Management eines dezentralen wasserstoffbasierten Energieversorgungssystems durch Multi-Agenten-Verstärkungslernen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan C. Aurich
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547425292

Aus Gründen der Nachhaltigkeit, der Senkung der Energiekosten und der Resilienz gegenüber Energieengpässen setzen Unternehmen zunehmend auf dezentrale Energieversorgungssysteme (DESS). Dabei geht es um die systematische Steuerung und Verbesserung des Energieverbrauchs in einem Produktionssystem mit dem Ziel, den Energieverbrauch und die damit verbundenen Umweltauswirkungen durch eine kontinuierliche Verbesserung der Energieeffizienz durch Speicherung und Nutzung von Energie zum günstigsten Zeitpunkt zu verringern. Die Umwandlung von elektrischer Energie in Wasserstoff ist besonders geeignet, da sie eine mittel- bis langfristige Speicherung ermöglicht und für diesen Zeitraum Vorteile gegenüber dem alleinigen Einsatz von Batterietechnologien hat. Außerdem können Schwankungen in der Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien besser ausgeglichen werden. Durch den technologischen Fortschritt sind Elektrolyseure, Speichersysteme und Brennstoffzellen für den Einsatz in privaten Unternehmen kommerziell nutzbar geworden. Bestehende Ansätze für das Management von DESS berücksichtigen jedoch keine dynamischen Veränderungen innerhalb der Randbedingungen, da sie nur statische und umfassend beschriebene Systeme betrachten. Darüber hinaus sind sie hinsichtlich der beträchtlichen Komplexität, die sich aus mehreren Teilsystemen, Entscheidungsvariablen und Einschränkungen ergibt, begrenzt einsetzbar. Daher ist ein neuartiger Ansatz erforderlich, der den erwarteten Anteil an erneuerbaren Energien, die Energiekosten und den Energiebedarf berücksichtigt, um zu entscheiden, wann Energie aus welcher Quelle entnommen, in Form von Wasserstoff oder elektrischer Energie gespeichert oder wieder in elektrische Energie umgewandelt werden soll, um das Produktionssystem zu betreiben. Das in diesem Antrag skizzierte Kollaborationsprojekt zielt darauf ab, zu untersuchen, wie das Management eines wasserstoffbasierten DESS mit Hilfe eines Multi-Agenten-Verstärkungslernansatzes (MARL) realisiert werden kann. Der Einsatz von MARL ermöglicht die Zerlegung des komplexen Optimierungsproblems in kleinere Teilprobleme und hat das Potential gute Lösungen für das Energiemanagement liefern. Zu diesem Zweck wird untersucht, wie der MARL-Ansatz zu gestalten ist. Wesentliche Beiträge sind die Untersuchung des Einflusses der Anzahl der Agenten auf die Gesamtleistung und die Erklärbarkeit des Ansatzes. Als Grundlage für die Untersuchungen werden die folgenden Teilziele definiert: 1) Nutzung von digitalen Zwillingen und Entwicklung eines Frameworks, um das Management eines DESS mit MARL zu ermöglichen, 2) , Untersuchung der Leistungsfähigkeit verschiedener MARL-Ansätze für das Management eines DESS, 3) Sicherstellung der Übertragbarkeit der Projektergebnisse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien
• Partnerorganisation: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior; (CAPES); Setor bancario Norte
• Kooperationspartner: Professor Dr. Thércio Henrique de Carvalho Costa