Frei zugängliche, belastbare und detaillierte Energiedaten sind wertvolle Grundlagen für wissenschaftliche Modellierungen des Energiesystems. Auch Industrieunternehmen, Nichtregierungsorganisationen, Kommunen, Länder und Kleine und Mittelständische Unternehmen profitieren von solchen Datensätzen. Das Projektteam von SciGRID_Gas hat nun für die sektorübergreifende Strom- und Gastransportnetzplanung eine innovative Open-Source-Lösung entwickelt. Damit schließt SciGRID_gas eine Lücke, denn bislang fehlte es daran.

Mit SciGRID_gas hat das Projektteam das erste Open-Source und Open-Data-Netzwerk-Modell des Europäischen Gastransportnetzes entwickelt. Der Datensatz stellt 241.000 Kilometer des europäischen Transportleitungsnetzes dar. Es beinhaltet Leitungen, Kompressor-Stationen, Ein- und Ausspeisepunkte, Terminals für Flüssigerdgas (LNG), Speicher und Grenzübergabepunkte. Das Vorhaben hat einen großen Mehrwert für die energiewirtschaftliche Praxis, denn Simulationen mit solchen Datenmodellen haben einen großen Anwendungsbereich. Fachleute können sie nutzen, um Risikoszenarien zu erstellen, den Gastransport zu modellieren und um den Netzausbau zu optimieren. Der Fokus von SciGRID_gas liegt auf Europa, die Methoden sind aber auf andere Regionen übertragbar.

Die Grafik zeigt die Visualisierung des SciGRID_gas Datensatzes für das europäische Gastransportnetz. © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Vernetzte Energiesysteme | Die Grafik zeigt die Visualisierung des SciGRID_gas Datensatzes für das europäische Gastransportnetz.

Neben den Datensätzen selbst stellt das Projektteam Interessierten auch die Dokumentation des Modells und das Datenmodell zur Verfügung.

Das Modell wurde für das Gebiet des Verbands Europäischer Fernleitungsnetzbetreiber für Gas ENTSO-G auf Basis öffentlicher und nicht-öffentlicher Datensätze entwickelt. Die Daten stehen nun unter der Open-Database-License (ODbL) für wissenschaftliche Untersuchungen zur freien Verfügung. Durch das quelloffene Modell liegen nun hochqualitative Daten, Methoden, Modelle und Datenanalyseinstrumente vor, die ein umfangreiches und detailliertes Orientierungswissen zur Optimierung der Energieforschungspolitik ermöglichen. Die Python-basierte SciGRID_gas Software ist darüber hinaus in der Lage, verschiedenste Online-Datensätze herunterzuladen und zusammen mit eigenen Datensätzen zu einem umfassenden Netzmodell zu verschmelzen.

SciGRID_gas ist zudem mit dem bestehenden Open-Source-Modell der europäischen Stromübertragungsnetze SciGRID_power koppelbar. Mit diesen beiden Modellen können Fachleute aus der Energiewirtschaft und Forschungsteams nun ein sektorübergreifendes Datenmodell nutzen und damit die zukünftige Ausgestaltung des deutschen Strom- und Gassystems bei hohen Anteilen Erneuerbarer Energie in Europa bewerten. „Aktuell stellen wir uns bereits die Frage, ob sich die SciGRID_gas-Methoden auch auf ein zukünftiges Wasserstoffnetz, das sogenannte Hydrogen Backbone, erweitern lassen. Das würde einen noch umfangreicheren Blick auf das europäische Energiesystem ermöglichen“, erläutert Projektleiterin Dr. Wided Medjroubi vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Vor dem Projekt gab es noch keine Open-Source-Modelle des deutschen und europäischen Gastransportnetzes, die transparent die Modellabstrahierung und die Datenaufbereitung dokumentiert und für wissenschaftlich belastbare Analysen zur Verfügung gestellt haben. Diese Lücke hat das Forschungsteam von SciGRID_gas nun geschlossen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben innerhalb des Projekts zahlreiche Open-Source-Datenquellen in das Modell integriert. So zieht das Modell automatisch Informationen, wie zum Beispiel Geokoordinaten, Kapazitäten, Längen und Durchmesser aus offenen Datenquellen wie OpenStreetMap, der EntsoG-Datenbank, frei verfügbaren Anwendungen zu Geografischen Informationssystemen (GIS) und dem LKD-Modell, eine modelltechnische Abbildung des deutschen Gasnetzsystems. Zudem stellt SciGRID_gas valide Daten zu den Eigenschaften von Gasleitungen und Knoten bereit, die den Anforderungen der Gastransportnetzmodellierung entsprechen.

„Unsere größte Herausforderung war die unterschiedliche Qualität und Verfügbarkeit von Daten in den verschiedenen europäischen Ländern. Zudem war die Validierung der Daten teilweise schwierig, da geeignete Validierungs- und Referenzdaten fehlten. Für die Zusammenführung von Datensätzen aus verschiedenen Quellen haben wir spezielle Algorithmen entwickeln und heuristische Verfahren für Datenkorrektur und -ergänzung genutzt. Wir haben in dem Projekt jedoch ein Verfahren erarbeitet für die topologische Validierung des europäischen Gastransportnetzes mithilfe von Satellitendaten und Machine-Learning-Algorithmen“, beschreibt Medjroubi die anspruchsvollen Aufgaben des Vorhabens.

Sektorkopplung modellieren

Im Anschluss an das Projekt wurden die SciGRID_gas-Datensätze sowohl im Oldenburger DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme in Energiesystemmodelle als auch in externe Energiesystemmodelle implementiert, um die Sektorkopplung zu modellieren. Ein Beispiel ist das Open-Source-Modell PyPSA-eur-sec . Andere Nutzer des SciGRID_gas-Datensatzes sind das Zuse Institut Berlin (ZIB), die Universität Kassel und das Magdeburger Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme. Innerhalb des DLR wurden die SciGRID_gas-Datensätze in die REMIx - und eGo -Modelle integriert. (ml)