Der Modellierungsrahmen IRPopt (Integrierte Ressourcenplanung und -optimierung), der in erster Linie von Scheller(Fabian Scheller, 2018) am Institut für Infrastruktur- und Ressourcenmanagement der Universität Leipzig entwickelt wurde, ist ein gemischt-ganzzahliger linearer Programmiermodellierungsrahmen für den ökonomischen Dispatch mit Gewinnmaximierung als Hauptziel. IRPopt ist auf der Modellierungsinfrastrukturplattform IRPsim(Reichelt, Kühne, Scheller, Abitz, & Johanning, 2021) implementiert und beide sind Open Source unter der GPLv3(Fabian; Scheller & Reichelt, 2022) lizenziert.
IRPopt ist ein dynamisches, deterministisches und diskretes kommunales Energiesystemmodell mit einstellbarer zeitlicher Granularität und rollierendem Optimierungshorizont. Das mathematische Modell ist in GAMS geschrieben und verwendet den IBM CPLEX Solver.
Mit diesem Framework können Energiesystemmodelle aus einem großen Portfolio von Verbraucher-, Speicher-, Erzeuger- und Verteilerkomponenten und Energieträgern wie Strom, Wärme, Wasserstoff und verschiedenen fossilen Brennstoffen aufgebaut werden. Neben den Energieflüssen zwischen den Komponenten können auch die Geldflüsse zwischen den Akteuren, wie z.B. verschiedenen Lieferanten, Verteilern, Verbrauchern oder Regulierungsbehörden, modelliert werden. Die Zielfunktion maximiert den Gewinn. Eine wichtige Bedingung ist, dass die Nachfrage (z. B. nach Strom) in jedem Zeitschritt gedeckt werden muss, wenn keine Lastverschiebung auf der Verbraucherseite erlaubt ist. Wenn die Lastverschiebung auf der Verbraucherseite erlaubt ist, muss der Bedarf über einstellbare Zeiträume der Lastverschiebung gedeckt werden. Die Lastverschiebungseinstellungen erlauben die Verschiebung von 0 - 100% der Last innerhalb der angegebenen Lastverschiebungsperiode und sind einstellbar.
IRPopt wurde bereits in der Vergangenheit zur Beantwortung einer größeren Bandbreite von Forschungsfragen eingesetzt, z. B. zum Potenzial von Demand Response in Haushalten durch variable Stromtarife(Fabian Scheller, Krone, Kühne, & Bruckner, 2018) oder zum Wettbewerb zwischen gleichzeitigen nachfrageseitigen Flexibilitätsoptionen im Fall von kommunalen Stromspeichern(Fabian Scheller, Burkhardt, Schwarzeit, McKenna, & Bruckner, 2020), siehe auch das folgende Kapitel mit IRPopt-Anwendungsfällen.
Die Hauptvorteile von IRPopt im Vergleich zu vielen anderen Modellen sind Modularität, zeitliche Granularität und rollierender Optimierungshorizont. Die Modularität erlaubt es, Modelle effizient aus einem großen Portfolio von Technologiekomponenten über ganze Wertschöpfungsketten aufzubauen. Die zeitliche Granularität ist frei einstellbar, zum Beispiel auf ¼-Stunden-Auflösung. Der Optimierungshorizont von einem Jahr inklusive eines einstellbaren rollierenden Horizonts deckt saisonale Effekte ab, wobei die perfekte Vorausschau eingeschränkt bleibt. Eine detailliertere Modellbeschreibung findet sich im Zusatzmaterial dieses Artikels und in(Fabian Scheller, 2018).