Forschungsbereich Smart Grids
Forschungsbereich Smart Grids
Ausgangspunkt der Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe zum Schwerpunkt Smart Grids bilden die hochkomplexen Anforderungen, die sich durch die Energiewende an die zukünftigen Energienetze stellen: Die Energiewirtschaft und dementsprechend auch die zugehörige wissenschaftliche Forschung müssen „alles“ auf den Prüfstand stellen, um eine marktgerechte Koordination bzw. Kontrolle von verteilten Energiesystemen realisieren zu können. Das grundlegende Ziel besteht darin, abhängig von den vorhanden technischen Einstellungsmöglichkeiten und abhängig von der Situation in einem bestimmten Bereich des Netzes sowie auch des Energiemarkts Energie möglichst wirtschaftlich und klimaneutral einerseits zu produzieren und andererseits zu nutzen.
Die Basis für die Arbeiten in dem Forschungsschwerpunkt bildet der sogenannte Energie-Agent. Dabei handelt es sich um ein auf der softwaretechnischen Basis der Agenten-Technologie konzipiertes Kontrollmodul. Es kann grundsätzlich alle aus informationstechnologischer Sicht bestehenden Anforderungen an die Steuerung der Energie-/Versorgungsnetze der Zukunft erfüllen (insbesondere einerseits Realisierung der notwendigen Kommunikation sowie andererseits eines gewünschten autonomen, wenn erforderlich proaktiven Verhaltens, dies basierend auf Regeln, dedizierten Optimierungsverfahren, einer lokalen KI etc.). Durch die Agenten können - auch komplexe - Anlagen im Hinblick auf die jeweils bestehenden Anforderungen - Versorgungsstabilität, Kosten, Reduzierung des CO₂-Ausstoßes etc. - hin optimiert gesteuert werden. Vor ihrem Einsatz im laufenden Betrieb können die jeweils in den Agenten abgebildeten Steuerungsverfahren durch entsprechende Simulationen evaluiert werden.
Zur Unterstützung der Realisierung der Agenten wurde das Softwareframework „Agent.GUI“ entwickelt. Zudem wurde auf der Basis eines Referenzdatenmodells ein „Energie-Optionsmodell“ entworfen.
Zu dem Energie-Agenten wurden bereits umfassende Forschungsarbeiten durchgeführt, z. B. in dem BMWi-geförderten Projekt Agent.HyGrid oder mit thyssenkrupp in dem bilateralen Drittmittelprojekt Agent.C. Die Arbeiten wurden zum Teil noch von dem inzwischen pensionierten Kollegen Professor Unland geleitet.
Als Basis für die aktuellen und weiteren Arbeiten wurden eine Roadmap und dazu ein Portfolio für weitere Projekte entworfen, in denen mit Partnern aus Wissenschaft und Praxis der Energie-Agent in weiteren Umgebungen eingesetzt und im Hinblick auf die Erfüllung spezifischer Anforderungen weiterentwickelt wird.
PEAK-Integrierte Plattform für Peer-to-Peer Energiehandel und aktive Netzführung
Im Rahmen des Vorhabens wird eine integrierte Plattform für Peer-to-Peer (P2P) Stromhandel und aktive Netzführung mit marktbasierter Nutzung von Flexibilitäten entwickelt, die PEAK-Plattform. Die Plattform kann einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende leisten, indem Kunden und Versorger in einer integrierten Plattform vernetzt werden. Dies ermöglicht eine effizientere und aktive Steuerung des Stromnetzes, die Unterstützung sowie die Integration steigender Anteile erneuerbarer Energien und die Elektrifizierung der Sektoren Mobilität und Wärme.
Die PEAK-Plattform basiert auf der Blockchain-Technologie, um einen innovativen P2P-Stromhandel zu ermöglichen. Die Entwicklung der Plattform wird durch eine Toolchain unterstützt, die führend am SOFTEC-Lehrstuhl entworfen und implementiert wird und auf der Software-Lösung Agent.Workbench basiert. Die Toolchain und die PEAK-Plattform bauen dabei auf den Ergebnissen aus den Forschungsprojekten „Agent.HyGrid“ und „InSekt“ auf, an denen der Lehrstuhl auch beteiligt ist.
InSekt: Intelligente Sektorenkopplung zur Reduktion von CO2-Emissionen in Energieversorgungssystemen
Das Konsortium des Vorhabens „InSekt“ möchte einen Beitrag zur Reduktion von CO₂-Emissionen in Energieversorgungssystemen leisten, indem universelle Software-Werkzeuge angewendet werden, um sektorengekoppelte Energieversorgungsstrukturen zu implementieren, in Simulationen zu untersuchen und die Resultate auf die Realität zu übertragen. InSekt baut auf dem BMWi-geförderten Forschungsprojekt „Agent.HyGrid“ auf und nutzt das an der Universität Duisburg-Essen entwickelte Softwareframework „Agent.Workbench“ (vormals Agent.GUI) und das Referenzdatenmodell „Energie-Optionsmodell“ (EOM).
MEO: Modellexperimente in der operativen Energiesystemanalyse
In dem MODEX-Vorhaben „Modellexperimente in der operativen Energiesystemanalyse“ werden acht Modelle durch die Berechnung unterschiedlicher Szenarien miteinander vergleichen. Auf diesem Wege soll ermittelt werden, welches Modell für welche Fragestellungen besonders geeignet ist. Darüber hinaus soll durch den Vergleich herausgearbeitet werden, wo die Optimierungspotenziale der teilnehmenden Modelle liegen.
In der Energiesystemanalyse werden Fragen hinsichtlich der Ausgestaltung unseres Energiesystems untersucht. Ein prominentes Beispiel hierfür ist die Ermittlung von kostenoptimalen Ausbaupfaden zur Reduktion von Treibhausgasemissionen. Die gefundenen Antworten bilden in der Energiepolitik eine wichtige Grundlage für die Erarbeitung regulatorischer Maßnahmen.
FlexChemistry: Wirtschaftlich optimierter Infrastrukturbetrieb unter Berücksichtigung von klimapolitischen Herausforderungen
Ziel dieses Projektes ist die Analyse und Erschließung von Flexibilitäten innerhalb eines Chemieparks und die Entwicklung einer automatischen Ansteuerung dieser flexiblen Anlagen für Multi-Use-Anwendungen. Der Haupteinsatzzweck ist dabei die Optimierung auf schwankende Spotmarktpreise, aber auch Anforderungen des vorgelagerten Netzbetreibers (z.B. im Rahmen der Kaskade) oder eine Regelleistungserbringung werden mit untersucht. Neben der umfassenden Analyse geeigneter Prozesse am Standort werden ausgewählte Anlagen auch mit zusätzlicher Steuerungstechnik ausgestattet und im Rahmen eines Feldtests flexibel angesteuert.
