TIMES_model
TIMES Version 4.8.3
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Der TIMES-Modellgenerator (The Integrated MARKAL-EFOM System) wurde von ETSAP, dem Energy Technology Systems Analysis Program, einem Technologiekooperationsprogramm der Internationalen Energieagentur, entwickelt. ETSAP ist eine internationale Gemeinschaft, die langfristige Energieszenarien nutzt, um tiefgreifende Energie- und Umweltanalysen durchzuführen. Der TIMES-Modellgenerator kombiniert zwei unterschiedliche, aber komplementäre, systematische Ansätze zur Modellierung von Energie: einen ingenieurtechnischen Ansatz und einen wirtschaftlichen Ansatz. TIMES ist ein technologiereicher Bottom-up-Modellgenerator, der lineare Programmierung nutzt, um über mittel- bis langfristige Zeithorizonte ein kostengünstigstes Energiesystem zu erzeugen, das entsprechend einer Reihe von Benutzereinschränkungen optimiert ist. Kurz gesagt, TIMES dient der „Erforschung möglicher Energiezukünfte auf der Grundlage kontrastierender Szenarien“.
TIMES-Modelle umfassen alle Schritte von Primärressourcen über die Kette von Prozessen, die Energie umwandeln, transportieren, verteilen und in die Bereitstellung von Energiedienstleistungen umwandeln, die von Energieverbrauchern nachgefragt werden. Auf der Energieversorgungsseite umfasst es die Brennstoffförderung, die Primär- und Sekundärproduktion sowie den exogenen Import und Export. Die „Agenten“ der Energieversorgungsseite sind die „Produzenten“. Über verschiedene Energieträger wird Energie an die Nachfrageseite geliefert, die sektoral in die Sektoren Wohnen, Gewerbe, Landwirtschaft, Verkehr und Industrie unterteilt werden kann. Die Aufschlüsselung des Nachfragesektors ist in TIMES völlig flexibel und anpassbar. Die „Agenten“ der Energienachfrageseite sind die „Verbraucher“. Die mathematischen, wirtschaftlichen und technischen Beziehungen zwischen diesen Energie-„Erzeugern“ und „Verbrauchern“ bilden die Grundlage für die TIMES-Modelle.
Die wichtigsten Erkenntnisse aus TIMES werden durch Szenarioanalysen gewonnen. Zunächst wird ein Referenzenergieszenario erstellt, indem das Modell ohne politische Einschränkungen ausgeführt wird. Diese Ergebnisse des Referenzszenarios stimmen normalerweise nicht vollständig mit nationalen Energieprognosen überein (die durch Simulation der zukünftigen Energienachfrage und -versorgung erstellt werden), hauptsächlich weil TIMES die Energiesysteme optimiert und so eine kostengünstigste Lösung bietet. Anschließend wird ein zweites Szenario erstellt, indem dem Modell eine (eine von vielen) politischen Einschränkungen auferlegt werden (z. B. Mindestanteil erneuerbarer Energien, maximale Menge an Treibhausgasemissionen oder Mindestniveau an Energiesicherheit), und das Modell generiert ein anderes kostengünstigstes Energiesystem mit unterschiedliche Technologie- und Kraftstoffoptionen. Wenn die Ergebnisse mit denen des Referenzszenarios verglichen werden, können die verschiedenen Technologieoptionen identifiziert werden, die die politische Einschränkung mit den geringsten Kosten umsetzen.
Sobald alle Eingaben, Einschränkungen und Szenarien umgesetzt wurden, versucht das Modell, das Energiesystem zu lösen und zu bestimmen, das die Energiedienstleistungsanforderungen über den gesamten Zeithorizont zu den geringsten Kosten erfüllt. Dies geschieht, indem gleichzeitig Entscheidungen über Ausrüstungsinvestitionen sowie Entscheidungen über den Betrieb, die Primärenergieversorgung und den Energiehandel nach Regionen getroffen werden. TIMES geht von perfekter Vorausschau aus, das heißt, dass alle Investitionsentscheidungen in jeder Periode in voller Kenntnis zukünftiger Ereignisse getroffen werden (auch kurzsichtige Läufe des Modells sind möglich). Es optimiert horizontal (über alle Sektoren) und vertikal (über alle Zeiträume, für die das Limit gilt). Das Ergebnis wird der optimale Mix aus Technologien und Kraftstoffen für jeden Zeitraum sein, zusammen mit den damit verbundenen Emissionen, um den Bedarf zu decken. Das Modell konfiguriert die Produktion und den Verbrauch von Gütern (z. B. Kraftstoffe, Materialien und Energiedienstleistungen) sowie deren Preise; Wenn das Modell Angebot und Nachfrage, also Energieerzeuger und Energieverbraucher, in Einklang bringt, spricht man von einem Gleichgewicht. Mathematisch bedeutet dies, dass das Modell die Produzenten- und Konsumentenrente maximiert. Das Modell ist so aufgebaut, dass der Preis für die Produktion einer Ware die Nachfrage nach dieser Ware beeinflusst, während gleichzeitig die Nachfrage den Preis der Ware beeinflusst. Ein Markt soll bei Preisen p und Mengen q ein Gleichgewicht erreicht haben, wenn kein Verbraucher weniger als q kaufen möchte und kein Produzent mehr als q zum Preis p produzieren möchte. Wenn alle Märkte im Gleichgewicht sind, ist der gesamte wirtschaftliche Überschuss maximiert (dh die Summe der Produzenten- und Konsumentenüberschüsse). Die wichtigsten Output-Zeiten sind Energiesystemkonfigurationen, die die Endenergiedienstleistungsanforderungen zu den geringsten Kosten erfüllen und gleichzeitig die verschiedenen Einschränkungen einhalten (z. B. 80 % Emissionsreduzierung, 40 % erneuerbare Stromdurchdringung). Das TIMES-Modell befasst sich zunächst mit der Frage: Ist das Ziel realisierbar? Wenn ein Energiesystem möglich ist, kann es dann geprüft werden, zu welchem Preis? Die Modellergebnisse sind Energieflüsse, Energierohstoffpreise, Treibhausgasemissionen, Kapazitäten von Technologien, Energiekosten und Grenzkosten für die Emissionsvermeidung.
Eine ausführliche Dokumentation finden Sie auf der Website von ETSAP:
i) Konzept und Theorie. ii) Umfassendes Referenzhandbuch. iii) Betrieb des TIMES-Codes.
Ein Demomodell ist auf GitHub verfügbar.
Informationen zu den Aktivitäten von ETSAP finden Sie auf der Website von ETSAP.
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