Die dauerhafte Versorgung von Wirtschaft und Gesellschaft mit Energie wie Strom und Wärme aus nachhaltig nutzbaren, erneuerbaren oder regenerativen Quellen (erneuerbare Energien). Durch die Energiewende soll der Anteil der fossilen Energieträger wie Erdöl, Erdgas, Kohle und der Kernenergieanteil am Energiemix in Deutschland zugunsten der erneuerbaren Energien verringert werden.

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Die Dunkelflaute als sogenanntes Kofferwort beschreibt das gleichzeitige Auftreten von Dunkelheit und Windflaute. Diese Wetterlage entsteht typischerweise im Winter und sorgt für geringe Erträge aus Solar- und Windenergie bei gleichzeitig saisonal hohem Strombedarf. Eine Dunkelflaute kann mehrere Tage andauern, dann auch "kalte Dunkelflaute" genannt.

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CO2 Vermeidungskosten beschreiben die Kosten, die für die Reduzierung einer bestimmten CO2 Menge gegenüber einer Referenztechnologie (oder einem Referenzzeitpunkt) anfallen. Hierin sind jeweils die Investitions- und Betriebskosten sowie die verbrauchsgebundenen Kosten angegeben. Erlöse aus Strom- bzw. Wärmeverkäufen fließen in die Berechnung nicht mit ein. Vermeidungskosten werden üblicherweise spezifisch in € pro kg CO2 angegeben.

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Eine Lebenszyklusanalyse (Ökobilanz, Life Cycle Assessment / LCA) ist eine Analyse sämtlicher Umwelteinwirkungen eines Produktes während des gesamten Lebensweges (von der Wiege bis zur Bahre „from cradle to grave“). Dies kann in Form einer Einzelanalyse oder einer Gegenüberstellung von mehreren Produkten sein.

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Ein Strommarkt ist ein Markt für elektrische Energie, also ein besonders wichtiger Energiemarkt. Dort werden Energiemengen, die in Kraftwerken ggf. erzeugt werden können, im Voraus an Unternehmen verkauft, die sie entweder selbst verbrauchen oder an ihre Kunden weiterleiten. Daraus, dass diverse technische Verhältnisse bei Stromlieferungen deutlich anders sind als z.B. bei Erdgaslieferungen, ergeben sich auch entsprechende Unterschiede zwischen den jeweiligen Energiemärkten. Dies betrifft insbesondere den Umstand, dass Speicher für elektrische Energie anders als solche für Erdgas nur in sehr begrenztem Umfang verfügbar sind, so dass die Erzeugung weitestgehend den zeitlichen Schwankungen des Stromverbrauchs folgen muss.

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Als Merit Order bezeichnet die Energiewirtschaft die Einsatzreihenfolge der stromproduzierenden Kraftwerke auf einem Stromhandelsplatz, um die wirtschaftlich optimale Stromversorgung zu gewährleisten. Die Merit Order orientiert sich an den niedrigsten Grenzkosten, also der Kosten, die bei einem Kraftwerk für die letzte produzierte Megawattstunde anfallen. Die Merit-Order ist darum unabhängig von den Fixkosten einer Stromerzeugungstechnologie. Die Kraftwerke, die fortlaufend sehr preisgünstig Strom produzieren, werden gemäß der Merit-Order als erstes zur Einspeisung zugeschaltet. Danach werden so lange Kraftwerke mit höheren Grenzkosten hinzugenommen, bis die Nachfrage gedeckt ist.

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Die Versorgungssicherheit ist ein zentrales Ziel der Energiepolitik. Grundlegend bedeutet Versorgungssicherheit im Bereich der Energieversorgung, dass jederzeit die benötigten Energie­mengen zur Verfügung stehen.

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Größenkostenersparnisse, Skalenerträge; Kostenersparnisse, die bei gegebener Produktionsfunktion (Produktionstechnik) infolge konstanter Fixkosten auftreten, wenn die Ausbringungsmenge wächst, da bei wachsender Betriebsgröße die durchschnittlichen totalen Kosten (DTK) bis zur sog. mindestoptimalen technischen Betriebs- bzw. Unternehmensgröße (MOS) sinken (der Anteil der fixen Kosten je produzierter Einheit wird immer kleiner). Economies of Scale sind daher eine Ursache für Unternehmenskonzentration.

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Die Kreislaufwirtschaft ist ein Modell der Produktion und des Verbrauchs, bei dem bestehende Materialien und Produkte so lange wie möglich geteilt, geleast, wiederverwendet, repariert, aufgearbeitet und recycelt werden. Auf diese Weise wird der Lebenszyklus der Produkte verlängert. In der Praxis bedeutet dies, dass Abfälle auf ein Minimum reduziert werden. Nachdem ein Produkt das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat, bleiben die Ressourcen und Materialien so weit wie möglich in der Wirtschaft. Sie können immer wieder produktiv genutzt werden, um weiterhin Wertschöpfung zu generieren. Die Kreislaufwirtschaft steht im Gegensatz zum traditionellen, linearen Wirtschaftsmodell ("Wegwerfwirtschaft"). Dieses Modell setzt auf große Mengen billiger, leicht zugänglicher Materialien und Energie. Die "geplante Obsoleszenz", gegen die das Europäische Parlament Maßnahmen fordert, ist ebenfalls Teil des Modells.

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Minimal Downtime bezeichnet die minimale Zeitdauer, die ein Kraftwerk außer Betrieb sein sollte. Diese repräsentiert keine harte physikalische Nebenbedingung, sondern ein ökonomisches Limit, da die Betreiber an der Minimierung der Zahl von Start-Ups und Shut-Downs interessiert sind, um die hohen thermischen Belastungen für die Kraftwerkskomponenten zu reduzieren.

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Der Wirkungsgrad ist allgemein das Verhältnis von abgegebener gewünschter Leistung zu zugeführter Leistung. Da dieses Verhältnis nicht für alle Betriebspunkte einer technischen Anlage gleich ist, wird der Wirkungsgrad bei Teillast, d.h. in einem anderen Betriebspunkt als demjenigen bei Nennlast als „Teillastwirkungsgrad“ bezeichnet. Dieser bezeichnet dabei keinen einzelnen Wert, sondern jeden Wirkungsgrad, den die Anlage außerhalb des Betriebspunkts bei Nennlast besitzt.

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Reliability must-run (RMR) units sind Kraftwerksanlagen, die während bestimmter Betriebsbedingungen nötig sind, um eine Sicherheit des Energiesystems in einer Wettbewerbsumgebung gewährleisten zu können.

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Grenzkosten sind der Kostenzuwachs der Gesamtkosten, der entsteht, wenn bei einer bestimmten Produktionsmenge eine weitere Gütereinheit hergestellt wird. Solange die Grenzkosten für die Herstellung einer jeweils weiteren Gütereinheit geringer sind als die Grenzerlöse, bringt die Produktionserhöhung für das Unternehmen einen Gewinn. Die Produktions- bzw. Absatzmenge, die dem Unternehmen den größtmöglichen Gewinn verschafft, ist erreicht, wenn die Grenzkosten den Grenzerlösen entsprechen.

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Im Rahmen der Energiesystemanalyse wird die Stromflussanalyse im Elektrizitätsnetz unter Berücksichtigung der Wirk- und Blindleistungen als AC Powerflow Analysis bezeichnet. Allerdings führt die Nichtlinearität des Problems zu einer hohen Beanschruchung von Rechenkapazitäten und Lösbarkeitsproblemen. Daher wird der Wechselstromfluss linearisiert, was in der vereinfachten DC Powerflow Analysis resultiert.

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Der Kapazitätsfaktor ist das dimensionslose Verhältnis aus tatsächlich erbrachter elektrischer Energie über einen definierten Zeitraum und der maximal über diesen Zeitraum möglichen, zu erbringenden elektrischen Energie.

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Linear Programming (LP) bezeichnet Optimierungsprobleme mit ausschließlich kontinuierlichen Variablen sowie ausschließlich linearen Funktionen in der Zielfunktion und den Nebenbedingungen.

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Quadratic Programming (QP) bezeichnet Optimierungsprobleme mit einer quadratischen Zielfunktion und linearen Nebenbedingungen.

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Mixed Integer Linear Programming (MILP) bezeichnet Optimierungsprobleme mit kontinuierlichen und diskreten Variablen sowie ausschließlich linearen Funktionen in der Zielfunktion und den Nebenbedingungen.

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Mixed Integer Nonlinear Programming (MINLP) bezeichnet Optimierungsprobleme mit kontinuierlichen und diskreten Variablen sowie nichtlinearen Funktionen in der Zielfunktion und/oder den Nebenbedingungen.

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Warm-Start beschreibt das Starten einer mathematischen Optimierung mit Anfangswerten, die nah an den Zielwerten, d.h. dem Optimum der zu optimierenden Zielfunktion liegen.

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Bei jedem determinierten Algorithmus bildet der Eingabewert eindeutig auf das Ergebnis ab. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass jeder deterministische Algorithmus determiniert sein muss, denn es wird immer die gleiche Verarbeitung bei einer Eingabe X durchgeführt. Im Gegensatz dazu steht aber, dass nicht jeder determinierte Algorithmus deterministisch sein muss, ein Algorithmus kann auch unterschiedliche Schritte abarbeiten und doch kommt er jeweils zum gleichen Ergebnis.

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Der Algorithmus heißt deterministisch, wenn es zu jeder Programmsituation eine nachfolgende Situation geben kann, wenn also zu jedem Zeitpunkt der Folgeschritt eindeutig bestimmt ist.

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Stochastische Simulationsalgorithmen stellen eine praktische Methode für die Simulation von Reaktionen dar, die naturgemäß stochastisch sind. Damit enthalten die Lösungen das Element der Wahrscheinlichkeit im Gegensatz zu deterministischen Lösungen.

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Die Monte-Carlo-Simulation oder Monte-Carlo-Methode, auch: MC-Simulation ist ein Verfahren aus der Stochastik, bei dem sehr häufig durchgeführte Zufallsexperimente die Basis darstellen. Es wird aufgrund der Ergebnisse versucht mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitstheorie analytisch unlösbare Probleme im mathematischem Kontext numerisch zu lösen. Als Rechtfertigung wird dabei vor allem das Gesetz der großen Zahl gesehen. Die Zufallsexperimente können entweder real durchgeführt werden, etwa durch Würfeln, oder durch die Erzeugung von Zufallszahlen. Heutzutage können computergenerierte Zufallsvorgänge in beinahe beliebig großem Umfang simuliert werden.

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Parallelisierung ist die Verwendung von zwei oder mehr Prozessoren (Kernen, Computern) in Kombination, um ein einzelnes Problem zu lösen.

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Multithreading ist eine softwaremäßige Aufspaltung von langsamen Vorgängen in parallele Threads, die durch zusätzliche Instruktionen der Zentraleinheit (CPU) parallel bearbeitet werden. Ein Task kann einen oder mehrere Threads enthalten, die nur auf bestimmten Prozessoren abgearbeitet werden können. Enthält ein Task mehrere Threads, dann laufen diese auf mehreren Prozessoren ab. Dies setzt allerdings voraus, dass der Task multithreaded ist.

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Branch-and-Bound (Verzweigung und Schranke) ist ein mathematisches Verfahren aus dem Bereich Operations Research, dessen Ziel es ist, für ein gegebenes
ganzzahliges Optimierungsproblem eine beste Lösung zu finden. Branch-and-Bound gehört zu den Entscheidungsbaum-Verfahren. Der Branch-and-Bound-Algorithmus besteht aus zwei Teilen: dem Branch (Verzweigung) und dem Bound (Abgrenzung). Im ungünstigsten Fall müssen alle möglichen Belegungen aufgezählt werden. Es wird versucht, den zu untersuchenden Lösungsraum möglichst klein zu halten, indem Zweige im aufgespannten Entscheidungsbaum als suboptimal identifiziert werden und aus der weiteren Betrachtung herausfallen.

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Branch-and-Cut bezeichnet in der kombinatorischen Optimierung, einem Teilgebiet der diskreten Mathematik, ein Verfahren zur Lösung ganzzahliger linearer Optimierungsprobleme. Das Verfahren besteht aus der Kombination von Schnittebenenverfahren und Branch-and-Bound.

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Ein Schnittebenenverfahren (engl. cutting plane algorithm) ist in der angewandten Mathematik ein Algorithmus zur Lösung ganzzahliger linearer Optimierungsprobleme. Die Grundidee besteht darin, statt eines ganzzahligen linearen Programms seine LP-Relaxierung (also ohne Ganzzahligkeitsbedingungen) zu betrachten und diese durch Hinzufügung weiterer Ungleichungen schrittweise zu verschärfen, bis (im Idealfall) eine ganzzahlige Lösung gefunden wird.

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Endogenous Technological Change beschreibt das Treffen von Investitionsentscheidungen innerhalb einer Kostenoptimierung unter der Prämisse der Kostenminimierung bzw. Gewinnmaximierung. Auf diese Weise können zu bestimmten Zeitpunkten bestimmte Technologien bevorzugt werden und auf diese Weise sorgt das Modell endogen für die Entwicklung bestimmter Technologien.

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Der Begriff Greenfield bezieht sich auf unbebautes Land, das auch keiner anderen Nutzung unterliegt. Im Zusammenhang mit der Energiesystemmodellierung ist es ein Modellierungsansatz, der keine bestehende Infrastruktur voraussetzt und dementsprechend bei Investitionsentscheidungen andere Urteile fällt als Modelle, die auf eine bestehende und ggf. veraltete Infrastruktur aufbauen müssen.

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Die sogenannte „Kupferplattenannahme“ ist ein Modellierungsansatz, bei dem Infrastrukturen und Restriktionen des Energietransports außer Acht gelassen werden. Es handelt sich damit um die vereinfachende Annahme, dass sich alle Komponenten des Systems an einem Ort befinden.

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Der Begriff „Knoten“ beschreibt im Zusammenhang mit der Energiesystemmodellierung Orte, an denen Energienetze zusammenlaufen. Werden diese räumlich aggregiert, können sie auch als ganze Regionen aufgefasst werden. Ein Einknotenmodell vereint alle Komponenten gemäß der Kupferplattenannahme an einem Ort. Ein Mehrknotenmodell berücksichtigt beim Bau von Technologien die räumliche Verteilung von Komponenten sowie die Verbindungen untereinander, also die Netze.

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Schattenpreise sind ein Begriff der linearen Programmierung. Es sind die Opportunitätskosten der verdrängten Faktoren.

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Opportunitätskosten sind entgangene Erträge oder Nutzen im Vergleich zur besten, nicht realisierten Handlungsalternative. Die Vermeidung von Opportunitätskosten folgt aus dem Wirtschaftlichkeitsprinzip.

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Die Perfect-foresight ist ein Modellansatz aus der linearen Kostenoptimierung, bei der zu jedem Zeitschritt angestrebt wird, dass der erwartete Zinsfaktor dem Realen desselben Zeitschritts entspricht. Diese Annahme kann nur erfüllt werden, wenn für jeden Zeitschritt die Lösung des gesamten Betrachtungszeitraums bekannt ist beziehungsweise bestimmt wird.

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Die Myopic-foresight ist ein Modellansatz aus der linearen Kostenoptimierung, bei der zu jedem Zeitschritt für den erwarteten Zinsfaktor der Reale des vorangegangenen verwendet wird. Es wird also eine Entscheidung auf Grundlage vergangener Entwicklungen getroffen und nicht im Hinblick auf den gesamten, teilweise in der Zukunft liegenden, Betrachtungszeitraum.

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Hardcoupling beschreibt eine der beiden Kategorien der Komponentenkommunikation. Beim Hardcoupling besteht zwischen Input und Output eines Kommunikationskanals ein fester Zusammenhang unter einer definierten Anzahl an Kommunikationsteilnehmern. In Bezug auf Energiesystemmodelle und ihre Gesamtkostenoptimierung wird dieser Begriff häufig im Zusammenhang mit der Perfect-foresight verwendet, da hier zu jedem Zeitpunkt der gesamte Betrachtungszeitraum berücksichtigt wird, was bedeutet, dass Zukunft eine Kommunikation zwischen zukünftigen und vergangenen Zeitschritten klar definiert und bidirektional erfolgt. Perfect-foresight und Hardcoupling sind allerdings keineswegs synonym zu verwenden, da das Eine einen wirtschaftlich-mathematischen Modellansatz beschreibt und das Andere einen informationstheoretischen Begriff darstellt.

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Softcoupling beschreibt eine der beiden Kategorien der Komponentenkommunikation. Beim Softcoupling besteht zwischen Input und Output eines Kommunikationskanals kein fester Zusammenhang unter einer undefinierten Anzahl an Kommunikationsteilnehmern. In Bezug auf Energiesystemmodelle und ihre Gesamtkostenoptimierung wird dieser Begriff häufig im Zusammenhang mit der Myopic-foresight verwendet, da hier basierend auf bereits getroffenen Investitionsentscheidungen Neue getroffen werden, ohne den Endzustand zur berücksichtigen. Myopic-foresight und Softcoupling sind allerdings keineswegs synonym zu verwenden, da das Eine einen wirtschaftlich-mathematischen Modellansatz beschreibt und das Andere einen informationstheoretischen Begriff darstellt.

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Eine Variable ist eine Größe, die unterschiedliche Werte annehmen kann.

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Stetige Daten sind numerische Variablen, die zwischen zwei beliebigen Werten eine unendliche Anzahl von Werten aufweisen. Stetige Variablen können aus numerischen oder Datums-/Uhrzeitwerten bestehen.

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Diskrete Variablen sind numerische Variablen, die zwischen zwei beliebigen Werten eine zählbare Anzahl von Werten aufweisen. Eine diskrete Variable ist immer numerisch.

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Kategoriale Variablen umfassen eine endliche Anzahl von Kategorien oder eindeutigen Gruppen. Kategoriale Daten müssen nicht zwangsläufig eine logische Reihenfolge aufweisen. Zu den kategorialen Prädiktoren zählen beispielsweise Geschlecht, Materialtyp und Zahlungsmethode.

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Nebenbedingungen schränken die Anzahl der Zustände, die ein System einnehmen kann, auf die realisierbaren Zustände des Systems ein, die diese Bedingungen befriedigen. Die Anzahl der realisierbaren Zustände hängt also von den Nebenbedingungen ab, denen das System unterliegt.

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Simulation ist die Bewertung einer großen Zahl von Alternativen aus unterschiedlichen realistischen Szenarios, die vorher aus einem Entscheidungsprozess bestimmt wurden. Es ist wichtig zu betonen, dass die Simulation die Entscheidungsfindung bei vordefinierten Optionen erleichtert, aber nicht die optimale Strategie selbst generiert.

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Die Optimierung ist ein naturwissenschaftlich-technischer Ansatz für Entscheidungsprozesse, um eine optimale oder die absolut betrachtet effizienteste Methode zu finden, um ein Ziel zu erreichen bei gleichzeitiger Einhaltung aller Nebenbedingungen, die dieses Ziel einschränken. Üblicherweise ist die Zielfunktion die Minimierung oder Maximierung einer analytischen mathematischen Funktion, z.B. einer Gesamtkostenfunktion.

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Linearisierung, die lineare Entwicklung einer Funktion, eines Operators oder eines Systems um einen Entwicklungspunkt. In der Physik ist die Linearisierung dadurch motiviert und oft angebracht, dass man eine komplizierte Funktion, einen komplizierten Operator oder ein kompliziertes Differentialgleichungssystem in der Nähe einer besonders interessierenden Stelle, Operators oder Systems untersuchen möchte.

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Die Zielfunktion ist die zu minierende oder zu maximierende Funktion einer Optimierung, d.h. es ist ein kleinster oder größter Wert einer Funktion zu bestimmen. Man spricht anstelle von Minimierung und Maximierung auch von Optimierung bzw. der Bestimmung eines Extremums oder Optimums, wenn man die Problematik allgemein betrachtet und nicht zwischen Minimum und Maximum unterscheidet.

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Datenaggregation beschreibt den Prozess, in dem Rohdaten (raw data) zusammengefasst werden, z.B. für statistische Untersuchungen. Beispielsweise können Rohdaten über eine bestimmte zeitliche Periode aggregiert werden, um Größen wie Durchschnitt, Minimum, Maximum und Summe anzugeben.

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Zeitliche Aggregation beschreibt die Aggregation eines bestimmten Attributs über einen bestimmten Zeitraum hinweg.

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Räumlich Aggregation beschreibt die Aggregation einer Gruppe von Attributen über einen bestimmten Zeitraum hinweg.

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Vorgehensweise zur Lösung von allg. Problemen, für die keine eindeutigen Lösungsstrategien bekannt sind oder aufgrund des erforderlichen Aufwands nicht sinnvoll erscheinen; beinhaltet in erster Linie „Daumenregeln” auf der Grundlage subjektiver Erfahrungen und überlieferter Verhaltensweisen. Heuristik wird v.a. in schlecht strukturierten und schwer überschaubaren Problembereichen angewendet.

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