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    Quintessenz

    • Universeller Ansatz zur Modellierung, Flexibilisierung und Steuerung hybrider Energiewandlungssysteme
    • Entwicklung standardisierter Energie-Agenten, die eine herstellerneutrale und spartenübergreifende Flexibilisierung des Energiesystems ermöglichen
    • Energie-Agenten können im gesamten Lebenszyklus einer Automatisierungslösung verwendet werden
    • Agentenbasierte Simulation eines realen Verteilnetzes sowie Durchführung eines Feldtests

    Ziel des Forschungsprojekts ist die Ausarbeitung eines universellen Ansatzes zur Modellierung, Flexibilisierung und Steuerung beliebiger hybrider Energiewandlungssysteme. Dazu werden standardisierte Energie-Agenten entwickelt, die auf Grundlage einer detaillierten Beschreibung des Systemverhaltens Energiewandlungssysteme im Kontext eines flexibilisierten Energienetzes repräsentieren, kontrollieren und mit anderen Systemen koordinieren. Dieser Ansatz wird zunächst in Simulationen und Laborumgebungen und anschließend in einem Feldtest erprobt.

    Projektkontext

    Die Flexibilisierung der Energienetze durch automatisierte Koordination zwischen den Netzteilnehmern zu bewältigen, ist eine zentrale Herausforderung der Energiewende. Bestehende Flexibilisierungslösungen sind in der Regel proprietär. Dies verhindert Interoperabilität und birgt die Gefahr neuer Monopole. Zudem wird meist nur elektrischer Strom betrachtet. Im Hinblick auf die künftige Rolle von Power-to-Gas- oder KWK-Anwendungen ist diese isolierte Betrachtungsweise nicht ausreichend. Stattdessen müssen Strom-, Gas- und Wärmenetze gemeinsam betrachtet und Umwandlungsprozesse zwischen diesen Energieträgern abgebildet werden. Dies erfordert aus Sicht der Projektpartner einen standardisierten, offenen sowie herstellerneutralen und spartenübergreifenden Flexibilisierungsansatz. Mit der agentenbasierten Modellierung als aus Praxissicht dezentralisierter, individualzentrierter Methode soll dieser Ansatz realisiert werden.

    Der Lehrstuhl für Datenverwaltungssysteme und Wissensrepräsentation (DAWIS) an der Universität Duisburg-Essen bringt hierzu seine Kompetenzen im Bereich des Entwurfs und der Entwicklung von Multiagentensystemen ein. Frühere Entwicklungen des DAWIS, wie das Simulationstool Agent.GUI oder das Energie-Optionsmodell, bilden eine wichtige Grundlage für Agent.HyGrid.

    Der Schwerpunkt des Instituts für Automatisierungstechnik (IfA) der Helmut Schmidt Universität Hamburg im Projekt Agent.HyGrid liegt in der Modellierung von Systemen, dem Entwurf von Regelungsalgorithmen sowie der Definition eines Entwicklungsprozesses für Energie-Agenten.

    Der Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgungstechnik (EVT) an der Bergischen Universität Wuppertal verfügt bereits über Erfahrung im Bereich der Netzautomatisierung. Das iNES-System des Industriepartners SAG, das im Kontext von Agent.HyGrid mit Agenten nachgebildet und erweitert werden soll, wurde vom EVT maßgeblich mitentwickelt. Im aktuellen Projekt übernimmt das EVT unter anderem die Entwicklung von Algorithmen zur Bestimmung und Prognose von Netzzuständen sowie zur Clusterung des Netzes.

    Die SAG bringt die Perspektive der Wirtschaft vor allem hinsichtlich der Anforderungen an das System ein. Das iNES-System der SAG bildet den Ausgangspunkt für die Entwicklungen im Projekt Agent.Hygrid. Daneben übernimmt die SAG die Auswahl geeigneter Hardware für den Einsatz im Feld, stellt Daten realer Netze zur Verfügung und ermöglicht Labor- und Feldtests.

    Grundkonzept Energie-Agent und Energie-Optionsmodell (EOM): Der Agent steuert das System auf Grundlage des Modells.

    © DAWIS / Universität Duisburg-Essen

    Forschungsfokus

    Ein wesentlicher Bestandteil von Agent.HyGrid ist die Erarbeitung eines Entwicklungsprozesses für standardisierter Energie-Agenten, die eine herstellerneutrale und spartenübergreifende Flexibilisierung des Energiesystems ermöglichen sollen. Dieser Entwicklungsprozess erstreckt sich über den gesamten Lebenszyklus des Energie-Agenten - von Design und Implementierung über Simulationsstudien und Labortests bis hin zum Einsatz im Feld. Im Rahmen des Projekts wird dieser Entwicklungsprozess anhand eines realen Verteilnetzes validiert.

    Einzelsystemmodelle auf Basis des Energie-Optionsmodells lassen sich auf verschiedene Arten und Weisen nutzen. So ist es möglich, sie zur Betriebsoptimierung einzusetzen - beispielsweise für einen Einsatz am Day-Ahead-Markt - oder im Rahmen einer Echtzeitkontrolle. Da sich Einzelsysteme zu beliebigen „System von Systemen“ aggregieren lassen, wird die Steuerung von Energienetzen, virtuellen Kraftwerken, Smart Buildings u.v.m. möglich. Basierend auf dem Energie-Optionsmodell erlaubt der in Agent.HyGrid entwickelte Ansatz des Energie-Agenten eine flexible Verortung der eigentlichen Steuerungslogik, so dass beliebige Dezentralisierungsstufen realisiert werden können. Entsprechend kann ein Energie-Agent zentral wie dezentral ausgeführt und unabhängig vom jeweiligen Marktdesign angepasst werden.

    Einsatz-Szenarien: Der Engineering-Prozess erstreckt sich von reiner Simulation über Testbed-/Laborumgebungen bis zum Einsatz in realen Netzen.

    © DAWIS / Universität Duisburg-Essen

    Meilensteine und Erfolge

    Im ersten Schritt wurde auf Grundlage realer Daten aus dem iNES-System der SAG eine agentenbasierte Simulation eines realen Verteilnetzes entwickelt  – zunächst auf Grundlage statischer Zeitreihen. Im nächsten Schritt wurden einzelne Komponenten mit dynamischen Modellen und Regelungsalgorithmen ausgestattet. Mit der Einbindung einer Spielzeug-Windmühle als Windkraftanlage in die Simulation wurde bereits der erste Schritt hin zu einer Laborumgebung für reale Systeme getan. Weitere Schritte in diese Richtung werden die Einbindung echter Industrie-Hardware und die Steuerung der Hardware aus der Simulation heraus sein. Schließlich soll das System in einem Feldtest in einem realen Verteilnetz evaluiert werden.

    Example of a distribution network simulation with wind turbine, electrolyser/power-to-gas, distribution nodes and generic prosumers.

    © DAWIS / Universität Duisburg-Essen

    Anwendungsreifes Produkt, Tool, Werkzeug, Software

    Bis Ende 2017 sollen die in Agent.HyGrid entwickelten Ansätze einer breiteren Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Das finale Produkt könnte als Eclipse-Projekt unter Open-Source-Lizenz zur Verfügung gestellt werden. Eine endgültige Entscheidung hierzu steht jedoch noch aus.

    Letzte Aktualisierung: 15. August 2017

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