Die Reduktion von Treibhausgasemissionen soll in der EU im Wesentlichen durch Energieeffizienzmaßnahmen und den Ausbau regenerativer Energien erreicht werden. Letzterer geht dabei mit einer Dezentralisierung der Energieversorgung sowie einer steigenden Fluktuation und Unsicherheit einher. Dadurch steigt der Bedarf an Flexibilität im Energiesystem. Neben klassischen, erzeugungsseitigen Flexibilitätsoptionen, Speichern und Lastverlagerungsmaßnahmen kommt in diesem Zusammenhang der Sektorkopplung (z.B. „Power-to-Gas“ oder „Power-to-Heat“) eine besondere Bedeutung zu. Diese ist außerdem notwendig zur Defossilisierung der Nicht-Stromsektoren und damit zum Erreichen der gesteckten Klimaziele. Mit der Kopplung steigen die Systemgröße und -komplexität, gleichzeitig gewinnen Interdependenzen und Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Elementen an Relevanz. Dies bringt neue Herausforderungen für die Energiesystemmodellierung und nachgelagerte Analysen mit sich. Um diesen Herausforderungen, insbesondere im Zusammenhang mit der Sektorkopplung, zu begegnen, hat das Technische Forschungszentrum Finnland VTT das Open Source Energiesystemmodellierungs-Framework Backbone entwickelt. Backbone ist ein sehr anpassungsfähiges Framework für die gemischt-ganzzahlige Investitions- und Einsatzoptimierung integrierter Energiesysteme. Zentrale Bestandteile des Frameworks sind die Abbildung mehrerer gekoppelter Sektoren, die Integration von zahlreichen technischen Randbedingungen, Reserveprodukten und Energiespeichern, die stochastische Berücksichtigung von Unsicherheiten sowie eine sehr flexible räumliche und zeitliche Auflösung.

Am Lehrstuhl Energiesysteme und Energiewirtschaft der Ruhr-Universität Bochum wird Backbone für verschiedene Fragen des Energieinfrastrukturbedarfs und -einsatzes, der Markt- und Systemintegration regenerativer Energien sowie des Marktdesigns und der Regulierung eingesetzt und gezielt weiterentwickelt. Aktuelle Studien analysieren z.B. die Rentabilität verschiedener regenerativer Energietechnologien im europäischen Vergleich oder untersuchen Auswirkungen gesellschaftlicher Akzeptanz auf die Energiesystementwicklung in Europa. Gegenwärtige und angestrebte Weiterentwicklungen von Backbone fokussieren darüber hinaus u.a. auf die Integration sog. „Reduced-Order Modelle“, um technische Details von Energieumwandlungsprozessen (z.B. Produktion von grünem oder blauem Wasserstoff) realistischer abzubilden, auf die Mehrzieloptimierung von Energiesystemen, um neben Kosten auch ökologische oder gesellschaftliche Aspekte berücksichtigen zu können, sowie die Wechselwirkung von Klima und Energiesystemen unter besonderer Berücksichtigung langfristiger Unsicherheiten.