Masterarbeit: Betriebsoptimierung von Wärmenetzen

Fraunhofer-Gesellschaft; Ilmenau; Vor Ort; EUR 40.000 - 60.000; Teilzeit

Zusammenfassung

Eine führende Forschungsinstitution in Ilmenau bietet eine Masterarbeit im Bereich Betriebsoptimierung von Wärmenetzen an. Die Untersuchung umfasst die Modellierung dynamischer Netzspeicher, wobei Kenntnisse in Python erforderlich sind. Professionelle Betreuung erwartet dich in einem kreativen Umfeld. Die wöchentliche Arbeitszeit beträgt 10-20 Stunden.

Leistungen

Professionelle Betreuung in einem jungen Team

Vielfältige Unternehmenskultur

Entwicklungschancen in der wissenschaftlichen Community

Modernes Institutsgebäude und Labore

Lunch & Meet in der neuen Kantine

Qualifikationen

• Du suchst ein Thema für die Masterarbeit in den nächsten 6 Monaten.
• Laufendes Studium vorzugsweise im ingenieur- oder naturwissenschaftlichen Bereich.
• Eine schnelle Auffassungsgabe wird erwartet.

Aufgaben

• Untersuchung der Flexibilität des Fernwärmenetzes im Optimierungsmodell.
• Aufstellung eines Optimierungsmodells für ein vereinfachtes Fernwärmenetz in Python / Pyomo.
• Vergleich verschiedener Modellierungsvarianten zur Speicherfähigkeit.

Kenntnisse

Schnelle Auffassungsgabe

Sehr gute Sprachkenntnisse in Deutsch und Englisch

Ausbildung

Laufendes Studium im ingenieur- oder naturwissenschaftlichen Bereich

Jobbeschreibung

Overview

Wärmenetze sind eine grundlegende Schlüsseltechnologie, die für das Gelingen der Wärmewende von großer Bedeutung ist. In Zukunft werden Netzverdichtung und -erweiterung in Kombination mit einer zunehmenden dezentralen und strombasierten Wärmebereitstellung notwendig sein, was eine stärkere Sektorenkopplung und eine hohe Komplexität zur Folge hat. Eine zentrale Herausforderung besteht darin, den ertragsmaximalen Betrieb von steuerbaren Erzeugern über alle Sektoren hinweg zu gewährleisten, sowohl im Hinblick auf den Energiebezug als auch auf den Energieabsatz. Das Forschungsprojekt AGENT4heat macht mittels Kopplung von physikalischer Simulation und mathematischer Optimierung Flexibilitäten im Fernwärmenetz nutzbar, um durch eine verbesserte Betriebsführung Energie- und Kosteneinsparungen zu erreichen. Zu den Flexibilitäten gehört beispielsweise die Wärmespeicherfähigkeit des Leitungsnetzes selbst. Diese beruht auf der thermischen Trägheit der Übertragungsstrecke von der Erzeugung hin zum Verbrauch der Wärme, die durch eine aktive, temporäre Erhöhung der eingespeisten Wärme zur Pufferspeicherung ausgenutzt werden kann. Physikalisch verbergen sich nicht-lineare Zusammenhänge hinter diesem Phänomen, deren Abbildung sich in gemischt-ganzzahligen Optimierungsmodellen als Herausforderung darstellt.

Wir bieten dir folgendes Thema für deine Masterarbeit an: Betriebsoptimierung von Wärmenetzen durch integrierte Modellierung dynamischer Netzspeicher

Aufgaben der Masterarbeit

Im Rahmen der Masterarbeit soll untersucht werden, wie die Flexibilität des Fernwärmenetzes im Optimierungsmodell berücksichtigt werden kann. Dafür soll zunächst ein Optimierungsmodell für ein vereinfachtes Fernwärmenetz in Python / Pyomo aufgestellt werden. Im Anschluss sollen verschiedene Varianten für die Modellierung der Speicherfähigkeit des Fernwärmenetzes aufgestellt und erprobt werden. Dabei sind die durch das Fernwärmenetz bedingten speziellen Restriktionen zu berücksichtigen (z.B. vom Füllstand abhängige Ein- und Ausspeicherleistung, Modellierung mehrerer sequentieller Speicher).

Bei den bisherigen Untersuchungen im Forschungsprojekt wurde für die Ermittlung der Netzspeicherfähigkeit stets angenommen, dass die Vorlauftemperatur sprunghaft auf eine Zieltemperatur erhöht wird, sodass die maximale Einspeicherleistung unmittelbar zur Verfügung steht. Durch die Anwendung eines vorhandenen Simulationsmodells soll untersucht werden, wie sich die Speichereigenschaften ändern, wenn die Vorlauftemperatur entsprechend vorgegebenen Verläufen erhöht wird. Diese Erkenntnisse sollen ebenfalls in das Optimierungsmodell einfließen. Zum Abschluss sollen die verschiedenen Modellierungsvarianten gegenübergestellt werden. Es soll u.a. analysiert werden, welche Varianten die Speicherfähigkeit des Fernwärmenetzes am realistischsten abbilden, wobei jedoch auch der Modellierungsaufwand und die für die jeweilige Lösung erforderliche Rechenzeit untersucht werden sollen.

Qualifikationen

Was Du mitbringst:

• Du suchst ein Thema für die Masterarbeit in den nächsten 6 Monaten
• Laufendes Studium vorzugsweise im ingenieur- oder naturwissenschaftlichen Bereich oder in einer verwandten Studienrichtung
• Eine schnelle Auffassungsgabe
• Sehr gute Sprachkenntnisse in Deutsch und Englisch

Was du erwarten kannst:

• Professionelle Betreuung in einem jungem Team
• Forschung und Anwendung vereint: Auf Augenhöhe mit der Industrie. Zwischen Gegenwart und Zukunft wissenschaftlich exzellent.
• Vielfältigkeit inspiriert: Vielfältige Unternehmenskultur. Freiraum für Kreativität & Innovationsentfaltung. Offene Forschungslandschaft.
• Vernetzung verbindet: Institutsübergreifend und international. Gemeinsam mit über 32.000 Mitarbeitenden.
• Karrierepfade kreieren: Hervorragende Entwicklungschancen in der wissenschaftlichen Community.
• Im Herzen Thüringens zu Hause: Modernes Institutsgebäude. Erstklassig ausgestattete Labore, Meeting-Points und Kreativbereiche.
• Lunch & Meet in unserer neuen Kantine.
• Lust auf Mehr? Willkommen im Team in Ilmenau.

Wir wertschätzen und fördern die Vielfalt der Kompetenzen unserer Mitarbeitenden und begrüßen daher alle Bewerbungen – unabhängig von Alter, Geschlecht, Nationalität, ethnischer und sozialer Herkunft, Religion, Weltanschauung, Behinderung sowie sexueller Orientierung und Identität. Schwerbehinderte Menschen werden bei gleicher Eignung bevorzugt eingestellt.

Die wöchentliche Arbeitszeit beträgt 10-20 Stunden. Die Betreuung ist in Teilzeit vorgesehen.

Mit ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Industrie spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. Als Wegweiser und Impulsgeber für innovative Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz wirkt sie mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und unserer Zukunft.

Haben wir Dein Interesse geweckt? Dann bewirb Dich jetzt online mit Deinen aussagekräftigen Bewerbungsunterlagen. Wir freuen uns darauf, Dich kennenzulernen!

Verantwortlicher Hochschullehrer: offen

Betreuer Fraunhofer IOSB-AST: Dr.-Ing. Susanne Sumi

Kontakt: Susanne Sumi, [e-mail]

Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

www.iosb.fraunhofer.de

Kennziffer: 81427 Bewerbungsfrist: 31.12.2025