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Ein agentenbasiertes Energiemanagement

Eine Möglichkeit, zukünftig Verteilnetze zu kontrollieren, stellt das agentengeführte Energiemanagement dar. Diese Agenten sind multifunktional und übernehmen je nach ihrer ausgerüsteter Software - vergleichbar mit einer FritzBox - über einen selbst-lernenden Algorithmus eine weitgehend automatisierte Führung von Mess-, Berechnungs, - Steuerungs, - und Kommunikationsfunktionen. Ein sog. Slack-Agent, der in einer Ortstation eines Teilnetzes sitzt, misst die vorhandene Spannung. Ein anderer Agent berechnet lokal die Zustände und kommuniziert diese Berechnungen den Agenten benachbarter Teilnetze. An dem gemeinsamen Knoten des Stringnetzes, erfasst ein Agent auf dem übergeordneten Teilnetz die Zustände und berechnet, in Echtzeit, die bestmögliche Reaktion. Aktoren, sowohl auf der 0,4 kV-Ebene wie auch auf der 20 kV Ebene, wirken den Veränderungen der Netzspannung, zum Beispiel über den Einsatz von blindleistungsgeführten Wechselrichtern, einer zeitlichen Steuerung der Aufladung der Akkus von Elektroautos, aber auch durch Interkonnektoren zwischen benachbarten Teilnetzen zur effizienteren Regulierung von Überschüssen auf unterer Spannungsebene - mittels dezentralen Speichern - entgegen. Der Prozess wird solange fortgesetzt, bis keine Abweichungen gemessen werden. Durch den verteilten Ansatz des Multi-Agenten-Systems können viele Prozesse parallel durchgeführt werden, sodass eine sehr kurze Reaktionszeit auf sich ändernde Einspeisesituationen erreicht werden kann.

Das FuE Dezent

In einem seit dem Jahr 2005 laufenden FuE Forschungsprojekt DEZENT unter Prof. Christian Rehtanz von der TU Dortmund, Leiter des Institut Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft wird so ein agentenbasierter Ansatz für ein dezentrales autonomes Energiemanagement untersucht. Als Orientierung für die Zerlegung der Optimierungsaufgabe in kleine Teilaufgaben dient im DEZENT die hierarchischen Struktur des Verteilnetzes. Heutige Verteilnetze sind typischerweise in drei Spannungsebenen, die Hochspannung 110kV, die Mittelspannung 10-20kV und die Niederspannung 0.4 kV, unterteilt.

agentenbasierte Struktur im DEZENT

In dem Projekt werden Softwareagenten eingesetzt, die stellvertretend für die elektrischen Betriebsmittel und Akteure eines Verteilnetzes einen optimierten Energiefahrplan aushandeln. Der erste Teil in diesem Projekt ist rein marktwirtschaftlich orientiert. An die Teilnetze der 0,4 kV Ebene sind typische Haushalte sowie kleinere PV- Anlagen, Elektrofahrzeuge etc. angeschlossen. Den elektrischen Verbrauchern/Erzeugern ist ein Softwareagent zugeteilt, der den Bedarf bzw. die erzeugte elektrische Energie unter Berücksichtigung individueller Preisvorstellungen mit anderen Softwareagenten verhandelt. Dazu werden alle Agenten eines Teilnetzes zu einem Markplatzagenten, dem Balancing Group Manager, der die Verhandlungen organisiert, zusammengeschlossen. Ein Vertrag - zunächst auf 0,4 kV-Ebene - wird nach 10 Runden geschlossen, in denen jedes Mal die Preisvorstellungen angepasst werden. Sollte keine Einigung erzielt werden oder die Überschüsse können durch den Bedarf nicht gedeckt werden, dann werden auf der übergeordneten Teilnetz alle noch ausstehenden Anfragen aus dem Niederspannungsnetz mit den Verbraucher / Erzeuger Agenten dieser Ebene verhandelt. Das können Windparks, größere PV-Anlagen, BHKW`s oder Biogasanlagen sein. Es findet keine tatsächliche Kommunikation statt. Rückfragen werden nicht gestellt. Bis hierhin ist das Projekt rein marktwirtschaftlich orientiert. Man kennt jetzt das Verhalten der einzelnen Verbraucher/Erzeuger auf der 0,4 kV-Ebene.

Erst dann, wenn nach Deckung der Bedarfe Überschüsse verbleiben, oder diese noch ungedeckt bleiben, dann werden durch das Aktivieren/Deaktivieren von sogenannten bedingten Verbrauchern/ Erzeugern der Restbedarf gedeckt bzw. Energie gespeichert. Unter den bedingten Verbrauchern/ Erzeugern können alle elektrischen Anlagen zusammengefasst werden, die in ihrer Energieaufnahme beeinflusst werden können. Darunter fallen z.B. Elektrofahrzeuge, die ihren Ladestrom anpassen können, wärmegeführte Verbraucher/ Erzeuger wie z.B. Blockheizkraftwerke, Klimaanlagen, Wärmepumpen etc., die mit Hilfe eines Energiespeichers die Erzeugung/ den Bedarf der elektrischen Energie von der Wärmenachfrage zeitlich entkoppeln können Auch hier wird, unter Berücksichtigung der marktwirtschaftlich günstigsten Speicher, von unten nach oben geregelt. Ihre Nutzung zur dynamischen Leistungssteuerung an den einzelnen Anschlüssen ermöglicht eine effizientere Nutzung der Verteilnetze. So kann durch eine Erhöhung der Ladeleistung von E-Autos die Ladedauer verkürzt werden. Durch ein teilweises und später wieder Anschalten der Aufladung der Akkus wird der Gleichzeitigkeitsfaktor vermieden. Die Effizienz von DSM und DR Verfahren lässt sich damit deutlich erhöhen, da ein größeres Potential zur Verfügung steht. Im Rahmen des Projektes wurde dazu ein neues Verfahren zur Lastflussberechnung entwickelt, das es ermöglicht in kürzester Zeit eine effiziente Gegenmaßnahme zur Verminderung von drohenden Netzengpässen zu berechnen. Die Kenntnis ßber den notwendige Einsatz von den bedingten Verbrauchern auf jeder Ebene bis hin zu den Transportnetzen mittels dieser selbst-lernenden Agenten, ermöglicht auch die Verringerung der der Zahl der notwendigen Reservekraftwerke. Anders als in der Studie der BNetzA veranschlagt.


Ausblick

Die Bundesregierung, ihr Wirtschaftsminister und andere Fachleute kennen dieses Ergebnis und vergleichbare. Mit diesen Forschungen soll ja eben gezeigt werden, wie regenerativ erzeugter Strom effizienter genutzt bzw. langfristig gespeichert werden kann. Auch Peaks in der Stromerzeugung und der Last könnten ausgeglichen werden. Tatsächlich werden klimaschädliche Braunkohlewerke mit dem Argument, den Strombedarf jederzeit zu sichern am Netz gelassen. Auf welche Art und Weise das im EEG formulierte Ziel, die Energieversorgung umzubauen und den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung bis 2050 auf mindestens 80 Prozent zu steigern, erreicht werden soll bleibt fraglich.