Masterarbeit Analyse der ländlichen Energieversorgung anhand eines digitalen Modells

Das Fraunhofer IEE in Kassel forscht in den Bereichen Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik mit den Schwerpunkten Energieinformatik, Energiemeteorologie und Geoinformationssysteme, Energiewirtschaft und Systemdesign, Energieverfahrenstechnik und -speicher, Netzplanung und Netzbetrieb, Netzstabilität und Stromrichtertechnik sowie thermische Energietechnik. Rund 450 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Angestellte, Studentinnen und Studenten entwickeln Lösungen für die Energiewende und erwirtschaften rund 38 Mio. Euro Erträge pro Jahr.

Die Abteilung thermische Energiesystemtechnik beschäftigt sich u.a. mit Fragestellungen rund um die Themen Konzepten für regionale Energieversorgung (Planung, Rechtliche Aspekte, Akzeptanz, Anreize), Berechnung und Simulation der thermischen Versorgung, Gebäudeautomation, Anlagenbetrieb im Quartier und im Gebäude, Digitalisierung der (Fern-)wärme sowie Technologien für die thermische Energieversorgung.

Die Abteilung Erneuerbare Gase und Bioenergie betreibt am Standort Eichhof in Bad Hersfeld das Hessische Biogas-Forschungszentrum und betreibt dort eine Forschungsbiogasanlage mit BHKW und Anbindung an das lokale Wärmenetz. Auch die Themen lokale Stromnetze, Einsatz von Batteriespeichern, Inselsysteme und Energiemanagementsysteme werden hier in Forschungsprojekten bearbeitet.

Die Wärmewende ist entscheidend, um die Klimaziele zu erreichen, und erfordert die Umstellung von fossilen auf klimaneutrale Energieträger. Der Gebäudesektor spielt hierbei eine zentrale Rolle, da dieser erheblich zur Reduktion der THG-Emissionen beitragen kann. Für eine erfolgreiche Wärmewende sind energetische Gebäudesanierungen und der Einsatz erneuerbarer Energien essenziell. Dabei kommt eine Kombination aus verschiedenen Technologien und Maßnahmen in Frage, die individuell angepasst werden müssen. Förderprogramme und die Nutzung vorhandener Netzinfrastrukturen sind ebenfalls wesentliche Elemente, um die Transformation ressourcenschonend und kosteneffizient zu gestalten.

Im Vergleich zu früheren, fossil basierten Wärmekonzepten ergeben sich nun eine Vielzahl neuer Möglichkeiten und sektorübergreifender Kombinationen, die mit konventionellen Planungsansätzen nicht mehr gestaltet werden können und bei denen Erfahrungswerte fehlen. Besonders im ländlichen Bereich stehen die Kommunen daher vor großen Problemen, ihre Wärmeplanung zielgerichtet und zukunftssicher durchzuführen.

Was Du bei uns tust

Am Standort Bad Hersfeld betreibt das IEE ein Anwendungszentrum für ländliche Energiesysteme. In einer dorfähnlichen Energieinfrastruktur mit Strom-, Gas- und Wärmenetz sowie EE aus PV und Biomasse können hier unterschiedliche Systemansätze untersucht und demonstriert werden.

In einem ersten Schritt soll im Rahmen einer Masterarbeit die gesamte Liegenschaft und ihre Energiestruktur in einem Digitalen Modell abgebildet werden, das Variantenstudien möglich macht.
Du untersuchst die Transformation der Energieversorgung im ländlichen Raum durch die Entwicklung und Implementierung eines digitalen Zwillings einer landwirtschaftlichen Einrichtung. Du analysierst die Effizienzsteigerungen, Kostenreduktionen und Nachhaltigkeitsverbesserungen, die durch den Einsatz des digitalen Zwillings erreicht werden können. Zudem erarbeitest du Empfehlungen für die Skalierung und Anwendung dieser Technologie in ähnlichen Kontexten.

Inhalte der Masterarbeit:

• Bestandsaufnahme, Datenaufnahme:
  • Gebäude (Typisierung, Aufnahme der Flächen, Nutzungseigenschaften)
  • Versorgungsinfrastuktur (Wärmenetz, Gasnetz und Stromnetz)
  • Energiequellen und –erzeugung (Strom und Wärmesystem)

• Auswertung vorhandener Daten, die bereits am Eichhof aufgenommen wurden
• Erstellung von verschiedenen Versorgungsszenarien mit Fokus auf Wärmepumpenanwendung, PV-Nutzung und Nutzung von Biomasse mit dem Ziel einer autarken Energieversorgung eines Landwirtschaftlichen Betriebes
• Vergleich der Ergebnisse zum Zweck der plausibilisieren der Daten
• Erweiterung eines bestehenden Modells für die Quartiersentwicklung im urbanen Raum zur Gegenüberstellung der Versorgungszenarien mittels multi-kriterieller Analyse
Überprüfung möglicher Übertragbarkeiten

Was Du mitbringst

• Studienhintergrund als Bachelor im Bereich Elektrotechnik, Maschinenbau, Erneuerbare Energien oder Umwelttechnik
• Interesse an einer solchen Arbeit, die einen wichtigen Baustein zur Gestaltung der kommunalen Wärmewende im ländlichen Raum darstellt
• Freude an der Gestaltung digitaler Werkzeuge

Was Du erwarten kannst

• Die Betreuung der Arbeit erfolgt durch unsere Expert*innen der thermischen Energietechnik und Bioenergie in Kassel sowie vor Ort in Bad Hersfeld
• Enge Zusammenarbeit mit unseren Kolleg*innen der Forschung und Verwaltung
Flexible Arbeitszeiten und individuelle Unterstützung während Ihres Studiums sowie der Option der Remote-Arbeit

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 monatliche Arbeitszeit beträgt zwischen 40 und 80 Stunden. Die Stelle ist zunächst auf 12 Monate befristet. Ausnahmen für eine kürzere Laufzeit sind grundlegende betriebliche Gründe, der persönliche Wunsch des Studierenden oder der Studienabschluss. Die Vergütung richtet sich nach der Gesamtbetriebsvereinbarung zur Beschäftigung der Hilfskräfte.

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 (inkl. Lebenslauf, Anschreiben und Arbeitszeugnisse/Leistungsnachweis). Wir freuen uns darauf, Dich kennenzulernen!

Fragen zu dieser Position beantwortet dir gerne:

• Dr.-Ing. Anna Marie Cadenbach (Tel: +49 (0) 561 7294-1509)
• Dr. Bernd Krautkremer (Tel: +49 (0) 561 7294-420)

Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE

Kennziffer: 74385 Bewerbungsfrist: 22.07.2024