Medieninformation | 2. Februar 2022 | ehr

Übergang Europas zu einem Energiesystem mit Netto-Null-Emissionen

Neue Kooperation zwischen TU Berlin und Breakthrough Energy kann dazu beitragen

Im Hinblick auf die Klimaziele der EU für 2030 und 2050 schließt sich die von Bill Gates geförderte Gruppe Breakthrough Energy mit der TU Berlin zusammen, um ein computergestütztes Energieinfrastrukturmodell zu entwickeln, das Strom, Wasserstoff und Kohlenstoffmanagement umfasst.

Die TU Berlin und Breakthrough Energy arbeiten an einem neuen Projekt, das zwei fortschrittliche Computermodelle zu einem einzigen, leistungsstarken Werkzeug kombinieren wird, das die Energiesysteme Europas und der Vereinigten Staaten simulieren kann. Durch Analysen und Prognosen darüber, wie wichtige Energieinfrastrukturen etwa Übertragungsleitungen und Kraftwerke in den nächsten Jahrzehnten aussehen könnten, hat dieses Werkzeug das Potenzial, bei der Vergabe von öffentlichen und privaten Investitionen in Milliardenhöhe als Richtlinie und Informationsquelle zu dienen.

Die vergleichsweise hohe zeitliche und geografische Genauigkeit der beiden Modelle verspricht eine einzigartige, wirkungsvolle Zusammenarbeit. Das Projekt wird auch zwei sich schnell entwickelnde Technologien in das erweiterte Modell einbeziehen, die bisher in solchen Computermodellen unterrepräsentiert waren: Wasserstoff- und Kohlenstoffmanagementsysteme, einschließlich Abscheidung, Verwendung in der Produktion synthetischer Kraftstoffe und der langfristigen Sequestrierung. Diese beiden Technologien können die zögerlichen Dekarbonisierungsbemühungen in den Bereichen Zement, Chemie und Stahl sowie in der Transportbranche, in der schwere Kraftstoffe mit hohen Energiedichten benötigt werden (zum Beispiel bei der Luft- und Schifffahrt), beschleunigen.

Ein weiteres einzigartiges Merkmal des Projekts ist das Engagement beider Partner für Open-Source-Software und offene Forschungsdaten (Open Data). Die Energieinfrastruktur ist Gegenstand ständiger gesellschaftlicher Debatten. Daher ist es wichtig, dass eine vollständige Transparenz bezüglich der Modellannahmen besteht und dass gewährleistet ist, dass jede*r Forscher*in die Ergebnisse problemlos reproduzieren kann. Die Entwicklungen des kostenfreien Open-Source-Tools werden in den nächsten drei Jahren schrittweise eingeführt.

„Die Energiesysteme unserer Welt sind oft ein Flickenteppich, der auf unterschiedlichen Zielen und Strategien beruht; bei der Planung unserer Zukunft der sauberen Energie müssen wir unsere Entscheidungen auf die besten Daten und Modellierungsinstrumente stützen", sagte Ann Mettler, Vizepräsidentin von Breakthrough Energy Europe. „Angesichts der sich verschärfenden Klimakrise und einer Reihe bedeutender, anstehender klimapolitischer Entscheidungen verdient die wichtige Rolle, die Systemmodellierer*innen an der TU Berlin und anderswo hinter den Kulissen spielen, mehr Aufmerksamkeit und finanzielle Unterstützung."

Die Partnerschaft zwischen der TU Berlin und Breakthrough Energy wird mit dazu beitragen, dass die Forscher*innen des Fachgebiets Digitaler Wandel in Energiesystemen der TU Berlin ihr weit verbreitetes Open-Source-Modellierungs-Framework Python for Power System Analysis (PyPSA) sowie ihr europäisches Energiesystemmodell PyPSA-Eur-Sec in das Software-Framework von Breakthrough Energy Sciences einbinden. Dieses hat das Breakthrough Energy Sciences, eine Abteilung von Breakthrough Energy, vor Kurzem entwickelt, um zu untersuchen, wie sich Energieproduktion, Kosten und Kapazitäten im Laufe der Zeit verändern könnten.

Zum Einsatz kommen u.a. zwei TU-Entwicklungen. Ähnlich wie das Breakthrough-Framework ist PyPSA eine freie Software-Toolbox für die Simulation und Optimierung von Energiesystemen. Die Entwicklung von PyPSA wird seit dem Start im Jahr 2015 von Prof. Dr. Thomas W. Brown, Leiter des Fachgebiets Digitaler Wandel in Energiesystemen der TU Berlin, geleitet. PyPSA wird weltweit von Forschungsinstituten, Unternehmen und Nichtregierungsorganisationen eingesetzt. Die europäische Version des Modells, PyPSA-Eur-Sec, enthält detaillierte Informationen über die europäische Energieinfrastruktur, darunter 6.000 Stromleitungen, 3.600 Umspannwerke, Gasnetze, konventionelle Kraftwerke, Potenziale für erneuerbare Energien, Energiewandler sowie die Nachfrage nach Strom, Verkehr, Wärme und Industrie.

„Das ist eine leistungsstarke Zusammenarbeit, die den Stand der Technik bei der Computermodellierung von Energiesystemen über Grenzen und sogar Kontinente hinweg voranbringen wird", so Prof. Dr. Tom Brown. „Wir sichern die genauesten und geeignetsten offenen Daten über Energiesysteme und bauen diese Daten dann in Modelle und Prognosen ein, die zur Optimierung der Strom- und Energieinfrastruktur von morgen beitragen werden."

„Durch den Zusammenschluss der Modelle hoffen die TU Berlin und Breakthrough Energy ein führendes Open-Source-Tool zu schaffen, das externen Systemmodellierer*innen, Programmierer*innen, Softwareentwickler*innen und Forschenden ermöglichen wird, die Modelle mit ihren eigenen Annahmen zu testen und das Breakthrough-Tool durch die Integration von PyPSA um neue Funktionen zu erweitern,“ sagte Yixing Xu, Forschungsdirektor bei Breakthrough Energy Sciences.

Die TU Berlin ist eine weltweit anerkannte Forschungsuniversität mit einer langen Tradition. Ihr Ziel ist es, Wissenschaft und Technologie zum Nutzen der Gesellschaft weiterzuentwickeln. Die Mitglieder der Universität sind dem Prinzip der nachhaltigen Entwicklung verpflichtet. Sie sind bestrebt, den Anforderungen der Gegenwart gerecht zu werden, ohne dabei zukünftige Generationen zu belasten. Die TU Berlin betrachtet Forschung und Lehre als untrennbar miteinander verbunden.

Breakthrough Energy ist ein Netzwerk von Einrichtungen und Initiativen, darunter Investmentfonds, gemeinnützige und philanthropische Programme und politische Bemühungen, die durch ein gemeinsames Engagement zur Skalierung der Technologien verbunden sind, die benötigt werden, um bis 2050 den Weg zu Netto-Null-Emissionen zu erreichen.

Kontakt

Prof. Dr.

Thomas William Brown

t.brown@tu-berlin.de

+49 30 314-21710

Einrichtung Digitaler Wandel in Energiesystemen