Masterarbeit \"Zeitreihen Aggregation für kommunale Energiesystemmodellierung\"

Als eines der weltweit größten Solarforschungsinstitute leistet das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE einen wesentlichen Beitrag für eine nachhaltige, wirtschaftliche, sichere und sozial gerechte Energieversorgung weltweit. Unser Ziel ist es, die Energiewende mit konkret umsetzbaren technologischen Lösungen voranzutreiben - durch exzellente Forschungsergebnisse, erfolgreiche Industriekooperationen und Firmenausgründungen. Hierfür forschen wir mit unseren rund 1.300 Mitarbeitenden in den vier Schwerpunkten Energiebereitstellung, Energieverteilung, Energiespeicherung und Energienutzung.

Für unsere Gruppe "Energiesysteme und Energiewirtschaft" suchen wir zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine:n Masterand:in. Unsere Gruppe arbeitet an aktuellen Fragen zur Transformation des Energiesystems - von der Integration erneuerbarer Energien bis hin zur Sektorenkopplung und Dekarbonisierung. Wir entwickeln Modelle, um komplexe Energiesysteme detailliert und ganzheitlich abzubilden und kostenoptimierte Transformationspfade zu identifizieren. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der kommunalen Energieplanung.

Ziel der Masterarbeit ist die Implementierung und Bewertung von Zeitreihen-Aggregationsmethoden für das kommunale Energiesystemmodell DISTRICT. DISTRICT optimiert Energieversorgungssysteme auf kommunaler Ebene unter Berücksichtigung verschiedener Technologien und Energieträger. Die Herausforderung liegt darin, die hohe zeitliche Auflösung (8760 Stunden/Jahr) komplexer Zeitreihen - wie Wärmebedarf, Strombedarf, oder solare Einstrahlung - auf repräsentative Zeitperioden zu reduzieren, ohne dabei kritische Systemdynamiken und optimale Transformationspfade zu verfälschen.

Hierzu soll das Energiesystemmodell DISTRICT des Fraunhofer ISE um verschiedene Aggregationsalgorithmen erweitert werden. Die Arbeit untersucht, wie sich unterschiedliche Aggregationsmethoden auf die Genauigkeit der Optimierungsergebnisse und die Rechenzeit auswirken. Aufbauend auf bestehenden Zeitreihen-Aggregationsmethoden für Energiesystemmodelle erweitert diese Masterarbeit den Anwendungsbereich gezielt auf Fernwärmesysteme mit erneuerbaren Wärmequellen wie Gewässer und industrielle Abwärme. Der Fokus liegt auf der methodischen Entwicklung, Implementierung und Validierung verschiedener Zeitreihen-Aggregationsansätze für die kommunale Energieplanung.

Deine Tätigkeiten in der Gruppe "Energiesysteme und Energiewirtschaft" sind unter anderem:

• Du führst eine systematische Literaturrecherche zu Zeitreihen Aggregation-Methoden in der Energiesystemmodellierung und deren Anwendung in kommunalen Energieplanungsmodellen durch.
• Du identifizierst und vergleichst verschiedene Aggregationsalgorithmen hinsichtlich ihrer Eignung für ein kommunales Energiesystemmodell mit Fokus auf Fernwärmeanwendungen.
• Du implementierst verschiedene Zeitreihen Aggregation-Methoden in das Energiesystemmodell DISTRICT und entwickelst Bewertungskriterien für die Aggregationsqualität.
• Du wendest die entwickelten Aggregationsmethoden auf verschiedene kommunale Use-Cases an und analysierst deren Auswirkungen auf Optimierungsergebnisse und Rechenzeit.
• Du entwickelst Validierungsverfahren zur Bewertung der Aggregationsqualität und untersuchst Trade-offs zwischen Modellgenauigkeit und Recheneffizienz.
• Du dokumentierst die Modellerweiterung, erstellst deine Abschlussarbeit und präsentierst die Ergebnisse sowohl intern als auch extern.

Hiermit bringst Du Dich ein:

• Du bist eingeschriebene*r Student*in in der Fachrichtung Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften, Energietechnik oder Wirtschaftsingenieurwesen mit Bachelorabschluss.
• Du verfügst über Kenntnisse in Energiewirtschaft und Energietechnik.
• Du hast gute Kenntnisse in der Programmierung mit Python.
• Erfahrung mit Optimierungsmodellen (GAMS, Pyomo) und Machine Learning-Methoden sind von Vorteil, aber keine Voraussetzung.
• Du arbeitest eigenständig und treibst deine Aufgaben aktiv voran.
• Du kannst dich sicher sowohl in deutscher als auch in englischer Sprache in Wort und Schrift ausdrücken.

Was wir für Dich bereithalten:

• Exklusiver Einblick: In der gemeinsamen Arbeit mit den Wissenschaftler*innen unserer Arbeitseinheit gewinnst Du einen Einblick in den Alltag von Forschung und Entwicklung an einem Forschungsinstitut.
• Laborinfrastruktur: Am Fraunhofer ISE arbeiten wir an modernsten Anlagen und Geräten, sodass Forschungsprojekte auf dem neuesten Stand der Technik durchgeführt werden können.
• Forschungsmix: Du erhältst bei uns die Möglichkeit, experimentelle Arbeit mit der Theorie zu verbinden und so Dein Wissen aus dem Studium anzuwenden und zu erweitern.
• Betreuung: Bei Deiner Arbeit wirst Du durch Wissenschaftler*innen betreut und Du erhältst Feedback zu Deinen Fortschritten.
• Teamwork: Im Austausch mit den wissenschaftlichen und studentischen Mitarbeitenden sammelst Du Erfahrungen zur Arbeit im Team und kannst Deine bereits gemachten Erfahrungen einbringen.
• Arbeitszeit und -ort: Wir bieten Dir die Möglichkeit, Deine Arbeitszeit in Absprache flexibel an Deine Bedürfnisse anzupassen und ab und an von zuhause aus zu arbeiten. Arbeitsort ist das Fraunhofer ISE in Freiburg.
• Chancengleichheit: Wir legen Wert auf Chancengerechtigkeit und geben Raum für Vielfalt.
• After Work: Feiere Dich und Deine Kolleg*innen bei After-Work Events oder unseren jährlichen Mitarbeitendenfesten.

Zusätzlich zu der Abschlussarbeit wird ein Vertrag als Wissenschaftliche Hilfskraft vereinbart. Die Vergütung hierfür richtet sich nach dem Abschlussgrad der Hochschulausbildung.

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.

Bereit für Veränderung? Dann bewirb Dich jetzt mit Deinen aussagekräftigen Bewerbungsunterlagen (inkl. Lebenslauf, Anschreiben, Arbeitszeugnisse/Leistungsnachweis), und mach einen Unterschied! Nach Eingang Deiner Online-Bewerbung erhältst Du eine automatische Empfangsbestätigung. Dann melden wir uns schnellstmöglich und sagen Dir, wie es weitergeht.

Fragen zu dieser Position beantwortet Dir gerne: Paula Oberfeier E-Mail: paula.oberfeier@ise.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE www.ise.fraunhofer.de Kennziffer: 83655