Masterarbeit: Betriebsoptimierung von Wärmenetzen (Ilmenau, DE, 98693) at Fraunhofer-Gesellschaft

Wärmenetze sind eine grundlegende Schlüsseltechnologie, die für das Gelingen der Wärmewende von großer Bedeutung sind.

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

Was Du bei uns tust

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 Ausspeicherleis-tung, 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.

Was Du mitbringst

• Du suchst ein Thema für die Masterarbeit in den nächsten 6 Monaten? 
• Laufendes Studium vorzugsweise im ingenieur- / 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, [email protected]  

Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB 

www.iosb.fraunhofer.de 

Kennziffer: 81427                Bewerbungsfrist: 31.12.2025