METIS

Hintergrund und Motivation

Das Energiesystem ist bereits heute durch einen sehr hohen Grad an Komplexität geprägt, der in Zukunft aufgrund der Energiewende und der Digitalisierung der Energiewirtschaft noch weiter zunehmen wird. Insbesondere stellen in künftigen Energiesystemen die Speicherung und Verteilung von erneuerbaren Energien große Herausforderungen an das System, da beispielsweise Wind- und Photovoltaikeinspeisung zeitlich und räumlich nicht im Einklang mit Nachfrageprofilen stehen. Zur zuverlässigen Herleitung von CO₂-Reduktionsstrategien werden daher neue Methoden und Modelle benötigt, welche die wachsende Systemkomplexität systematisch beurteilen und integrieren können.

Daher entwickelt das Forschungszentrum Jülich im Rahmen des Projekts METIS im Verbund mit der RWTH Aachen und der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg Open-Source-Software zur Modellierung, Optimierung und Simulation bestehender und künftiger Energiesysteme. Diese bilden die Grundlage zur Erstellung von Prognosen für ein deutschland- und europaweites Energiesystem basierend auf hohen Anteilen erneuerbarer Energien bis zum Jahr 2050.

Ziel und Methodik

Ziel des Projekts ist, die Genauigkeit von Energiesystem-modellen für Betriebs- und Auslegungsoptimierung weiter zu erhöhen und deren Betrachtungsumfang im Rahmen der Sektorkopplung zu erweitern. Gleichzeitig gilt es Anwenderbedürfnissen auf Nachvollziehbarkeit und kurzen Berechnungszeiten gerecht zu werden. Um die teils adversen Ansprüche an die Modellierung miteinander zu vereinbaren, werden zum einen Methoden zur systematischen Komplexitätsreduktion entwickelt mit dem Fokus der Bewahrung der Voraussagegenauigkeit der Modelle. Hierzu sollen auch neue Methoden zur Datenaggregation insbesondere im Hinblick auf Big Data entwickelt werden. Zum anderen werden zur Reduktion der Rechenzeit von linearen und gemischt-ganzzahligen Optimierungsproblemen verschiedene mathematische Dekompositionsalgorithmen getestet, um von einem erhöhten Grad an parallelisierten Rechenressourcen zu profitieren. Die Modellvalidierung erfolgt anhand von Ein- und Mehrknotenmodellen, sowohl mit myopischen, als auch mit Hard-Coupling-Ansätzen, um den Betrieb bestehender Systeme und die Auslegung geplanter Systeme gleichermaßen optimieren zu können.

Die entwickelten Softwaretools werden open-source zur Verfügung gestellt, um eine Nachvollziehbarkeit und Qualität der entwickelten Methoden und Modelle zu garantieren und Offenheit und Transparenz zu gewährleisten.

Projektinformationen

Förderer: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Förderkennzeichen: 03ET4064

Programm: 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung

Projektträger: Projektträger Jülich (PtJ), Ansprechpartner ist Dr. Michael Sachse

Gesamtzuwendung: 1,9 Mio. Euro

Projektlaufzeit: Oktober 2018 bis September 2021

Koordinator und Ansprechpartner: Dr.-Ing. Leander Kotzur