Studien zur Modellierung des Energiesystems hinken der politischen Entscheidungsfindung hinterher

Bislang hat sich die Modellierung von Energiesystemen mit Bottom-up-Modellen zur Kapazitätserweiterung in erster Linie auf die Untersuchung kostenoptimaler Übergangspfade nationaler Energiesysteme konzentriert. Jetzt, da sich der Übergang beschleunigt, ist es an der Zeit, dass diese Modellierungsgemeinschaft die Frage "Wie kommen wir zu Netto-Null" untersucht, indem sie sich stärker darauf konzentriert, wie die Politik den Übergang beschleunigen oder behindern kann.

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Während die Forschergemeinschaft seit Jahrzehnten vor der globalen Klimakrise warnt und die neuester IPCC-Bericht wieder einmal deutlich gemacht hat, wie dramatisch die Gesamtsituation ist, holt die politische Diskussion die drohende Gefahr nur langsam ein. Diese schleppende Reaktion von Politikern und Entscheidungsträgern hat die Forscher jedoch nie davon abgehalten, Energiesysteme zu modellieren, in der Hoffnung, die politischen Entscheidungsträger über mögliche Wege zur Dekarbonisierung des Energiesystems zu informieren und sie infolgedessen dazu zu bewegen, die politischen Spielregeln zugunsten klimafreundlicher Optionen zu verbessern. Sowohl Universitäten als auch unabhängige Forschungsinstitute haben über Jahre hinweg Studien erstellt, die jeweils eigene Datensätze und Annahmen verwenden, z. B. wenn es um die Kosten prominenter erneuerbarer Technologien geht, oder ein neues Energiesystemmodell zur Beantwortung ihrer spezifischen Forschungsfrage präsentieren.

In den meisten Fällen geht es darum, die Verantwortlichen darüber zu informieren, wie ihre Entscheidungen den Verlauf der Energiewende beeinflussen, wie saubere Energiesysteme aussehen könnten und welche Technologien stärker als andere gefördert werden sollten, um ihre Verbreitung zu beschleunigen. Die Bereitstellung dieser Informationen ist zwar wichtig und notwendig, aber die Frage, die ich stellen möchte, lautet: Brauchen Forscher all diese Optimierungsmodelle? Und, was noch wichtiger ist: Sind sie für die aktuelle Politikgestaltung nützlich?

Brauchen Forscher all diese Optimierungsmodelle?

Ich würde argumentieren, dass die Entwicklung neuer Optimierungsmodelle, die speziell auf die Beantwortung spezifischer Forschungsfragen ausgerichtet sind, vertretbar ist, aber die Forschung sollte darauf abzielen, bestehende Instrumente zu erweitern, anstatt ähnliche Modelle noch einmal zu entwickeln.

Die meisten neuartigen Energiesystemmodelle verbessern bestehende Modellierungsansätze, indem sie beispielsweise eine Methode zur besseren Annäherung an den Betrieb von saisonalen Speichertechnologien entwickeln. Während die Hinzufügung neuer Modellierungswerkzeuge zu der bereits großen Datenbank von Open-Source-Modellen es der Forschungsgemeinschaft ermöglicht, noch mehr maßgeschneiderte Antworten auf kritische Forschungsfragen zu geben, hat die kontinuierliche Hinzufügung neuer Modelle auch Nachteile, von denen ich zwei ansprechen möchte.

Erstens muss ein erheblicher Aufwand für die Entwicklung eines neuen Optimierungsmodells betrieben werden. In vielen Fällen ist der durch das neue Werkzeug geschaffene Mehrwert jedoch nur inkrementell, da ein großer Teil der Modelle sich überschneidende, wenn nicht sogar identische Funktionalitäten abdeckt. Zweitens sind Erklärungen zur Modellformulierung und Datenqualität neuer Modellierungswerkzeuge oft intransparent und erfordern eine gründliche Untersuchung des Codes und anderer damit verbundener Informationen, um zu verstehen, wie das neue Werkzeug die spezielle Forschungsfrage beantwortet, die es beantworten soll.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, werden Modellierungsinitiativen und -plattformen entwickelt, die den Forschern helfen sollen, die Fähigkeiten der bereits verfügbaren Modelle zu verstehen und den Zugang zu neuen Modellierungsergänzungen zu verbessern. Ein Beispiel ist die OpenMod-Initiativeeine Gemeinschaft, die eine Datenbank für die meisten verfügbaren Open-Source-Energiesystemmodelle beherbergt und deren Hauptfunktionen vorstellt, so dass Forscher leichter nach Modellen suchen und sie vergleichen können. Außerdem bietet sie eine Vielzahl von Ressourcen zu Eingabedaten und Modellierungsansätzen. Andere Initiativen, wie die Nexus-e-Projekt haben es sich zur Aufgabe gemacht, die Modelle in einer großen Plattform zusammenzufassen. Ihr Ziel ist es, die Synergien zwischen allen verfügbaren Modellen zu nutzen, um einen leistungsstarken Rahmen zu schaffen, der für jeden leicht zugänglich und vielseitiger ist als jedes seiner Einzelteile.

Diese Initiativen zeigen, dass wir zwar nicht unbedingt jedes einzelne Modell, das entwickelt wird, brauchen, aber die Erweiterung bestehender Energiesystemmodelle hilft uns, noch differenziertere und komplexere Forschungsfragen zu untersuchen, indem wir das bereits vorhandene kollektive Modellierungswissen zusammenführen. Durch die Kombination und Erweiterung bestehender Forschungsarbeiten können wir die daraus resultierende Forschung präziser und wertvoller für unser Zielpublikum - Politik und Entscheidungsträger - gestalten.

Sind Modellierungsstudien für die Politikgestaltung nützlich?

Unter unsere Rezension über Studien zur Modellierung von Elektrizitätssystemen in der Schweiz, Deutschland, Frankreich und Italien, mein Co-Autor Georgios Mavromatidis und ich kam zu dem Schluss, dass die meisten Studienergebnisse nur ein oder zwei Jahre nach ihrer Veröffentlichung als veraltet angesehen werden können, wenn man die in den Studien berücksichtigten Politiken berücksichtigt.

Um ein Beispiel zu nennen: In der Mehrzahl der Studien sind die Ziele für erneuerbare Energien nicht vertreten oder deutlich weniger ehrgeizig als die Vorschläge der aktuellen Regierungen. Oft wird die vollständig erneuerbare Energieerzeugung als Ziel für die Zukunft ganz weggelassen, wie Abbildung 1 für Studien zur Schweizer Stromwende zeigt.

Abbildung 1: Vergleich des Schweizer Stromerzeugungsmixes für das Jahr 2050 in verschiedenen Übergangsszenarien, entnommen aus Thimet und Mavromatidis (2022). Die Balken sind nach dem Anteil der erneuerbaren Energien am Produktionsmix sortiert, von niedrig (links) bis ambitioniert (rechts).

Hinter der Behauptung, dass Studien zu schnell veraltet sind, verbergen sich zwei Probleme. Erstens wird in vielen Studien nur erörtert, wie sich eine bereits getroffene politische Entscheidung auf das Energiesystem im Vergleich zum derzeitigen Status quo auswirken würde. In einigen Fällen wird in zusätzlichen Szenarien erörtert, wie eine Variation der Kosten das Ergebnis des Modells verändert. Obwohl eine technisch-ökonomische Diskussion des gegenwärtigen Status quo hilfreich ist, bietet die wiederholte Untersuchung der gleichen Szenarien (kostenoptimale Ausgangssituation und Klimaziel) in jeder neuen Studie wenig zusätzliche Erkenntnisse für Politiker und Entscheidungsträger.

Dies führt mich zu meinem zweiten Kritikpunkt: die mangelnde Vorstellungskraft in den untersuchten Szenarien. Wie Dr. Marius Schwarz in seinem Buch BlogeintragDie Modellierung kann Politikern und Entscheidungsträgern dabei helfen, sich eine Meinung zu bilden, die auf wissenschaftlichen Analysen und nicht auf subjektiven Eindrücken beruht. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Modellierung des Energiesystems genutzt wird, um verschiedene Politikmixe und ihre Auswirkungen auf die Energiewende zu untersuchen, bevor sie umgesetzt werden.

Durch die Aufnahme neuer, innovativer und manchmal sogar geradezu kühner politischer Vorschläge (z. B. Verpflichtungen zur landesweiten Gebäudesanierung oder sogar hohe Kostensenkungen für Lastverschiebung und -abwurf durch die ÜNB) in die Szenarien würden Politiker und Entscheidungsträger ein besseres Verständnis dafür gewinnen, welche Optionen sie für die Umsetzung der Energiewende haben, und können eine Kombination von Optionen wählen, die dem öffentlichen Diskurs am besten entspricht.

Was könnte die Gemeinschaft der Energiesystemmodellierer als nächstes tun?

Es gibt einen Berg von Übersichtsarbeiten (1, 2, 3, 4, 5 um nur einige zu nennen), in denen alle Bereiche, die bei der Modellierung von Energiesystemen aus technischer Sicht berücksichtigt werden sollten, klar umrissen sind. Zusätzlich zu diesen wichtigen Punkten empfehle ich den Modellierern dringend,:

• Seien Sie mutig und beziehen Sie noch ehrgeizigere Klimaziele und finanzielle Anreize in ihre Analysen ein, um zu zeigen, was möglich ist und zu welchen Kosten
• Direkte Zusammenarbeit mit Politikforschern vor Ort, um sich über mögliche politische Instrumente wie Effizienzstandards oder Anreize zur Änderung des Verbraucherverhaltens zu informieren und zu erfahren, wie diese in den Modellen dargestellt werden können

Es kann nützlich sein, unserer internationalen Modellbibliothek ein paar weitere Modelle hinzuzufügen. Aber wir als Forscher müssen uns mehr anstrengen und unserer Zielgruppe neue Erkenntnisse darüber liefern, welche politischen Maßnahmen sich in welcher Weise auf die Energiewende auswirken würden. Ich weiß, dass wir den nötigen Input zur Beschleunigung der Energiewende liefern können, wir müssen nur etwas mutiger und kreativer sein als sonst.

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