Open source per un ‘energiewende’ globale

I modelli di computer sono essenziali per ottenere il turnaround energetico noto anche come “Energiewende”. Le simulazioni possono aiutare nella pianificazione delle capacità di generazione, trasporto e immagazzinamento di energia, tenendo conto di parametri dinamici come il tempo e il consumo di energia. Gli scienziati del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno avuto un ruolo cruciale nello sviluppo dei corrispondenti strumenti di modellazione che l’Associazione Helmholtz (HGF) ha recentemente reso disponibili su una piattaforma Internet, gratuita e open source. Questa Helmholtz Energy Computing Initiative (HECI) mira a facilitare la cooperazione durante l’attuazione di misure di protezione del clima nei sistemi energetici.

Che si tratti della pianificazione di nuove linee elettriche, centrali elettriche distribuite o di un imminente emendamento alla regolamentazione del mercato dell’energia, i modelli di computer aiutano a prendere decisioni fondate nel contesto della svolta energetica. Finora non esistevano standard di modellazione comuni. Con la Helmholtz Energy Computing Initiative (HECI), a cui partecipano scienziati di vari centri Helmholtz, incluso KIT, l’HGF presenta ora una piattaforma sulla quale, per la prima volta, benchmark ad accesso aperto, metodi scalabili, dati realistici, e software open source sono disponibili per la pianificazione del progetto e l’ottimizzazione dei futuri sistemi energetici: “Con questa iniziativa, forniamo l’accesso gratuito a risorse preziose sulla strada per un sistema energetico sicuro, sostenibile e conveniente”, afferma il professor Holger Hanselka, Vice -Presidente del settore Ricerca Energetica dell’Associazione Helmholtz e Presidente del KIT. “Siamo quindi chiaramente impegnati per l’open source e uno scambio trasparente nella scienza. In questo modo, non solo stabiliamo standard globali per la modellazione del sistema energetico, ma anche per la cooperazione e la scienza aperta nello spirito dei principi dell’Associazione Helmholtz”.

Toolbox per la trasformazione del sistema energetico

Tra le numerose offerte di HECI c’è, ad esempio, un toolbox software gratuito chiamato “Python for Power System Analysis” (PyPSA), che può essere utilizzato per simulare e ottimizzare i moderni sistemi di alimentazione. Il “Framework for Integrated Energy Assessment” (FINE) – software sviluppato appositamente per migliorare i sistemi energetici intersettoriali, aiuta a determinare percorsi di trasformazione per il sistema complessivo. Algoritmi di nuova concezione come “McCormick-based Algorithm for mixed-integer Nonlinear Global Optimization” (MAiNGO) o “Time Series Aggregation Module” (tsam), sono disponibili per risolvere problemi di ottimizzazione tipici nell’espansione delle energie rinnovabili. Oltre alle offerte software, la piattaforma HECI contiene record di dati e benchmark, ovvero modelli di sistemi energetici completati che includono dati per la valutazione e il miglioramento dei metodi di simulazione. L’interazione di diversi strumenti consente decisioni operative e di investimento ottimali all’interno dell’intera gamma di sistemi energetici, da quelli per le singole proprietà alle reti transeuropee di trasmissione dell’energia. Allo stesso tempo, aiutano a lavorare per raggiungere gli obiettivi climatici di Parigi.

La piattaforma HECI è stata implementata da scienziati nell’ambito dell’iniziativa congiunta Helmholtz “Energy System 2050”. Per questa iniziativa, KIT ha collaborato con il Centro aerospaziale tedesco (DLR) e Forschungszentrum J眉lich (FZJ), Helmholtz Center Potsdam (GFZ), Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Max- Planck Institute for Plasma Physics (partner associato all’IPP), Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ).

Promuovere la cooperazione e lo scambio nella ricerca energetica

Un ecosistema aperto e condiviso per la modellazione dei sistemi energetici ha molti vantaggi: poiché la politica energetica può essere molto controversa, la ricerca aperta aumenta la fiducia dei decisori politici e del pubblico nei risultati della scienza. La disponibilità dell’accesso aperto riduce anche le ridondanze nel lavoro di ricerca, in modo che le risorse possano essere utilizzate in modo più efficiente. Inoltre, ciò avrà un effetto benefico sulla qualità della ricerca stessa: feedback e correzioni di errori da parte di numerosi attori possono contribuire all’ulteriore sviluppo del codice open source.

Infine, la disponibilità di software open source favorisce anche la cooperazione nel settore energetico a livello nazionale e internazionale. Ciò facilita lo scambio dei modelli in quanto creati con gli stessi strumenti; e il software può anche essere adattato più facilmente alle esigenze individuali. Invece di dover ricorrere a costosi corsi di formazione, gli utenti possono sostenersi a vicenda quando lavorano con gli strumenti. Gli strumenti di modellazione dell’Associazione Helmholtz sono già in uso oggi, ad esempio, presso i principali gestori di reti di trasmissione di energia in Germania. Sono anche utilizzati in tutto il mondo da istituti di ricerca, ONG e imprese.