Big Data und die Digitalisierung machen systemanalytische Modelle komplexer, ermöglichen zugleich aber auch den Austausch und den Vergleich.
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Innovative Technologien für die Energiewende

Systemanalyse

Die Systemanalyse als Querschnittsdisziplin wirkt in alle anderen Forschungsbereiche hinein. Fachleute dieser Disziplin untersuchen mit Berechnungen und Modellen, welche Wechselwirkungen zwischen technologischen, regulatorischen und sozialen Fragestellungen bestehen. Außerdem entwickeln sie Konzepte für ein optimiertes Energiesystem von morgen.

Im Fokus stehen die Entwicklung allgemeiner Methoden und Werkzeuge, deren Validierung und Transparenz, die Möglichkeiten Modelle zu koppeln sowie das Stärken der internationalen Perspektive und Zusammenarbeit.

Vernetzung und Austausch ist gerade für die Systemanalysewichtig. Innerhalb der Arbeit an konkreten Modellen setzen Forschungsteams daher verstärkt auf Open Source, Open Data oder Open Access Ansätze. Auf der übergeordneten Ebene ermöglicht dies das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie initiierte Forschungsnetzwerk Energiesystemanalyse.

Unter diesem Förderschwerpunkt fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie das (Weiter-)Entwickeln modularer und sektorenübergreifender Modelle sowie standardisierter Schnittstellen. Zudem unterstützt das Ministerium Projekte, die Methoden weiterentwickeln, um bisher unzureichend abgebildete Sektoren des Energiesystems, insbesondere den Wärme- und Verkehrssektor, besser zu integrieren.

Durch Big Data und die voranschreitende Digitalisierung aller Komponenten des Energiesystems ist es notwendig, die Rechenzeiten für Modelle zu reduzieren und diese weniger komplex zu gestalten. Dies soll unter anderem durch das Entwickeln geeigneter mathematischer und sonstiger Verfahren gelingen.

Hierunter fallen beispielsweise das Parallelisieren von Modellläufen, Beschleunigen durch Approximationsalgorithmen, Vereinfachen von Modellen durch empirische Näherungsverfahren sowie das Anwenden lernender Algorithmen (beispielsweise maschinelles Lernen oder künstliche Intelligenz) und moderne statistische Methoden im Kontext von Big Data.

Der Mensch ist Dreh- und Angelpunkt für den Erfolg neuer Technologien und Systeme. Innerhalb der Systemanalyse sind somit methodische Weiterentwicklungen und Analysen gefragt, die Akteure und ihr Verhalten besser abbilden können. Hierzu zählen unter anderem Methoden, die Markt- und Diffusionsbarrieren bei der Einführung neuer Technologien und Auswirkung regulatorischer Rahmenbedingungen aufzeigen, etwa indem Forschungsteams moderne Ansätze der Verhaltensökonomik, sozialwissenschaftliche Methoden oder die Analyse vergangener Entwicklungen zur Beurteilung von Wirkmechanismen einbinden.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unterstützt Forschungsarbeiten zur Modell- und Ergebnisvalidierung sowie zur Steigerung der Transparenz. Hierzu zählen beispielsweise Modellvergleiche, Sensitivitätsanalysen, Vergleiche von Modellierungsergebnissen mit historischen Daten oder Methoden zur Verifikation von allgemein wünschenswerten Modelleigenschaften (etwa interne Konsistenz oder geringe Parametersensitivität).

Transparenz ist gerade für die Systemanalyse eine wichtige Erfolgsgröße, da sie die Vergleichbarkeit und das Verknüpfen von Modellen ermöglicht. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert daher Forschungsaktivitäten, die Modelle, Annahmen, Daten und Ergebnisse transparent und effizient dokumentieren. Dies kann insbesondere gelingen, indem Fachleute Open-Science-Ansätze weiterentwickeln, etwa offene Modelle und offene Dateninfrastrukturen.

Stromhandel, ökonomischer oder wissenschaftlicher Austausch in Europa und weltweit sowie viele weitere Faktoren beeinflussen das Energiesystem hierzulande. Deshalb soll die Systemanalyse die internationale Perspektive stärker abbilden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert daher Forschungsarbeiten, die eine bessere Analyse des hiesigen Energiesystems im europäischen oder internationalen Kontext ermöglichen. Dies kann einerseits erfolgen, indem europäische und internationale Einflussfaktoren in den Modellen berücksichtigt werden oder, indem Deutschland mit europäischen und internationalen Partnern kooperiert.

Fachcommunity

Das Forschungsnetzwerk Systemanalyse bringt seit 2015 die Fachleute aus dem heterogenen Themenfeld zusammen. Die Mitglieder organisieren ihren Austausch in fünf Arbeitsgruppen. Diese widmen sich Daten und Datenbanken, Akteursstrukturen und -​verhalten, Modellkopplungen und Gesamtsystem, Vergleichbarkeit und Transparenz sowie Methoden und Komplexitätsreduktion.

zum Netzwerk

Umfrage zu Open Science

Hände halten ein Schild auf dem mit Setzbuchstaben
© dvoevnore - stock.adobe.com

Der Projektträger Jülich (PtJ) hat im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie eine Expertenbefragung zu Open Science in der Systemanalyse durchgeführt. Das Meinungsbild zu offenen Forschungs- und Publikationsansätzen hat PtJ vorgelegt.

zu den Ergebnissen
Symbolbild Modex: Im thematischen Verbund MODEX erarbeiten Forschungsteam Modellexperimente für 40 Modelle zu aktuellen systemanalytischen Fragestellungen.
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MODEX-Verbund

Im thematischen Verbund MODEX erarbeiten Forschungsteams Modellexperimente für 40 Modelle zu aktuellen systemanalytischen Fragestellungen.

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Grafische Darstellung der Erde mit Lichtern, Globus
©imaginima/iStock

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