Autor: Philip Witte

Die Sektorenkopplung bietet die Möglichkeit, den Wärme- und Verkehrssektor mit Strom aus erneuerbaren Energien zu dekarbonisieren und gleichzeitig die Flexibilität der neuen Verbraucher dafür zu nutzen, das Stromsystem zu stabilisieren. Dafür ist die Steuerung einer hohen Anzahl dezentral verteilter Anlagen nötig. Hierfür stellt die agentenbasierte Steuerung auf Basis spieltheoretischer Methoden einen vielversprechenden Ansatz dar. Dabei wird ein komplexes Gesamtsystem als eine Ansammlung simpler Komponenten aufgefasst, die miteinander interagieren und gemeinsam das Gesamtsystemverhalten bestimmen; die Optimierung findet direkt in den Anlagen statt. Ziel dieser Untersuchung ist es, ein ganzheitliches Konzept für die agentenbasierte Steuerung einer großen Anzahl sektorenkoppelnder Anlagen auf Basis spieltheoretischer Methoden zu entwickeln sowie mittels Simulation zu testen und zu bewerten. Ein Fokus liegt dabei auf der dezentralen Optimierung (d. h. ohne zentrale Einheit, die als Koordinator und Informationsaggregator fungiert). Die Optimierung wird auf Basis von Potenzialspielen umgesetzt und erfordert neben der Definition einer entsprechenden Nutzenfunktion die Festlegung eines geeigneten Lernmechanismus. In dieser Arbeit werden drei verschiedene Lernmechanismen untersucht, die alle in ihrer Grundvariante eine zentrale Einheit für die Kommunikation erfordern. Um eine dezentrale Optimierung zu ermöglichen, werden agentenspezifische Zustandsvariablen eingeführt und zwei Potenzialspiele zur Erreichung des Gesamtziels gekoppelt. Auf Basis dieses Ansatzes wird ein Steuerungskonzept für sektorenkoppelnde Anlagen entwickelt, das zwei aufeinander aufbauende Phasen beinhaltet: die Einsatzplanung und den Echtzeitbetrieb. In der Einsatzplanung findet eine vorausschauende Optimierung für einen definierten Planungszeitraum statt; im Echtzeitbetrieb wird das Ergebnis der Einsatzplanung in den Anlagenbetrieb umgesetzt. Um die Ergebnisse des Echtzeitbetriebs zu verbessern, werden dabei agentenspezifische Flexibilitätskosten berücksichtigt, durch die die im Anlagenverbund verfügbare Flexibilität maximiert wird. Das entwickelte Steuerungskonzept wird anhand von drei Fallstudien für verschiedenen Typen von sektorkoppelnden Anlagen mittels Simulation untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine effektive Optimierung des Anlagenbetriebs in allen Fallstudien mithilfe des entwickelten Steuerungskonzepts möglich ist. Die Ergebnisse der dezentralen Optimierung liegen dabei auf dem Niveau der Optimierung mit zentraler Einheit. Die Berücksichtigung von Flexibilitätskosten verbessert das Ergebnis des Echtzeitbetriebs teilweise signifikant.