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Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D120/2018, Maschinenbau, Elektrotechnik, Wirtschaftsingenieurwesen

Masterarbeit: Analyse von Pfadabhängigkeiten von wasserstoffbasierten Energiesystemen in Europa

Beginn der Arbeit: sofort / nach Vereinbarung

Aufgabengebiet
Unser Energiesystem durchläuft derzeit einen grundlegenden Wandel, um u.a. die Treibhausgasemissionen massiv zu reduzieren und so den Klimawandel zu vermeiden. Dies betrifft nicht nur den Stromsektor, sondern auch alle anderen Energiesektoren wie den Verkehr oder die Industrie. Insbesondere in fast treibhausgasfreien Energiesystemen kommt der saisonalen Energiespeicherung aufgrund von sehr hohen Anteilen fluktuierender erneuerbarer Energien eine wesentliche Rolle zu. Hierfür eignet sich insbesondere auch Wasserstoff, der mittels erneuerbarem Stroms in Elektrolyseuren erzeugt und zum Beispiel in Salzkavernen gespeichert werden kann. Vor dem Hintergrund sich nur langsam verändernder Energiesysteme ergibt sich dabei allerdings die Frage, welche Pfadabhängigkeiten sich auf dem Weg hin zu einem solchen fast treibhausgasfreien Energiesystem ergeben und welche Pfade zu bevorzugen oder zu vermeiden sind.

Diese Pfade werden oft modellbasiert mit Hilfe von Energiesystemmodellen untersucht. Während in den letzten Jahren verschiedene Modelle zur Untersuchung unterjähriger Entwicklungen im Energiesystem mit Fokus auf erneuerbaren Energien entwickelt wurden, gibt es nur wenige, die auf längerfristige Zeithorizonte abzielen. Diese Energiesystemmodelle mit langfristigem Zeithorizont hingegen weisen oft einen zu geringen Detaillierungsgrad zur adäquaten Abbildung von erneuerbaren Energien auf. Um belastbare Aussagen zu Pfadabhängigkeiten machen zu können, wird aber sowohl ein hoher Detaillierungsgrad als auch ein langfristiger Zeithorizont benötigt. Deswegen ist es das Ziel dieser Arbeit ein vorliegendes unterjähriges detailliertes europäisches Energiesystemmodell zu ertüchtigen langfristige Zeithorizonte zu betrachten und damit Pfadabhängigkeiten hin zu einem fast klimaneutralen Energiesystem zu analysieren.

Aufgabenstellung
Im Rahmen der ausgeschriebenen Masterarbeit sollen verschiedene mögliche zukünftige Entwicklungspfade von klimaneutralen Energiesystemen in Europa hinsichtlich ihrer Pfadabhängigkeiten untersucht werden und die dafür notwendige Erweiterung des Energiesystemmodells FINE auf langfristige Zeithorizonte vorgenommen werden.

Der/die Studierende soll sich zunächst einen Überblick über das vorliegende Modellframework FINE und das europäische Energiesystemmodell erarbeiten sowie über Ansätze zur Betrachtung von langfristigen Zeithorizonten in Energiesystemmodellen. Anschließend wird FINE zur Berechnung langfristiger Zeithorizonte ertüchtigt und zu untersuchende Energieszenarien ausgewählt. Diese Energieszenarien werden mit dem erweiterten Modell berechnet. Die erzielten Ergebnisse werden hinsichtlich ihrer Pfadabhängigkeiten analysiert. Gegebenenfalls sind hierzu noch weitere Sensitivitätsrechnungen nötig, um die wesentlichen Abhängigkeiten adäquat herausarbeiten zu können.

Arbeitspakete

  • Einarbeitung in die Modellierung von Energiesystemen

    • Einarbeitung in das vorliegende unterjährige detaillierte Energiesystemmodell
    • Recherche zu notwendigen Modellanpassungen zur Integration von langfristigen Zeithorizonten in Energiesystemmodelle
  • Implementation von langfristigen Zeithorizonten in das vorliegende detaillierte Energiesystemmodell

    • Implementierung von langfristigen Zeithorizonten
    • Test und Dokumentation der Implementierung
  • Analyse von Pfadabhängigkeiten

    • Festlegung von zu untersuchenden Energieszenarien
    • Berechnung der Energieszenarien mit dem erweiterten Modellansatz
    • Analyse der sich ergebenden Pfadabhängigkeiten und ggf. Ergänzung um weitere Sensitivitätsrechnungen

Anforderungen

  • Studium des Maschinenbaus, der Elektrotechnik, des Wirtschaftsingenieurwesens oder eines vergleichbaren Studiengangs
  • Kenntnisse in Python oder einer vergleichbaren Programmiersprache sind erforderlich
  • Interesse an energietechnischen und -wirtschaftlichen Fragestellungen
  • Selbstständige und analytische Arbeitsweise

Ansprechpartnerin
Dr. Heidi U. Heinrichs
Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Energie- und Klimaforschung - Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)
52425 Jülich

E-Mail: h.heinrichs@fz-juelich.de
Tel. 02461 61-9166