FORECAST-Tertiary

Name

Forecasting Energy Consumption Analysis and Simulation Tool - Tertiary

Version des Modells

Forecast 2024

Betreibende Organisation

Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung

Zweck des Modells

Ziel // Simulation des langfristigen Endenergieverbrauchs von Geräten und Prozessen im Gewerbe-, Handel- und Dienstleistungssektor, ohne den Endenergieverbrauch für Raumheizung, Raumkühlung und Warmwasser.
Forschungsfragen
- Wie wird sich der Endenergieverbrauch für Geräte und Prozesse im Gewerbe-, Handel- und Dienstleistungssektor in Deutschland bis zum Jahr 2050 entwickeln?
- Wie beeinflussen die politischen Rahmenbedingungen das Investitions- und Energieverbrauchsverhalten?
- Wie beeinflussen die Energiepreise das Energieverbrauchsverhalten?
Art der Szenarien // Fokus auf explorative Szenarien, die darauf abzielen, das zukünftige Investitions- und Energieverbrauchsverhalten des Gewerbe-, Handel- und Dienstleistungssektors zu simulieren. Das Modell kann instrumentenbasierte Szenarien simulieren. Um Zielszenarien zu simulieren, können Benutzer verschiedene sinnvolle Kombinationen politischer Instrumente ausprobieren, bis das Ziel erreicht ist. Es gibt jedoch keine Garantie dafür, dass das Ziel optimal erreicht wird.
Primäre Ergebnisse des Modells // Endenergieverbrauch für Geräte und Prozesse (TWh); Kosten (Geräteinkauf und Energie in Euro); Emissionen (Scope 1-2, vgl. Greenhouse Gas Protocol); Marktanteile (die Anteile unterschiedlicher Gerätetypen und Effizienzklassen am Bestand)

Akteure

Illustration von repräsentativen Unternehmen des Gewerbe- und Handel- und Dienstleistungssektors. Die Agenten in diesem Modell sind „repräsentative Unternehmen“, die mit ihrem „Subsektor“ und ihren Endanwendungen sowie den Geräten zur Befriedigung der „Dienstleistungsnachfrage“ jeder Endanwendung initialisiert wurden. Basierend auf einer großen Anzahl von Agenten simuliert das Modell den Technologiewandel sowie die Veränderung der Endenergienachfrage aus einer Bottom-up-Perspektive. Der Entscheidungsprozess wird auf Agentenebene modelliert und dann auf Subsektor- und nationaler Ebene aggregiert.
Simulation von Kauf- und Energieverbrauchsentscheidungen unter Verwendung von Rentabilitätsberechnungen, Logit-Verteilungen und Annahmen über die Preiserwartungen von Unternehmen des Dienstleistungssektors

Dokumentation

Dokumentation: https://www.forecast-model.eu/forecast-en/index.php
Artikel: https://doi.org/10.5771/9783845267487

Räumliche Abdeckung

Deutschland

Zeithorizont

Start: 2019
Ende: Typischerweise 2045 oder 2050

Zeitliche Auflösung

jährliche Auflösung

Konzeptionelle Gestaltungsprinzipien

Wesentliche Konzepte // Die Berechnung des Endenergiebedarfs erfolgt in einem agentenbasierten Rahmen. Die GHD-Sektoren werden durch eine große Anzahl von Agenten repräsentiert, die nach Untersektoren klassifiziert sind. Die Agenten repräsentieren einzelne Unternehmen und werden mit der Adoption von Geräten sowie den Verhaltensparametern (u.a. Betriebsstunden pro Jahr, Energieintensität, etc.) initialisiert. Für jede Endanwendung jedes Unternehmens wird der Unternehmensvertreter bei Erreichen der Lebensdauer veranlasst, die Geräte zu ersetzen, indem er eine der auf dem Markt verfügbaren Optionen auswählt, die durch die Ökodesign-Politik des Modells beeinflusst werden können. Die Kostenbewertung der verschiedenen Optionen wird auch durch die Energiekosten beeinflusst. Infolgedessen wird der Endenergiebedarf des gesamten tertiären Sektors aus einer Bottom-up-Perspektive berechnet.
Endogene Variablen // Endenergieverbrauch für Geräte und Prozesse (TWh); Kosten (Geräteeinkauf und Energie in Euro); Emissionen (Scope 1-2 vgl. Greenhouse Gas Protocol); Marktanteile (nach Energieeffizienzklassen);
Exogene Variablen // Bevölkerungsentwicklung; Strom- und Energiepreise (Verbraucherpreise); Gerätepreise (Kaufkosten); Gerätebestand im Startjahr; politische Rahmenbedingungen (Mindesteffizienzstandards; Förderung; Informationsinstrumente)

Methodischer/mathematischer Ansatz

Ansatz //
- Bestandsmodell: Berechnet den Energieverbrauch auf der Grundlage des aktuellen Gerätebestands der Agenten sowie ihres spezifischen Verbrauchs;
- Logistische Funktion: Modelliert die Wahl der Firmenagenten, die aus den verfügbaren Optionen auf dem Markt wählen;
- Lebensdauermodellierung: Verwendet normalverteilte Ausfallwahrscheinlichkeiten, um die Erneuerung des Gerätebestands zu simulieren;
- Geräte- und Effizienzauswahl: Basiert auf Mindesteffizienzstandards und der Markteinführung neuer Technologien;
- Verbrauchsberechnung: Der Energieverbrauch wird aus dem spezifischen Verbrauch der Geräte, multipliziert mit der Betriebsstunde, berechnet;
- Wirtschaftliche Bewertung: Ermittelt die Kosten unterschiedlicher Geräte und Effizienzklassen unter Berücksichtigung der Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten.
Einordnung // Bottom-up Simulationsmodell

OpenSource

Forecast-Tertiary ist nicht Open Source. Gegen eine Veröffentlichung spricht vor allem der hohe Aufwand, um den Code zugänglich und lesbar für Außenstehende zu machen. Da es sich um eine Eigenentwicklung handelt, sind Kenntnisse der Programmiersprache nicht hinreichend, um die Modellierung zu verstehen. Insofern würde eine Veröffentlichung aktuell keinen Mehrwert für Transparenz bieten.

Parameter

Zu den wichtigsten Parametern gehören die Akzeptanzrate verschiedener Endanwendungen in den Teilsektoren des GHD sowie die Aktivitätsintensität der Endanwendungen. Diese Parameter werden auf Grundlage der vom Fraunhofer ISI durchgeführten GHD-Befragung geschätzt.

Programmiersprache

Python

Programmtechnische Gestaltungsprinzipien

FORECAST-Tertiary wird in Python implementiert und basiert auf einem allgemeinen Framework für agentenbasierte Modellierung, genannt „Melodie“. Das Framework ist Open Source auf GitHub (https://github.com/ABM4ALL/Melodie).
Erstens werden die Teilsektoren in GHD nach dem agentenbasierten Ansatz durch eine große Anzahl von Agenten, d. h. repräsentative Unternehmen, repräsentiert.
Zweitens gibt es über den Agenten ein Objekt „Umgebung“, das die Entscheidungsprozesse der Agenten koordiniert.
Drittens werden die Eingabedaten über ein Objekt namens „Szenario“ an die Umgebung und die Agenten übermittelt.
Schließlich werden alle Komponenten (einschließlich Agenten, Umgebung, Szenario) in einem Container namens „Modell“ gespeichert.

Räumliche Auflösung

NUTS 0 (Nationalstaaten)

Sektoren

Gewerbe, Handel, Dienstleistungen (GHD)

Software

PyCharm

Techniken

siehe oben

Treibhausgasemissionen

CO₂

Unsicherheit

Unsicherheiten werden nicht explizit abgebildet, Vertrauensintervalle werden nicht standardmäßig erzeugt. In der Regel werden Unsicherheiten im Rahmen von Sensitivitäten aufgezeigt.

Visualisierung des Modells und dessen Funktionsweisen

Ähnlich Forecast-Residential

Modellierungsprozess

Datenflüsse im Kontext des Modellierungsprozesses von FORECAST-Tertiary

Dieser Graph zeigt woher (und wieviele) Datensätze direkt oder indirekt in FORECAST-Tertiary fließen.

flowchart LR
classDef default text-decoration:none
view["VIEW"]
click view href "/Modell/view/"
forecast_tertiary__lawienmod(["2"])
click forecast_tertiary__lawienmod href "/Modellierungsprozess/forecast_tertiary__lawienmod/"
lawienmod["LaWiEnMod"]
click lawienmod href "/Modell/lawienmod/"
rahmendaten_preisindex_bruttoinlandsprodukt_deflator(["Rahmendaten - Preisindex Bruttoinlandsprodukt (Deflator)"])
click rahmendaten_preisindex_bruttoinlandsprodukt_deflator href "/Datensatz/rahmendaten_preisindex_bruttoinlandsprodukt_deflator/"
view__forecast_tertiary(["4"])
click view__forecast_tertiary href "/Modellierungsprozess/view__forecast_tertiary/"
endverbrauchspreistabelle(["Endverbrauchspreise der Energieträger für die Treibhausgas-Projektionen 2025 (Datentabelle)"])
click endverbrauchspreistabelle href "/Datensatz/endverbrauchspreistabelle/"
rahmendaten_preis_im_nationalen_emissionshandel_eu_ets_2(["Rahmendaten - Preis im nationalen Emissionshandel / EU ETS 2"])
click rahmendaten_preis_im_nationalen_emissionshandel_eu_ets_2 href "/Datensatz/rahmendaten_preis_im_nationalen_emissionshandel_eu_ets_2/"
powerflex["PowerFlex"]
click powerflex href "/Modell/powerflex/"
output(("Ergebnisdaten"))
rahmendaten_bruttoinlandsprodukt(["Rahmendaten - Bruttoinlandsprodukt"])
click rahmendaten_bruttoinlandsprodukt href "/Datensatz/rahmendaten_bruttoinlandsprodukt/"
rahmendaten_erwerbstaetige(["Rahmendaten - Erwerbstätige"])
click rahmendaten_erwerbstaetige href "/Datensatz/rahmendaten_erwerbstaetige/"
input__forecast_tertiary(["12"])
click input__forecast_tertiary href "/Modellierungsprozess/input__forecast_tertiary/"
rahmendaten_preis_eu_emissionshandel_eu_ets_1(["Rahmendaten - Preis im EU Emissionshandel / EU ETS 1"])
click rahmendaten_preis_eu_emissionshandel_eu_ets_1 href "/Datensatz/rahmendaten_preis_eu_emissionshandel_eu_ets_1/"
instrumentenwirkung(["Treibhausgasminderungswirkung der Instrumente der Treibhausgas-Projektion 2025 für Deutschland (Datentabelle)"])
click instrumentenwirkung href "/Datensatz/instrumentenwirkung/"
forecast_tertiary__output(["21"])
click forecast_tertiary__output href "/Modellierungsprozess/forecast_tertiary__output/"
input(("Eingangsdaten"))
forecast_tertiary["FORECAST-Tertiary"]
click forecast_tertiary href "/Modell/forecast_tertiary/"
style forecast_tertiary fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
forecast_tertiary__enusem(["11"])
click forecast_tertiary__enusem href "/Modellierungsprozess/forecast_tertiary__enusem/"
forecast_tertiary__powerflex(["13"])
click forecast_tertiary__powerflex href "/Modellierungsprozess/forecast_tertiary__powerflex/"
parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2025 (Datentabelle)"])
click parametrisierungstabelle href "/Datensatz/parametrisierungstabelle/"
datentabelle(["Datentabelle für die Treibhausgas-Projektionen 2025 für Deutschland"])
click datentabelle href "/Datensatz/datentabelle/"
enusem["ENUSEM"]
click enusem href "/Modell/enusem/"
rahmendaten_gesamtbevoelkerung(["Rahmendaten - Gesamtbevölkerung"])
click rahmendaten_gesamtbevoelkerung href "/Datensatz/rahmendaten_gesamtbevoelkerung/"
forecast_tertiary --> forecast_tertiary__lawienmod
forecast_tertiary --> forecast_tertiary__output
forecast_tertiary__output --> output
forecast_tertiary --> forecast_tertiary__enusem
rahmendaten_bruttoinlandsprodukt --> forecast_tertiary
rahmendaten_preis_eu_emissionshandel_eu_ets_1 --> forecast_tertiary
view__forecast_tertiary --> forecast_tertiary
rahmendaten_preisindex_bruttoinlandsprodukt_deflator --> forecast_tertiary
forecast_tertiary__enusem --> enusem
parametrisierungstabelle --> forecast_tertiary
forecast_tertiary --> forecast_tertiary__powerflex
forecast_tertiary --> instrumentenwirkung
forecast_tertiary__powerflex --> powerflex
rahmendaten_erwerbstaetige --> forecast_tertiary
input --> input__forecast_tertiary
endverbrauchspreistabelle --> forecast_tertiary
view --> view__forecast_tertiary
forecast_tertiary__lawienmod --> lawienmod
rahmendaten_gesamtbevoelkerung --> forecast_tertiary
forecast_tertiary --> datentabelle
rahmendaten_preis_im_nationalen_emissionshandel_eu_ets_2 --> forecast_tertiary
input__forecast_tertiary --> forecast_tertiary

Direkte Datenflüsse zu FORECAST-Tertiary

Dieser Graph zeigt an, welche Datensätze direkt in FORECAST-Tertiary fließen oder durch FORECAST-Tertiary ausgegeben werden.

flowchart LR
classDef default text-decoration:none
rahmendaten_preis_eu_emissionshandel_eu_ets_1(["Rahmendaten - Preis im EU Emissionshandel / EU ETS 1"])
click rahmendaten_preis_eu_emissionshandel_eu_ets_1 href "/Datensatz/rahmendaten_preis_eu_emissionshandel_eu_ets_1/"
instrumentenwirkung(["Treibhausgasminderungswirkung der Instrumente der Treibhausgas-Projektion 2025 für Deutschland (Datentabelle)"])
click instrumentenwirkung href "/Datensatz/instrumentenwirkung/"
rahmendaten_preisindex_bruttoinlandsprodukt_deflator(["Rahmendaten - Preisindex Bruttoinlandsprodukt (Deflator)"])
click rahmendaten_preisindex_bruttoinlandsprodukt_deflator href "/Datensatz/rahmendaten_preisindex_bruttoinlandsprodukt_deflator/"
interface_1a4a_ghd_prozesse_mwms(["MWMS Interface zwischen ENUSEM und FORECAST-Tertiary"])
click interface_1a4a_ghd_prozesse_mwms href "/Datensatz/interface_1a4a_ghd_prozesse_mwms/"
endverbrauchspreistabelle(["Endverbrauchspreise der Energieträger für die Treibhausgas-Projektionen 2025 (Datentabelle)"])
click endverbrauchspreistabelle href "/Datensatz/endverbrauchspreistabelle/"
rahmendaten_preis_im_nationalen_emissionshandel_eu_ets_2(["Rahmendaten - Preis im nationalen Emissionshandel / EU ETS 2"])
click rahmendaten_preis_im_nationalen_emissionshandel_eu_ets_2 href "/Datensatz/rahmendaten_preis_im_nationalen_emissionshandel_eu_ets_2/"
forecast_tertiary_geraetepreise(["Gerätepreise"])
click forecast_tertiary_geraetepreise href "/Datensatz/forecast_tertiary_geraetepreise/"
forecast_tertiary["FORECAST-Tertiary"]
click forecast_tertiary href "/Modell/forecast_tertiary/"
style forecast_tertiary fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
forecast_tertiary_projizierte_energieverbraeuche(["projizierte Energieverbräuche"])
click forecast_tertiary_projizierte_energieverbraeuche href "/Datensatz/forecast_tertiary_projizierte_energieverbraeuche/"
interface_1a4a_ghd_prozesse_mms(["MMS Interface zwischen ENUSEM und FORECAST-Tertiary"])
click interface_1a4a_ghd_prozesse_mms href "/Datensatz/interface_1a4a_ghd_prozesse_mms/"
interface_1a2g_sverkehrbau_mms(["MMS Interface zwischen ENUSEM und FORECAST-Tertiary"])
click interface_1a2g_sverkehrbau_mms href "/Datensatz/interface_1a2g_sverkehrbau_mms/"
parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2025 (Datentabelle)"])
click parametrisierungstabelle href "/Datensatz/parametrisierungstabelle/"
datentabelle(["Datentabelle für die Treibhausgas-Projektionen 2025 für Deutschland"])
click datentabelle href "/Datensatz/datentabelle/"
rahmendaten_bruttoinlandsprodukt(["Rahmendaten - Bruttoinlandsprodukt"])
click rahmendaten_bruttoinlandsprodukt href "/Datensatz/rahmendaten_bruttoinlandsprodukt/"
interface_1a2g_sverkehrbau_mwms(["MWMS Interface zwischen ENUSEM und FORECAST-Tertiary"])
click interface_1a2g_sverkehrbau_mwms href "/Datensatz/interface_1a2g_sverkehrbau_mwms/"
rahmendaten_gesamtbevoelkerung(["Rahmendaten - Gesamtbevölkerung"])
click rahmendaten_gesamtbevoelkerung href "/Datensatz/rahmendaten_gesamtbevoelkerung/"
rahmendaten_erwerbstaetige(["Rahmendaten - Erwerbstätige"])
click rahmendaten_erwerbstaetige href "/Datensatz/rahmendaten_erwerbstaetige/"
interface_1a4a_ghd_prozesse_mms --> forecast_tertiary
forecast_tertiary --> interface_1a2g_sverkehrbau_mwms
forecast_tertiary --> interface_1a4a_ghd_prozesse_mwms
forecast_tertiary --> datentabelle
forecast_tertiary --> instrumentenwirkung
forecast_tertiary --> interface_1a4a_ghd_prozesse_mms
forecast_tertiary --> forecast_tertiary_projizierte_energieverbraeuche
forecast_tertiary --> interface_1a2g_sverkehrbau_mms
interface_1a2g_sverkehrbau_mwms --> forecast_tertiary
rahmendaten_preisindex_bruttoinlandsprodukt_deflator --> forecast_tertiary
interface_1a2g_sverkehrbau_mms --> forecast_tertiary
interface_1a4a_ghd_prozesse_mwms --> forecast_tertiary
parametrisierungstabelle --> forecast_tertiary
rahmendaten_erwerbstaetige --> forecast_tertiary
endverbrauchspreistabelle --> forecast_tertiary
rahmendaten_gesamtbevoelkerung --> forecast_tertiary
rahmendaten_bruttoinlandsprodukt --> forecast_tertiary
rahmendaten_preis_im_nationalen_emissionshandel_eu_ets_2 --> forecast_tertiary
rahmendaten_preis_eu_emissionshandel_eu_ets_1 --> forecast_tertiary
forecast_tertiary_geraetepreise --> forecast_tertiary