Offene Masterarbeiten

Offene Masterarbeiten am Fachgebiet MMES

Entwurf von Datenmodellen zukünftiger Fernwärmesysteme

Beschreibung

Der Wärmesektor steht in Deutschland für über 50% des Gesamtenergiebedarfs . Nach wie vor dominieren in diesem Bereich fossile Energieträger, entsprechend ist die Wärmewende entscheidender Baustein für das Gelingen der gesamten Energiewende. Durch die aktuelle politische Lage ist der Handlungsdruck einmal mehr gestiegen.
Wärmenetze werden als entscheidend für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung in Stadtgebieten angesehen, da sie bei geringer Verfügbarkeit von Freiflächen deutliche Vorteile gegenüber Einzelwärmepumpen als CO2-freie Wärmequellen bieten. Die lokale Erzeugerlandschaft wird dabei durch abnehmende Leistung einzelner Anlagen zunehmend dezentralisiert.
Insbesondere die Kopplung der Wärmeversorgung an den Stromsektor ist interessant, da der Wärmesektor Flexibilität bietet, die in der zunehmend dynamischen elektrischen Energieversorgung dringend benötigt wird.
Der effiziente Betrieb einer sowohl räumlich als auch von Eigentümerseite dezentralisierten, an den elektrischen Sektor gekoppelten Fernwärmeversorgung ist eine Herausforderung, für die sich ein Wärmemarkt eignen kann.
Ein solcher Wärmemarkt existiert nach heutigem Stand nicht und wird im BMWK-Projekt EnEff:Wärme – MeFlexWärme entwickelt.
Die Performanz eines solchen Marktes hängt maßgeblich von den Bedingungen vor Ort ab. Je nach betrachtetem Standort unterscheiden sich mögliche Zukunftsszenarien stark.

Aufgaben:
In dieser Abschlussarbeit sollen beispielhafte Szenarien erarbeitet werden, wie eine zukünftige Fernwärmeversorgung in verschiedenen Fällen aussehen kann. Diese Szenarien sollen sich als Grundlage für Simulationen des Betriebsverhaltens in Modellstädten eignen.
Zunächst soll eine Kategorisierung einiger für Deutschland typischer, zukünftiger Fernwärmesysteme erarbeitet werden.
Für jede der Kategorien soll das Datenmodell einer generischen Modellstadt erstellt werden. Insbesondere ein Modell des Wärmenetzes sowie Lastkurven und Erzeugungskapazitäten an einzelnen Typtagen sind hier von Relevanz. Diese sollen als direkte Grundlage für weiterführende Arbeiten dienen können.

Beginn: Ab sofort, Einsatzort ist Darmstadt

Ansprechpartner:
MSc Pascal Friedrich
MMES multimodal energy systems
Landgraf-Georg-Str. 4, 64283 Darmstadt, Deutschland

1: AG Energiebilanzen e.V., Anwendungsbilanzen, Stand 2018

Flexibilitäten in thermischen Energiemärkten

Der Wärmesektor steht in Deutschland für über 50% des Gesamtenergiebedarfs . Nach wie vor dominieren in diesem Bereich fossile Energieträger, entsprechend ist die Wärmewende entscheidender Baustein für das Gelingen der gesamten Energiewende. Durch die aktuelle politische Lage ist der Handlungsdruck einmal mehr gestiegen.
Wärmenetze werden als entscheidend für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung in Stadtgebieten angesehen, da sie bei geringer Verfügbarkeit von Freiflächen deutliche Vorteile gegenüber Einzelwärmepumpen als CO2-freie Wärmequellen bieten. Die lokale Erzeugerlandschaft wird dabei durch abnehmende Leistung einzelner Anlagen zunehmend dezentralisiert.
Insbesondere die Kopplung der Wärmeversorgung an den Stromsektor ist interessant, da der Wärmesektor Flexibilität bietet, die in der zunehmend dynamischen elektrischen Energieversorgung dringend benötigt wird.
Der effiziente Betrieb einer sowohl räumlich als auch von Eigentümerseite dezentralisierten, an den elektrischen Sektor gekoppelten Fernwärmeversorgung ist eine Herausforderung, für die sich ein Wärmemarkt eignen kann.
Ein solcher Wärmemarkt existiert nach heutigem Stand nicht und wird im BMWK-Projekt EnEff:Wärme – MeFlexWärme entwickelt. Aktuell existiert ein funktionsfähiges Framework, welches stetig verbessert wird.
Eine besondere Herausforderung ist die geeignete Modellierung der Flexibilität, welche sich durch die Nutzung der Trägheit von Netz und Teilnehmer ebenso wie durch die Installation von Großspeichern ergibt. Diese Trägheit und die sich ergebenden zeitlichen Kopplungen sind aufgrund ihrer Komplexität geeignet zu abstrahieren, sodass das Optimierungsproblem effizient gelöst werden kann, während Nutzerbedürfnisse und physikalische Randbedingungen eingehalten werden. Mit dieser Arbeit wird eine wesentliche Voraussetzung für funktionierende Märkte für Wärme geschaffen.

Aufgaben:
Die Aufgabenstellung umfasst Anteile in Recherche, Modellierung, Berechnung und Bewertung der Ergebnisse. Fokus bildet die Modellierung.

  • Vertiefende Literaturrecherche zu Modellierungsansätzen der Flexibilität von thermischen Systemen
  • Erarbeitung eines markttauglichen (ganzzahlig-linearen) Modellierung
  • Erweiterung des am Institut entwickelten Marktmodells
  • Untersuchung des Einflusses der Flexibilitäten auf das Marktergebnis anhand eines geeigneten Referenzszenarios
  • Abgleich der Ergebnisse mit vorhandenen dynamischen Simulationsmodellen

Voraussetzungen:

  • Grundlegende Programmierkenntnisse (Vorzugsweise Python)
  • Grundlegende Kenntnisse in mathematischer Optimierung
  • Interesse an der urbanen Energiewende
  • Tiefere Kenntnisse in Thermodynamik sind nicht notwendig.
    Die Thematik ist für jeden Studierenden mit ingenieurswissenschaftlichem Studiengang zugänglich.

Beginn: Ab sofort, Einsatzort ist Darmstadt

Ansprechpartner:
MSc Pascal Friedrich
MMES multimodal energy systems
Landgraf-Georg-Str. 4, 64283 Darmstadt, Deutschland

1: AG Energiebilanzen e.V., Anwendungsbilanzen, Stand 2018