Integration von Free and Open Source Software zur Optimierung von Energiesystemen in ein bestehendes Framework von Energiesystem Modellen

Abstract

Das Transforming Energy Supply System (Modelling) Framework oder auch kurz Tessif ist ein am Energietechnik Institut der Technischen Universität Hamburg in Python entwickeltes Framework, das den Vergleich verschiedener Softwaretools zum Modellieren und Optimieren von Energiesystemen ermöglicht. Für den Vergleich transformiert Tessif ein zuvor erstelltes Energiesystemmodell in die verschiedenen Modelle der in Tessif integrierten Softwaretools, die das Energiesystem anschließend optimieren. Die Ergebnisse der Optimierungen werden abschließend von Tessif vereinheitlicht und somit vergleichbar. Zum jetzigen Zeitpunkt sind die Programme Oemof, PyPSA, FINE und Calliope in Tessif integriert und können in Tessif für die Modellierung und Optimierung von Energiesystemen verwendet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird mit Urbs ein weiteres Programm zur Modellierung und Optimierung in Tessif integriert. Die Integration besteht zu einem großen Teil aus der Transformation des Energiesystemmodells von Tessifs in Urbs Modellformulierung (es2es) sowie der Umwandlung der Optimierungsergebnisse in Tessifs einheitliche Darstellungsweise (es2mapping). In dieser Arbeit wird dabei ausführlich auf die verschiedenen Modellierungsansätze und deren Unterschiede sowie die Umsetzung der Transformation eingegangen. Die korrekte Integration von Urbs wird anhand eines exemplarischen Vergleichs diverser Beispielenergiesystemmodelle gewährleistet. Zusätzlich werden die Unterschiede zwischen den verschiedenen Softwaretools ausgearbeitet. Abschließend werden die Ergebnisse des exemplarischen Vergleichs genutzt, um Urbs im Rahmen von Tessif einzuordnen und die Stärken sowie Schwächen von Urbs zu identifizieren.

The Transforming Energy Supply System (Modelling) Framework, or Tessif for short, is a framework developed with Python at the Institute of Energy Technology of the Technical University of Hamburg that enables the comparison of different software tools for modeling and optimizing energy systems. For the comparison, Tessif transforms a previously created energy system model into the model of the software tools integrated in Tessif, which then optimizes the energy system. The results of the optimizations are finally unified by Tessif and thus become comparable. Currently, the programs Oemof, PyPSA, FINE and Calliope are integrated in Tessif and can be used within the framework of Tessif for the modeling and optimization of energy systems. In the context of this work, Urbs, another program for modeling and optimization, is integrated into Tessif. The integration consists to a large extent of the transformation of the energy system model from Tessif into Urbs model formulation (es2es) as well as the conversion of the optimization results into Tessifs uniform representation mode (es2mapping). Herein, the various modeling approaches and their differences as well as the implementation of the transformation are discussed in detail. The correct integration of Urbs is ensured by comparing various example energy system models. In addition, the differences between the various software tools are elaborated. Finally, the results of the comparison are used to classify Urbs in the context of Tessif and to identify the advantages and disadvantages of using Urbs.