Agentenbasierte Steuerung virtueller Kraftwerke zur Umsetzung von Demand-Response-Mechanismen deutscher Märkte im industriellen Kontext

Abstract

Demand Response (DR) ist eine wichtige Säule beim Übergang zu einem größeren Anteil an erneuerbarer Energie im Stromnetz. Es gleicht Volatilität im Stromnetz durch eine Verschiebung der Last zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt oder durch den Verzicht bzw. die Zuschaltung einer Last in einem bestimmten Zeitraum aus. Industrieunternehmen können ihre energetische Flexibilität potenziell gewinnbringend an DR-Märkten anbieten, um die Netzstabilität zu unterstützen, indem sie mit DR-Aggregatoren kooperieren. Zahlreiche Studien empfehlen den Einsatz von Agentensystemen (MAS) in diesem Bereich, jedoch mangelt es an tatsächlichen Implementierungen und Anwendungen dieser Technologie außerhalb der Wissenschaft. Dies kann auf die Annahme homogener Strukturen und der Lösungsansätze auf einer hohen Abstraktionsebene in der Wissenschaft zurückzuführen sein. Um DR-Aggregatoren zu helfen, ihre bestehenden virtuellen Kraftwerke durch die Anwendung des Agentenparadigmas zu verbessern, stellt diese Arbeit die Entwicklung eines Agentensystems zur Umsetzung von deutschen DR-Mechanismen mit einem Konzept zur technischen Implementierung auf industriellen Standardkomponenten vor, das einen schrittweisen Wechsel zur Agententechnologie ermöglicht. Dies beinhaltet ein FIPA-konformes auf JADE basierendes Agentensystem, das die Anforderungen der deutschen DR-Märkte erfüllt – einem Schnittstellenkonzept zur Anbindung industrieller Flexibilitäten und bestehender VPP-Management-Systeme zur Nutzung des bestehenden Know-hows. Zur Validierung des Systems wird die Simulation eines realen Anwendungsfalls des MAS im Rahmen eines Laboraufbaus vorgestellt, was in einer abschließenden Diskussion der Ergebnisse erörtert wird.

Demand Response (DR) is an important pillar in the transition to a greater share of renewable energy in the power grid. It balances volatility in the power grid by shifting load to an earlier or later point in time, or by shedding or adding load during a given period. Industrial companies can potentially offer their energy flexibility profitably in DR markets to support grid stability by cooperating with DR aggregators. Numerous studies recommend the use of agent systems (MAS) in this area, but there is a lack of actual implementations and applications of this technology outside the scientific community. This may be due to the assumption of homogeneous structures and the approach to solutions at a high level of abstraction in research. To help DR aggregators improve their existing virtual power plants by applying the agent paradigm, this work presents the development of an agent system to implement German DR mechanisms with a concept for technical implementation on standard industrial components that enables a gradual shift to agent technology. This includes a FIPA compliant JADE based agent system that meets the requirements of the German DR markets and an interface concept to connect industrial flexibilities and existing VPP management systems to leverage their existing know-how. To validate the system, the simulation of a real use case of the MAS, in the context of a laboratory setup, will be presented, which will be discussed in a final discussion of the results.