Wandlungsstrategien für eine nachhaltige Zukunft
Am Institut für Energie- und Klimaforschung – Techno-ökonomische Systemanalyse (IEK-3) erforschen wir, wie ein nachhaltiges Energiesystem erreicht werden kann und wie dieses aussehen könnte. Hierfür entwickeln wir vielfältige hoch-komplexe und realitätsnahe Energiesystemmodelle, mit denen wir lokale bis hin zu globalen Energiesystemen integriert betrachten, um das Vorankommen der Energiewende wissensbasiert bestmöglich zu unterstützen.
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ABTEILUNGEN
Integrierte Modelle und Strategien
Die Abteilung Integrierte Modelle und Strategien entwickelt Anwendungen zur ganzheitlich optimalen Auslegung und Transformation von Energiesystemen. Die Systeme reichen dabei von einzelnen Gebäuden oder Distrikten über Gemeinden bis hin zu nationalen Gesamtsystemen und berücksichtigen die gesamte Versorgungskette von Erzeugung bis zur Nachfrage. Deren bottom-up Modellierung ist komplex, weshalb verschiedene Verfahren zur Modellkopplung, systematischen Komplexitätsreduktion oder zur Einbindung von Großrechnern entwickelt werden. Des Weiteren wird der Entscheidungsprozess bzgl. Investitionen und Regulatorien im Energiesystem mit Hilfe neuer Visualisierungstechniken und graphischen Nutzungsoberflächen unterstützt.
Technologiebewertung und vernetzte Infrastrukturen
Die Abteilung Technologiebewertung und vernetzte Infrastrukturen entwickelt Modelle zur Analyse und Bewertung von Technologien, Infrastrukturen und Ressourcen. Im Zentrum der wissenschaftlichen Fragestellungen stehen die Bereiche erneuerbare Ressourcen im nationalen bis globalen Kontext, vernetze Infrastrukturen mit Sektorkopplungsoptionen und zukünftige Mobilitätskonzepte und -techniken. Die techno-ökonomische Analyse der Systeme und deren Bewertung erfolgen mit zeitlich, räumlich und sektoral hochauflösenden Modellen unter Berücksichtigung der möglichen Transformationspfade von bestehenden hin zu klimaneutralen Energiesystemen.
Die Abteilung Integrierte Modelle und Strategien entwickelt Anwendungen zur ganzheitlich optimalen Auslegung und Transformation von Energiesystemen. Die Systeme reichen dabei von einzelnen Gebäuden oder Distrikten über Gemeinden bis hin zu nationalen Gesamtsystemen und berücksichtigen die gesamte Versorgungskette von Erzeugung bis zur Nachfrage. Deren bottom-up Modellierung ist komplex, weshalb verschiedene Verfahren zur Modellkopplung, systematischen Komplexitätsreduktion oder zur Einbindung von Großrechnern entwickelt werden. Des Weiteren wird der Entscheidungsprozess bzgl. Investitionen und Regulatorien im Energiesystem mit Hilfe neuer Visualisierungstechniken und graphischen Nutzungsoberflächen unterstützt.
Forschungsgruppen
Komplexe Energiesystemmodelle und Datenstrukturen
Die Modelle der Energiesystemanalyse sind komplex und benötigen eine umfangreiche Hardware- und Softwareinfrastruktur, welche im Team Komplexe Energiesystemmodelle und Datenstrukturen entwickelt, betreut und integriert werden. Es werden Anforderungen an Hardware und Software definiert und nachhaltige Prozesse und Softwarearchitekturen entwickelt, ausgestaltet und implementiert, um den Energiesystem-Forschern eine effiziente Nutzung und kollaborative Weiterentwicklung zu ermöglichen. Des Weiteren werden Verfahren der künstlichen Intelligenz eingesetzt, um die Genauigkeit der Energiesystemmodelle zu erhöhen. Ausgewählte Modelle des Instituts werden als Applikationen in der Arbeitsgruppe implementiert und mit grafischen Nutzeroberflächen potenziellen Interessenten bereitgestellt.
Regionale Energiesysteme
Die Umsetzung der Energiewende erfolgt zu einem wesentlichen Anteil dezentral, vor Ort in den Kommunen. Hierzu ist eine umfassende regionale Energiesystemplanung erforderlich, welche die regionalspezifischen Randbedingungen sowie die zum Teil erheblichen Potentiale für den Ausbau erneuerbarer Energien berücksichtigt.
Integrierte Transformationsstrategien
Die Modelle der Energiesystemanalyse sind komplex und benötigen eine umfangreiche Hardware- und Softwareinfrastruktur, welche im Team Komplexe Energiesystemmodelle und Datenstrukturen entwickelt, betreut und integriert werden. Es werden Anforderungen an Hardware und Software definiert und nachhaltige Prozesse und Softwarearchitekturen entwickelt, ausgestaltet und implementiert, um den Energiesystem-Forschern eine effiziente Nutzung und kollaborative Weiterentwicklung zu ermöglichen. Des Weiteren werden Verfahren der künstlichen Intelligenz eingesetzt, um die Genauigkeit der Energiesystemmodelle zu erhöhen. Ausgewählte Modelle des Instituts werden als Applikationen in der Arbeitsgruppe implementiert und mit grafischen Nutzeroberflächen potenziellen Interessenten bereitgestellt.
Die Modelle der Energiesystemanalyse sind komplex und benötigen eine umfangreiche Hardware- und Softwareinfrastruktur, welche im Team Komplexe Energiesystemmodelle und Datenstrukturen entwickelt, betreut und integriert werden. Es werden Anforderungen an Hardware und Software definiert und nachhaltige Prozesse und Softwarearchitekturen entwickelt, ausgestaltet und implementiert, um den Energiesystem-Forschern eine effiziente Nutzung und kollaborative Weiterentwicklung zu ermöglichen. Des Weiteren werden Verfahren der künstlichen Intelligenz eingesetzt, um die Genauigkeit der Energiesystemmodelle zu erhöhen. Ausgewählte Modelle des Instituts werden als Applikationen in der Arbeitsgruppe implementiert und mit grafischen Nutzeroberflächen potenziellen Interessenten bereitgestellt.
Infrastrukturen und Sektorkopplung
Die technische Arbeit der Gruppe Infrastrukturen und Sektorkopplung zielt auf die Beantwortung von Fragen zur Gestaltung und zum Betrieb künftiger integrierter Energieinfrastrukturen von der Transport- bis zur Verteilungsebene. Neben den etablierten Energieträgern Strom und Erdgas befassen sich die Forscher auch mit Wärme und Wasserstoff. Methodisch verfügt das Team zum einen über integrierte, techno-ökonomische Modelle zur energieträgerübergreifenden Infrastrukturgestaltung, zum anderen über detaillierte Modelle zur Optimierung und Simulation von Transport-, Gasübertragungs- und Verteilnetzen. Diese Modelle stützen sich auf eine räumlich und zeitlich hoch aufgelöste Datenbasis, die auch die Berücksichtigung von sektorübergreifenden Synergieoptionen erlaubt. Das Zusammenspiel von integrierter Netzplanung und der detaillierten Analyse einzelner Energieinfrastrukturen ermöglicht die Gewinnung praxisrelevanter Erkenntnisse über eine bedarfsgerechte Infrastruktur für den Transport im nachhaltigen Energiesystem der Zukunft.
Energiepotenziale und Versorgungspfade
Um ein treibhausgasneutrales globales Energiesystem zu erreichen, befasst sich die neu gegründete Arbeitsgruppe Energiepotentiale und Versorgungspfade mit dem weltweiten Ausbau von Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien und dem Austausch ihres Outputs sowie ihrer nachgelagerten Produkte, wie grünem Wasserstoff. Dazu werden sowohl neu entwickelte als auch bestehende techno-ökonomische Systemmodelle eingesetzt, die u.a. den Vergleich verschiedener Prozessketten und deren Kombinationen sowie Importoptionen für Deutschland und Europa ermöglichen. Die Analysen fokussieren auf die energetische und stoffliche Versorgungssicherheit unter sozio-technischen Rahmenbedingungen und zielen damit auf eine robuste Bewertung der untersuchten Versorgungspfade als Entscheidungshilfe für politische und wirtschaftliche Akteure.
Verkehrstechniken und Zukünftige Mobilität
Das Team Verkehrstechniken und Zukünftige Mobilität beschäftigt sich mit Fragen der Entwicklung des Personen- und Güterverkehrs. Dazu werden in der Regel modellgestützte Analysen auf den Verkehrssektor angewandt, etwa auf Basis von verkehrsstatistischen Daten und Energiebilanzzusammenhängen, wobei ein breites Spektrum möglicher Entwicklungen bis zum Jahr 2050 und darüber hinaus in Form von Szenarien untersucht wird. Dabei werden die Ziele einer signifikanten Reduktion der Umweltbelastungen und aktuelle Trends wie Elektromobilität, autonomes und vernetztes Fahren sowie Shared Mobility berücksichtigt. Die Parametrisierung der eigens entwickelten Modelle wird durch vertiefte Analysen des Entscheidungsverhaltens von mobilen Personen unterstützt. Die räumlich und zeitlich hochaufgelösten Analysen sollen dazu dienen, Umsetzungsstrategien für einen treibhausgasfreien, zukunftsfähigen Verkehrssektor auf regionaler bis europäischer Ebene zu erarbeiten.
Die technische Arbeit der Gruppe Infrastrukturen und Sektorkopplung zielt auf die Beantwortung von Fragen zur Gestaltung und zum Betrieb künftiger integrierter Energieinfrastrukturen von der Transport- bis zur Verteilungsebene. Neben den etablierten Energieträgern Strom und Erdgas befassen sich die Forscher auch mit Wärme und Wasserstoff. Methodisch verfügt das Team zum einen über integrierte, techno-ökonomische Modelle zur energieträgerübergreifenden Infrastrukturgestaltung, zum anderen über detaillierte Modelle zur Optimierung und Simulation von Transport-, Gasübertragungs- und Verteilnetzen. Diese Modelle stützen sich auf eine räumlich und zeitlich hoch aufgelöste Datenbasis, die auch die Berücksichtigung von sektorübergreifenden Synergieoptionen erlaubt. Das Zusammenspiel von integrierter Netzplanung und der detaillierten Analyse einzelner Energieinfrastrukturen ermöglicht die Gewinnung praxisrelevanter Erkenntnisse über eine bedarfsgerechte Infrastruktur für den Transport im nachhaltigen Energiesystem der Zukunft.
Direktor des Instituts
- Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
- Techno-ökonomische Systemanalyse (IEK-3)
IEK-3 Team
Unser interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern führt energiewirtschaftliche Prozess- und Systemanalysen für Planungs- und Beratungszwecke durch. Aktuelle Schwerpunkte sind die Entwicklung von Energiestrategien zur Erreichung der Treibhausgasminderungsziele der Bundesregierung, die Gestaltung von Infrastrukturen für eine nachhaltige und sichere Energieversorgung (z.B. über Power-to-Gas, Power-to-Fuel, Biomass-to-Liquid) und die Durchführung von Kostenanalysen für die Einführung und den Betrieb neuer Technologien für zukünftige Energiemärkte.
