Forschungsprojekt PEREGRINE
Parallelisierung in der Energiesystemanalyse:
Mehrwerte für großskalige Optimierungsmodelle durch innovative Solver-Entwicklung
Für die Analyse und Planung der zukünftigen Energieversorgung ist die Modellierung großer und komplexer Energiesysteme essenziell. Dies geschieht sehr häufig mithilfe von Energiesystem-Optimierungsmodellen, die als Lineare Programme gelöst werden. Die zunehmende Komplexität dieser Modelle bringt jedoch existierende Software zum Lösen der Linearen Programme (Solver) an ihre Grenzen. Hier können Supercomputer und spezielle Solver-Software (PIPS-IPM++) für so genannte Distributed Memory Rechnerarchitekturen Abhilfe schaffen. Weil dies jedoch spezielles Fachwissen erfordert, zielt das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Projekt PEREGRINE darauf ab, die Nutzbarkeit dieser fortschrittlichen Methoden zum Lösen von sehr großen Energiesystem-Optimierungsmodellen zu verbessern.
Forschungsprojekt PEREGRINE | |
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Laufzeit | April 2024 bis März 2027 |
Förderung durch | Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz |
Projektbeteiligte | - Institut für Vernetzte Energiesysteme
- GAMS Software GmbH
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Im Fokus des Projekts steht die Modellannotation, also die intelligente und automatisierte Vorprozessierung eines mathematischen Optimierungsproblems. Die Annotation der Modelle ist aktuell noch ein aufwendiger Schritt zur Nutzung des Open-Source-Solvers PIPS-IPM++. Dieser Solver soll zudem in Bezug auf Robustheit und Performance optimiert werden. Weitere Projektschwerpunkte zielen darauf ab, den Solver für cloudbasierte Anwendungen auf nutzereigenen Clustern und Supercomputern anzupassen. Auch sollen Daten für die Modellierung komplexer Energiesysteme als Modellbibliothek zum Testen von unterschiedlichen Solvern erstellt und frei zur Verfügung gestellt werden. Zudem werden im Projektverlauf Workshops und weitere Austauschformate für Modellierungsfachleute aus Energiewirtschaft und Wissenschaft angeboten.
Der Beitrag des Instituts für Vernetzte Energiesysteme zum Projekt PEREGRINE fokussiert sich auf zwei Bereiche: Zum einen entwickelt das Projektteam semi- und vollautomatische Methoden zur Erzeugung von Strukturinformationen für den Solver PIPS-lPM++ (Modellannotation). Hintergrund: Bislang definieren Modellierende die Annotation während der Modellformulierung und geben anwendungsnahe Parameter wie Tage oder Wochen an. Die vollautomatische, modell-agnostische Annotation untersucht hingegen Ansätze, um nach der Modellübersetzung eine geeignete Struktur auf der Restriktionsmatrix des Optimierungsproblems zu bestimmen, die das parallele Lösen effizienter macht.
Zum anderen wird die Wissensbasis, die durch das Lösen von Energiesystem-Optimierungsmodellen auf Supercomputern entsteht, ausgebaut und standardisiert. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlicher sollen in die Lage versetzt werden PIPS-IPM++ direkt anzuwenden, auch wenn sie ein anderes Modellierungssystem als GAMS („General Algebraic Modelling System“; Programm zur mathematischen Modellierung der am Projekt beteiligten GAMS Software GmbH) nutzen. Das Projektteam lädt Modellierungsexpertinnen und -Experten zudem ein, ihre eigenen Instanzen hochauflösender, komplexer Energiesystem-Optimierungsmodelle anonymisiert als Teil der Modellbibliothek verfügbar zu machen. Dies dient dazu, Heuristiken zur Reduktion der Modellkomplexität zu validieren und die Effizienz der Lösungsverfahren zu steigern.
