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Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Techno-ökonomische Systemanalyse
Kennziffer: 2019M-104, (Wirtschafts-) Ingenieurwissenschaften

Masterarbeit: Zentralisierte Rückverstromung von strombasierten Energieträgern – Bereitstellung von erneuerbaren, gesicherten Leistungen in nationalen Energiesystemen

Beginn der Arbeit: sofort / nach Vereinbarung

Aufgabengebiet
Durch den ansteigenden Ausbau von Windkraft und Photovoltaik geraten die Erzeugung und der Verbrauch von Strom zeitlich und räumlich immer mehr aus dem Gleichgewicht. Um diese erneuerbaren Energie netz- und verbraucherseitig integrieren zu können, werden neue Konzepte im Energiesystem benötigt.

Eine Option sind hier Energiespeicher um stündliche und tägliche aber auch saisonale Ungleichheiten zwischen Erzeugung und Verbrauch auszugleichen. Für die Energiespeicherung können zum Beispiel Batterien und Pumpspeicherkraftwerke eingesetzt werden. Für saisonale Zeiträume bieten sich Salzkavernen zur Speicherung der strombasierter Energieträger Wasserstoff und Methan mit anschließender Rückverstromung an. Die letztere Option bietet die Möglichkeit große Strommengen in großen Speicherkapazitäten kosteneffizient über lange Zeiträume zu speichern.

Gleichzeitig entsteht die Notwendigkeit die nationale Stromnachfrage über einen vorgegeben Zeitrahmen gesichert zur Verfügung zu stellen. Hierzu können die vorgestellten Energiespeicher nur zu unterschiedlichen Maßen beitragen. Während Batterien und Pumpspeicherkraftwerke ihre maximale Leistung lediglich über wenige Stunden bereitstellen können sind Rückverstromungskraftwerke mit gekoppelten Untergrundspeichern in der Lage ihre maximale Leistung über Tage, Wochen oder sogar Monate gesichert bereit zu stellen.

Ziel dieser Arbeit ist es am Beispiel der D-A-CH Region (Deutschland – Österreich – Schweiz) ein zukünftiges Energieversorgungssystem unter Aspekten einer erneuerbaren, gesicherten Leistungsbereitstellung zu analysieren.

Aufgabenbeschreibung

  • Literatur Recherche:

    • Ein bestehendes räumlich-zeitlich aufgelöstes Energieversorgungsszenario für Deutschland wird auf Österreich und die Schweiz erweitert. Hierzu werden die notwendigen Input-Parameter recherchiert, geeignet zusammengestellt und aufbereitet.
    • Die Modellierung der Bereitstellung von gesicherten Leistungen wird recherchiert und es wird evaluiert inwiefern der vorherrschende Begriff der gesicherten Leistung auf zukünftige Energiesysteme, welche durch erneuerbare Stromerzeugung dominiert werden, angepasst werden muss.
  • Modelimplementierung:

    • Der erweiterte Szenariorahmen wird in dem existierenden Modellierungsframework FINE implementiert.
    • Ein oder mehrere Ansätze zur gesicherten Bereitstellung von Leistung werden in FINE implementiert.
  • Rechenläufe des Modells für verschiedene Szenario-Variationen auf dem Rechencluster des Instituts. mit Variation

    • der CO2-Reduktionsziele,
    • des Zeitraums über den die gesicherte Leistung bereitgestellt werden muss und
    • der „Insel-Lösungen“ für die einzelnen Staaten gegenüber einer Nationen-Verbund Lösung.
  • Ergebnisanalyse:

    • Detaillierte räumlich und zeitlich aufgelöste Analyse der Rechenläufe
    • Gegenüberstellung der verschiedenen Optionen zur Bereitstellung von gesicherter Leistung unter den variierten Rahmenbedingungen

Qualifikation
Sie studieren (Wirtschafts-)Ingenieurwissenschaften mit Schwerpunkt Energietechnik oder einen vergleichbaren Studiengang und verfügen idealerweise über Kenntnisse in der objektorientierten Programmierung (z.B. MATLAB oder Python). Zudem zeichnen Sie sich durch überdurchschnittliche Noten sowie eine motivierte, selbstständige, strukturierte analytische Arbeitsweise aus.

Unser Angebot
Wir bieten Ihnen eine vielseitige, hochmotivierte Arbeitsgruppe mit internationaler Prägung innerhalb einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa sowie die Möglichkeit der aktiven Mitgestaltung des Energiesystems der Zukunft.

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

https://www.fz-juelich.de/iek/iek-3
Tel.: 02461 61-96992
E-Mail: l.welder@fz-juelich.de
Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!