigkeit der Planung in Abhängigkeit der Datenverfügbarkeit und deren Ersatz durch approximierte oder typisierte abgeschätzte Daten?

Impulspapier zum Forschungsbedarf im Bereich Negativemissionstechnologien

In der Themengruppe „Negativemissionstechnologien“ (NETs) haben sich Fachleute aus den Bereichen NETs, aber auch CCS und CCU zusammengefunden. Das Ziel war es, ein Impulspapier zu erstellen und so zu einer Grundlage für eine NETs-Forschungsagenda beizutragen, sagt Prof. Dr. Niklas Hartmann vom Institut für nachhaltige Energiesysteme INES an der Hochschule Offenburg. „In dem Impulspapier beschreiben wir zentrale Voraussetzungen für den nachhaltigen Ausbau von NETs in Deutschland und die systemanalytischen Forschungsbedarfe zu NETs.“

Den Wissenschaftler bestärkte die Zusammenarbeit darin, die offenen Fragen zu NETs und deren Einbindung in das Energiesystem weiter zu adressieren. Was ist also noch offen? „Gerne wäre ich über das Konzept eines Impulspapiers, das den Forschungsbedarf aufzeigt, hinausgekommen. Zum Beispiel wäre es sehr spannend, konkret die vorhandenen Szenarien zu Negativemissionstechnologien im Energiesystem nebeneinanderzulegen und Unterschiede herauszuarbeiten.“ Bislang seien allerdings zu wenige umfassende Analysen verfügbar. Hierfür müsse das Thema NETs zunächst wieder auf die Forschungsagenda, fasst Hartmann zusammen.

Die Suche nach einem einheitlichen Begriffsverständnis von Versorgungssicherheit

Die Themengruppe „Versorgungssicherheit“ wurde mit dem Ziel ins Leben gerufen, unterschiedliche fachliche Perspektiven auf dieses Thema zusammenzuführen und den Austausch zwischen laufenden Forschungsvorhaben im Themenfeld zu fördern. „Einen zentralen Ausgangspunkt bildeten dabei die beiden Forschungsprojekte KIVi Antelopes und VAELUES, die sich beide explizit mit Fragestellungen der Versorgungssicherheit befassen und an unserem Lehrstuhl für Energiesystemökonomik angesiedelt sind“, berichtet einer der Themengruppenleiter, Jakob Kulawik vom Lehrstuhl für Energiesystemökonomik an der RWTH Aachen. Richtig loslegen konnte die Themengruppe erst im Herbst 2025, weshalb sich die Mitglieder aktuell noch in einer aktiven Planungsphase befinden.

Deutlich geworden sei bislang aus den Projektstarts der beiden Forschungsvorhaben und dem Austausch in der Themengruppe, dass Fragen der Versorgungssicherheit an Relevanz gewinnen und zunehmend auch in medialen, politischen und wissenschaftlichen Debatten aufgegriffen würden, berichtet Kulawik. „Gleichzeitig zeigt sich jedoch, dass die unterschiedlichen Dimensionen von Versorgungssicherheit häufig nicht mit der erforderlichen Trennschärfe diskutiert werden.“ Dazu zählten unklare und uneinheitliche Begriffsdefinitionen, aber auch die Tatsache, dass zentrale Begriffe wie Versorgungssicherheit oder Resilienz in unterschiedlichen Kontexten ohne klare Abgrenzung verwendet würden. All das erschwere präzise fachliche Einordnungen und Diskurse.

„Zum anderen ist Versorgungssicherheit per se ein hochgradig mehrdimensionales Konzept, das sehr unterschiedliche Analyseebenen umfasst“, sagt der Wissenschaftler. So können Fragen zu ausreichender Erzeugungskapazität, die Energiesystemplanung und Marktverhalten betreffen, im Vordergrund stehen, aber auch Analysen zur Sicherheit vor physischen und digitalen Angriffen oder Fragestellungen in Bezug auf geopolitische Abhängigkeiten und die Verlässlichkeit von Energieimporten.

„Obwohl all diese Perspektiven unter dem Oberbegriff der Versorgungssicherheit verhandelt werden, unterscheiden sie sich grundlegend hinsichtlich ihrer Methoden, Annahmen und Handlungsebenen. Eine fehlende Trennung dieser Dimensionen erschwert sowohl den wissenschaftlichen Diskurs als auch die Ableitung konsistenter politischer und regulatorischer Schlussfolgerungen“, resümiert Wissenschaftler Kulawik. Deshalb plane die Themengruppe, in einem kommenden Workshop auf ein gemeinsames Begriffs- und Problemverständnis innerhalb der Forschungsgemeinschaft hinzuwirken. Aber auch sozioökonomische und technische Perspektiven der Versorgungssicherheitsmodellierung sollen in kommenden Webinaren betrachtet werden.