EU Open Sources Ten-Year Network Development Planning Tools

背景

欧洲能源转型（Open Energy Transition, OET）与欧洲输电系统运营商网络（ENTSO-E）合作，启动了 Open-TYNDP 研究与创新项目。该项目的核心目标是探索并将 PyPSA 这一开源能源系统建模框架应用于欧洲十年电网发展规划（Ten-Year Network Development Plan, TYNDP）。

TYNDP 是 ENTSO-E 每两年发布一次的报告，旨在识别欧洲跨国电力基础设施的投资需求，确保电网的安全、可持续和互联。传统的 TYNDP 流程通常使用专有工具进行情景构建（Scenario Building, SB）和成本效益分析（Cost-Benefit Analysis, CBA）。Open-TYNDP 项目旨在通过基于 PyPSA-Eur 构建工作流，补充现有的 TYNDP 周期工具，特别是针对情景构建和成本效益分析环节。

该项目的哲学是“无中间结果”，即所有结果均从原始数据和代码中计算得出，旨在提高透明度，降低利益相关者参与欧洲能源规划的门槛。此外，该项目还希望向欧洲以外展示开源（OS）框架在能源规划中的可行性，鼓励更广泛的全球采用。

核心内容

Open-TYNDP 目前处于积极开发阶段，尚未具备完整功能。在正式使用前，必须充分理解其当前的开发状态和一般局限性。项目首先致力于复现 2024 年 TYNDP 周期中的关键数据，随后与当前的 2026 年 TYNDP 周期保持一致。

技术架构与策略

• 软分支策略（Soft-fork）： Open-TYNDP 是 OET/PyPSA-Eur 的一个软分支。其核心理念是尽可能将贡献回馈给上游开源仓库。对于无法直接合并到上游的长期变更，OET 负责组织和维护这些分支，确保它们定期与上游保持同步和兼容，同时支持未来向开源仓库的贡献。
• 依赖管理： PyPSA-Eur 及 Open-TYNDP 依赖一系列 Python 包。项目使用 pixi 进行依赖管理。用户可通过 pixi shell -e open-tyndp 激活项目环境。若 pixi 不可用，也可使用 envs 目录下的 conda 环境文件作为备选。
• 数据与复现性： 仓库不包含任何中间结果，所有结果均由原始数据和代码计算生成。模型包含 2024 年 TYNDP 周期的部分数据，验证工作正在进行中。GitHub 仓库的 Issues 页面收集了已知问题，欢迎社区协助解决或提出建议。

仓库结构与功能模块

仓库结构清晰，旨在支持从数据预处理到报告生成的完整工作流：

• config： 研究中使用的配置文件。
• data： 包含不由 snakemake 规则生成的输入数据。
• doc： 构建 PyPSA-Eur ReadTheDocs 文档所需的所有文件。
• notebooks： 用于即时分析的所有 Jupyter Notebook。
• rules： 包含加载到 Snakefile 中的所有 snakemake 规则。
• scripts： 包含由 snakemake 规则执行以构建模型的所有 Python 脚本。
• benchmarks / cutouts / logs / resources / results： 这些目录在初始状态下不存在，分别用于存储基准测试、来自 atlite 的原始气象数据切片、日志文件、工作流的中间结果以及求解后的 PyPSA 网络数据、摘要文件和图表。
• report： 包含构建报告所需的所有文件，图表和结果文件自动生成。

使用指南与操作

• Windows 用户： 可从发布页面下载最新安装程序（如 open-tyndp-0.4.0-pixi-Windows-x86_64.exe），该程序会自动设置 pixi、仓库及 conda 环境。
• 克隆仓库：

  git clone https://github.com/open-energy-transition/open-tyndp
  

• 执行分析：
  • 情景构建（SB）： 运行 pixi run tyndp-sb 执行所有分析步骤以复现结果并构建报告。使用 -n 参数可进行干运行（dry run），列出需执行的规则。
  • 成本效益分析（CBA）： 运行 pixi run tyndp-cba 执行所有步骤。同样可使用 -n 进行干运行。
  • 生成依赖图： 可通过专用 pixi 任务构建依赖图并保存至 resources/ 目录。为避免全场景列表过大，可限制为单个场景，例如：

    pixi run create-tyndp-graphs --config 'run={"name":"NT"}'
    

社区协作与引用

• 沟通渠道： 用户可通过 Discord 服务器讨论 PyPSA 相关话题，Open-TYNDP 拥有专属频道 pypsa-open-tyndp。
• 问题反馈： Bug 和功能请求应在 GitHub 上提交。Open-TYNDP 特定问题提交至 Open-TYNDP Issues 页面，PyPSA-Eur 相关问题提交至 PyPSA-Eur GitHub Issues 页面。
• 引用方式： 自 v0.5 版本起，每个版本均在 Zenodo 上归档并拥有特定的 DOI。例如，v0.5 和 v0.5.1 的 DOI 为 10.5281/zenodo.18494362。研究中使用时，请参照 Zenodo 或仓库侧边栏的 "Cite this repository" 按钮进行引用。
• 许可协议： 代码基于 MIT 许可证作为自由软件发布。输入数据可能适用不同的许可和使用条款，详见 Data Sources。

关键要点

• 开源透明化： Open-TYNDP 通过开源代码和数据工作流，旨在解决传统能源规划工具的黑箱问题，提升欧洲电网规划的透明度。
• 基于 PyPSA-Eur： 项目并非从零开始，而是基于成熟的 PyPSA-Eur 进行软分支开发，利用其强大的能源系统建模能力，并致力于将改进回馈上游。
• 阶段性验证： 项目采取稳健策略，先复现 2024 年 TYNDP 的关键指标，再对齐 2026 年周期，目前验证仍在进行中，功能尚未完全就绪。
• 自动化工作流： 利用 snakemake 和 pixi 实现了从数据获取、气象切片、模型求解到报告生成的自动化流程，确保了结果的可复现性。
• 社区驱动： 项目高度依赖社区参与，通过 GitHub Issues、Discord 频道和 Zenodo 引用机制，构建了开放的协作生态。
• 全球示范效应： 除了服务于欧洲，该项目还旨在证明开源框架在国家级或区域级能源规划中的 viability（可行性），推动全球能源规划的开源化趋势。

意义与影响

Open-TYNDP 的推出标志着欧洲能源基础设施规划领域的一个重要转折点。长期以来，TYNDP 等关键规划文件往往依赖专有软件，导致过程不透明，外部专家、学术界和非政府组织难以深入参与或验证结果。

通过引入基于 PyPSA 的开源工具链，Open-TYNDP 降低了参与门槛。利益相关者可以直接审查代码、数据和处理逻辑，从而增强对规划结果的信任。这不仅有助于提高决策的科学性和公正性，还能促进更广泛的社会参与，使能源转型规划更加包容。

此外，该项目展示了开源软件在复杂系统建模中的强大潜力。通过建立标准化的开源工作流，它为全球其他地区提供了可借鉴的模板，可能加速全球能源规划工具的开源化进程，促进跨国界的知识共享和技术协作。尽管目前仍处于开发阶段且存在局限性，但其确立的“代码即文档”、“结果可复现”的原则，为未来能源基础设施规划树立了新的行业标准。