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Masterarbeit: Modellierung und techno-ökonomische Analyse von Ausgleichs- und Speicheroptionen in Energiesystemen mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien

Ausschreibendes Institut: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D122/2017, Maschinenbau, Elektrotechnik, Wirtschaftsingenieurwesen

Beginn der Arbeit: sofort / nach Vereinbarung

Hintergrund
Vor dem Hintergrund des Paris Klimaschutzabkommens wird ein verstärkter Ausbau an erneuerbaren Energien (EE) weltweit mehrheitlich als notwendig angesehen. Das fluktuierende, räumlich verteilte Aufkommen der EE erfordert dabei weiterentwickelte Lösungen zur kurz- und langfristigen Energiespeicherung sowie zum Energietransport. Am IEK-3 wird in diesem Zusammenhang ein Model für die Optimierung von Energieversorgungssystemen entwickelt, mit welchem sich technische und ökonomische Potentiale für Energiebereitstellung, ‑speicherung und -transport untersuchen lassen.

Aufgabengebiet
Im Rahmen der ausgeschriebenen Masterarbeit sollen Optionen zur Überbrückung von kurzfristen und langfristigen Unterdeckung der Nachfrage durch EE (z.B. mittels Wasserkraft, Pumpspeicher, Batteriespeicher, Wasserstoff-Rückverstromungs-Pfade) modellseitig integriert, techno-ökonomisch beschrieben und Szenario-Rechnungen für das Energiesystem durchgeführt werden.

In einem ersten Schritt sollen techno-ökonomisch geeignete Ausgleichs- und Speicheroptionen identifiziert werden und eine Charakterisierung dieser mittels technischer, ökonomischer und falls zutreffend geo-referenzierter Parameter vorgenommen werden. Bezüglich der Energiespeicherung mittels Wasserstoff-Rückverstromung kann dabei auf eine bereits im Institut erstellte Masterarbeit zurückgegriffen werden. In einem zweiten Schritt sollen die identifizierten Ausgleichs- und Speicheroptionen in das Optimierungsmodell in der Programmiersprache Python implementiert werden. In einem dritten Schritt sollen mit dem Modell mögliche Szenarien für Deutschland berechnet und analysiert werden, in welchem die Stromnachfrage sowie der Energiebedarf für den PKW-Straßenverkehr maßgeblich aus erneuerbaren Energien gedeckt werden.

Arbeitspakete

  1. Identifikation möglicher Ausgleichs- und Speicheroptionen

    1. Identifizierung und Charakterisierung von Ausgleichs- und Speicheroptionen
    2. Auswahl von Optionen mit Hinblick auf das analysierte Energiesystem und den Fähigkeiten des Optimierungsmodells
    3. Recherche der technischen und ökonomischen Parameter der ausgewählten Reserveleistungsoptionen (Nennwerte, Streuung, Lernkurven)
    4. Ergänzende Daten-Recherche zu möglichen Standorten von Ausgleichs- und Speicheroptionen für Deutschland
  2. Modellierung

    1. Recherche zu Optimierungsansätzen zur Berücksichtigung von kurz- und langfristigen Ausgleichs- und Speicheroptionen und deren Implementierung in das bestehende Modell
    2. Aufbereitung der techno-ökonomischen Daten für die Szenario-Rechnungen für die Implementierung der Ausgleichs- und Speicheroptionen im Modell
  3. Modellrechnungen

    1. Berechnung und Analyse von verschiedenen Energieszenarien für Deutschland unter Berücksichtigung möglicher Ausgleichs- und Speicheroptionen
    2. Variation von Parameter und Szenario-Annahmen zur Bestimmung der Robustheit der Optimierung

Als zusätzliche Optionen können dabei die verlangten CO2-Reduktionen oder die Wetterdaten variiert werden.

Anforderungen

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

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen in diesem Bereich beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.

Ansprechpartner:

Lara Welder
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
IEK-3: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich

E-Mail: l.welder@fz-juelich.de
Tel.: 02461 61-96992
http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3


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