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A review of mixed-integer linear formulations for framework-based energy system models

Hoffmann, Maximilian und Schyska, Bruno und Bartels, Julian und Pelser, Tristan und Behrens, Johannes und Wetzel, Manuel und Gils, Hans Christian und Tang, Chuen-Fung und Tillmanns, Marius und Stock, Jan und Xhonneux, André und Kotzur, Leander und Praktiknjo, Aaron und Thomas, Vogt und Jochem, Patrick und Linßen, Jochen und Weinand, Jann Michael und Stolten, Detlef (2024) A review of mixed-integer linear formulations for framework-based energy system models. Advances in Applied Energy (16). Elsevier. doi: 10.1016/j.adapen.2024.100190. ISSN 2666-7924.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666792424000283?via%3Dihub

Kurzfassung

Optimization-based frameworks for energy system modeling such as TIMES, ETHOS.FINE, or PyPSA have emerged as important tools to outline a cost-efficient energy transition. Consequently, numerous reviews have compared the capabilities and application cases of established energy system optimization frameworks with respect to their model features or adaptability but widely neglect the frameworks’ underlying mathematical structure. This limits their added value for users who not only want to use models but also program them themselves. To address this issue, we follow a hybrid approach by not only reviewing 63 optimization-based frameworks for energy system modeling with a focus on their mathematical implementation but also conducting a meta-review of 68 existing literature reviews. Our work reveals that the basic concept of network-based energy flow optimization has remained the same since the earliest publications in the 1970s. Thereby, the number of open-source available optimization frameworks for energy system modeling has more than doubled in the last ten years, mainly driven by the uptake of energy transition and progress in computer-aided optimization. To go beyond a qualitative discussion, we also define the mathematical formulation for a mixed-integer optimization model comprising all the model features discussed in this work. We thereby aim to facilitate the implementation of future object-oriented frameworks and to increase the comprehensibility of existing ones for energy system modelers.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207107/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A review of mixed-integer linear formulations for framework-based energy system models
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hoffmann, Maximilianmax.hoffmann (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schyska, BrunoBruno.Schyska (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8206-8863NICHT SPEZIFIZIERT
Bartels, JulianJulian.Bartels (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2623-9787NICHT SPEZIFIZIERT
Pelser, TristanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Behrens, JohannesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wetzel, ManuelManuel.Wetzel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7838-2414NICHT SPEZIFIZIERT
Gils, Hans ChristianHans.Gils (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6745-6609NICHT SPEZIFIZIERT
Tang, Chuen-FungNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tillmanns, MariusNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stock, JanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Xhonneux, AndréNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kotzur, LeanderNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Praktiknjo, AaronNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thomas, Vogtt.vogt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6268-8694NICHT SPEZIFIZIERT
Jochem, PatrickPatrick.Jochem (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7486-4958NICHT SPEZIFIZIERT
Linßen, JochenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weinand, Jann MichaelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stolten, DetlefNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 September 2024
Erschienen in:Advances in Applied Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.adapen.2024.100190
Verlag:Elsevier
ISSN:2666-7924
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Meta-review; Energy system optimization; Modeling frameworks; Multi-objective optimization; Aggregation methods
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Energiesystemtransformation
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Systemanalyse und Technologiebewertung
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemanalyse, OL
Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemanalyse, ST
Hinterlegt von: Bartels, Julian
Hinterlegt am:09 Okt 2024 09:33
Letzte Änderung:11 Nov 2024 14:51

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