Energiesystemmodell STEM für die Schweiz

Energiesysteme stehen vor komplexen, langfristigen Herausforderungen. Das von der Gruppe Energiewirtschaft am Paul Scherrer Institut PSI entwickelte Energiesystemmodell STEM ist zu einem wesentlichen Instrument für die Steuerung der Energiewende in der Schweiz geworden.

Vor etwas mehr als fünfzehn Jahren hatte Kannan Ramachandran eine Idee. Der Wissenschaftler in der Gruppe Energiewirtschaft am Labor für Energiesystem-Analysen des PSI begann, an einem neuen energiewirtschaftlichen Modell für die Schweiz zu arbeiten. Eine Anschubfinanzierung des Bundesamts für Energie half ihm dabei. Eines der Merkmale, die Ramachandran sich wünschte, war eine zeitliche Auflösung im Bereich von Stunden. Das war Neuland. Zu den Hürden, die der Forscher zu bewältigen hatte, gehörten unzureichende Daten und begrenzte Rechenressourcen. Auch der Zeitplan war knapp bemessen.

Heute umfasst das Modell die gesamte Schweizer Energielandschaft – von Stromversorgung und Verkehr bis hin zu Gebäuden und Industrie. Das von der Gruppe Energiewirtschaft am PSI entwickelte Modell ist zu einem hochmodernen analytischen Instrument für die energiepolitische Analyse in der Schweiz herangewachsen und ist heute ein Eckpfeiler der nationalen Energieforschung.

Da sich die Energiesysteme verschiedener Länder voneinander unterscheiden, benötigt jedes Land sein eigenes Modell. Dieses muss die jeweiligen geografischen und klimatischen Bedingungen, die bestehende Energieinfrastruktur, die Wirtschaftsstruktur sowie die nationalen politischen Rahmenbedingungen und kulturellen Präferenzen widerspiegeln. Das gilt auch für die Energiewende. Derzeit verwenden vor allem die Wissenschaft, die Politik und Interessenverbände STEM, um den Übergang der Schweiz zu einem CO2-freien Energiesystem zu untersuchen. Mithilfe des Modells werden Fragen zur Dekarbonisierung von Strom und Verkehr, zur Integration fluktuierender erneuerbarer Energien, zur effizienten Nutzung heimischer Biomasse und zur strategischen Rolle der Wasserkraft beantwortet.

Im Laufe der Jahre wurden Umfang, Tiefe und Rechenkapazität des STEM-Modells stetig erweitert, sodass es sich weltweit als eines der führenden technologiereichen, energiewirtschaftlichen Modelle etabliert hat.

Die nächste Stufe
Da die Energiewende in der Schweiz immer komplexer wird, wird auch das STEM-Modell weiterentwickelt, um die nächste Generation politischer Entscheidungen zu unterstützen. Die Gruppe arbeitet daran, das Modell so zu erweitern, dass sich damit die dringlichsten Herausforderungen der Netto-Null-Wende sektor- und regionsübergreifend in Angriff nehmen lassen. Die neue Version wird in der Lage sein, neben Kohlendioxid auch weitere Treibhausgase zu berücksichtigen, wie Methan aus der Landwirtschaft und Abfallwirtschaft sowie Lachgas aus dem Einsatz von Düngemitteln und industriellen Prozessen. Zudem wird STEM verwendet, um die weitreichenderen Auswirkungen des Klimawandels und der Luftverschmutzung auf Gesundheit und Wirtschaft zu beurteilen. Mit diesen neuen Fähigkeiten ist STEM auf dem besten Weg, das erste vollständig integrierte Bewertungsmodell der Schweiz zu werden – so wie es vor 15 Jahren das erste gross angelegte Energiesystemmodell des Landes war. (mgt/nfz)