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Masterarbeit: Techno-ökonomische Analyse des Nutzungspotentials von Windenergie auf weltweiter Ebene

Ausschreibendes Institut: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D111/2017, Energietechnik, Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Nachhaltige Energieversorgung, Wirtschaftsingenieurwesen

Beginn der Arbeit: sofort / nach Vereinbarung

Hintergrund
Vor dem Hintergrund schwindender fossiler Energiereserven und internationaler Klimaschutzziele wird ein weltweit weiterhin starker Ausbau der erneuerbaren Energien (insbesondere Windenergie- (WEA) und Photovoltaik- (PV) Anlagen) als notwendig angesehen. Deren fluktuierendes Aufkommen erfordert weiterentwickelte Lösungen großtechnischer Energiespeicherung. Die Umwandlung von Strom in Wasserstoff mittels Elektrolyse, auch Power-to-Gas genannt, bietet eine vielversprechende technische Lösung dazu, mittels derer gleichzeitig CO2-Reduktionen in weiteren Energiesektoren, wie etwa dem Verkehr, erreicht werden können. Die Nutzung von Wasserstoff stellt dabei einen besonders vorteilhaften Ansatz zur Speicherung und zum Transport fluktuierender erneuerbarer Energien (FEE) dar.

Am IEK-3 wird in diesem Zusammenhang an internationalen Energiekonzepten gearbeitet, in denen Wasserstoff zur Übertragung von netzseitig nicht nutzbarer FEE in andere Sektoren eingesetzt wird. Aufgrund von Energieüberschussregionen einerseits und vergleichsweise großem Energiebedarf aus Mobilität und Industrie in anderen Regionen, ist eine weltweite Lösung für die wirtschaftliche sinnvolle Nutzung von Wasserstoff aus FEE erforderlich. Diese FEE können beispielsweise emissionsfrei durch die erneuerbaren Energiequellen Wind und Solarenergie bereitgestellt werden. Weltweit unterscheidet sich das örtliche Angebot an Wind und solarer Einstrahlung deutlich. Für eine wirtschaftliche Nutzung der gewonnenen elektrischen Energie zur Umwandlung von Wasserstoff ist eine Untersuchung der Regionen und Länder mit großem Energieüberschuss von Interesse.

Aufgabengebiet
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Windenergiepotential von zuvor ausgewählten Ländern unter technischen und ökonomischen Gesichtspunkten ermittelt und bewertet werden. Dazu sind die für WEA technisch nutzbare Landfläche, die Zeitreihen sowie die Kostenkurven der Stromerzeugung aus Windenergie zu bestimmen. Hierfür stehen weltweite Wetterdaten und bereits implementierte Modelle zur Ermittlung von Windenergiezeitreihen zur Verfügung. Ziel der Arbeit ist eine quantitative Aussage zu produzierbaren Strommengen und den damit verbundenen Erzeugungskosten für unterschiedliche Länder der Erde. Hierzu sind folgende Arbeitspakete zu bearbeiten:

  • Auswahl der zu untersuchenden Länder anhand von Potentialatlanten und weiteren technischen und ökonomischen Parametern
  • Parameterrecherche zur Landverfügbarkeit für die Nutzung durch WEA
  • Einarbeitung in bestehende Modelle zur Bestimmung von Windeinspeisung und für Windenergie nutzbare Landflächen
  • Bestimmung von technisch und wirtschaftlich sinnvollen Standorten für Windenergieanlagen auf Basis von vorhandenen weltweiten Daten zur Windgeschwindigkeiten und Geoinformationen
  • Ableitung von Zeitreihen der Windenergieerzeugung
  • Ermittlung von Kostenkurven

Anforderungen

  • Sehr gute Leistungen in Ihrem Studium der Energietechnik, Verfahrenstechnik, des Maschinenbaus, der nachhaltigen Energieversorgung, des Wirtschaftsingenieurwesens oder eines vergleichbaren Studiengangs
  • Interesse an energietechnischen und -politischen Fragestellungen
  • Selbstständige und analytische Arbeitsweise
  • Idealerweise erste Erfahrungen mit der Programmierung in Python und der Nutzung von Geoinformationssystemen (GIS)

Unser Angebot

  • Eine vielseitige, hochmotivierte Arbeitsgruppe internationaler Prägung innerhalb einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa
  • Eine hervorragende wissenschaftliche und technische Infrastruktur
  • Intensive Betreuung der Arbeit vor Ort, in Verbindung mit einer Vergütung
  • Die Möglichkeit der aktiven Mitgestaltung des Energiesystems der Zukunft

Ansprechpartner:
Philipp Heuser
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
IEK-3: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Verfahrens- und Systemanalyse
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich

E-Mail: p.heuser@fz-juelich.de
Tel. 02461 61-9742
http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3


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