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Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Techno-ökonomische Systemanalyse
Kennziffer: 2019M-119, Elektrotechnik, Maschinenbau, Energietechnik, Physik, Mathematik, CES (Computational Engineering Science)

Masterarbeit: Entwicklung von Sicherheitsfaktoren für Speicherkapazitäten basierend auf Markow-Ketten

Aufgabengebiet:
Vor dem Hintergrund der Energiewende und einem wachsenden Anteil erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie entwickelt das Institut für techno-ökonomische Systemanalyse (IEK-3) modellbasierte Energiesystemoptimierungen. Diese haben die Auslegung von kostenoptimalen und betrieblich zulässigen Energiesystemen auf Grundlage realer oder simulierter Input-Zeitreihen wie Energienachfrageprofilen oder zeitabhängigen Kapazitätsfaktoren von Windkraft-oder Solaranlagen zum Ziel. Um die Optimierungen möglichst recheneffizient durchführen zu können, werden die Input-Zeitreihen mittels Clusterung zu wenigen Typtagen oder -wochen zusammengefasst und dadurch die erforderliche Rechenzeit und die Zahl der zu optimierenden Variablen reduziert. Die Modellierung von Saisonspeicherung, die Befüllungs- und Entleerungsphasen über längere Zeiträume beinhaltet, erfordert dabei zusätzliche Variablen und Nebenbedingungen, die die Typtage entsprechend des Jahresverlaufs mittels Typtagsequenzen miteinander koppeln. Allerdings unterscheiden sich diese Typtagsequenzen von Jahr zu Jahr, was nahelegt, dass die für Saisonspeicherung ausgelegten Speicherkapazitäten auf Grundlage einzelner Wetterjahre hinsichtlich Kostenoptimalität und Robustheit suboptimal für längere Zeiträume sind.

Aufgabenbeschreibung:
Die ausgeschriebene Arbeit zielt auf die Entwicklung von Sicherheitsfaktoren für Speicherkapazitäten ab, die sich aus kostenbasierten Energiesystemoptimierungen anhand weniger Wetterjahre ergeben. In einem weiteren Schritt sollen die so bestimmten Speicherkapazitäten im Betrieb mit anderen Wetterjahren als ausreichend validiert werden. Konkret umfasst die Arbeit die folgenden Schritte:

  • Eine Literaturrecherche zu probabilistischen Speichermodellen.
  • Die Einführung in unsere existierenden Energiesystemmodelle.
  • Die Entwicklung von mathematischen Methoden, um Konfidenzintervalle für ausreichende Speicherkapazitäten zu definieren und daraus Sicherheitsfaktoren abzuleiten.
  • Die Durchführung von Optimierungen mit einem kleinen Testmodell mit identischen Typtagen in unterschiedlicher Reihenfolge für zwanzig Jahre von Eingangsdaten.
  • Validierung der bestimmten Sicherheitsfaktoren durch Testen der unterschiedlichen Typtagsequenzen aus echten und synthetisierten Wetterjahre für die einmal bestimmten Speicherkapazitäten.
  • Schlussfolgerungen für die Robustheit von Energiesystemen, die auf Grundlage einzelner Wetterjahre ausgelegt wurden, und den Einfluss von Sicherheitsfaktoren für Speicherkapazitäten auf Kostenoptimalität und Robustheit.

Anforderungen:

  • Sehr gute akademische Leistungen in Ihrem Studium der Elektrotechnik, des Maschinenbaus, der Energietechnik, der Physik, der Mathematik, des CES oder eines vergleichbaren Studiengangs.
  • Selbstständige und analytische Arbeitsweise.
  • Sehr gute Deutsch- und Englisch-Kenntnisse in Wort und Schrift.
  • Idealer Weise haben Sie bereits Erfahrungen in Modellierung und Programmierung (vorzugsweise Python) und eine hohe Affinität für komplexe mathematische Probleme.

Unser Angebot:

  • Eine hochmotivierte Arbeitsgruppe in einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa.
  • Eine Intensive Betreuung der Arbeit vor Ort.
  • Hervorragende wissenschaftliche und technische Infrastruktur.
  • Eine Bezahlung in der zweiten Hälfte der Abschlussarbeit.
  • Eine flexible Anpassung der Arbeitspakete in Abhängigkeit Ihrer Leistungen und Vorkenntnisse und Ihres akademischen Hintergrunds.

Ansprechpartner:
Maximilian Hoffmann
Institut für Energie- und Klimaforschung(IEK)
IEK-3: Techno-ökonomische Systemanalyse
52425 Jülich

http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3
Phone.: +49 2461 61-85402
E-mail: max.hoffmann@fz-juelich.de

Ausschreibung als pdf-Datei:  Masterarbeit: Entwicklung von Sicherheitsfaktoren für Speicherkapazitäten basierend auf Markow-Ketten (PDF, 246 kB)