Doktorand in Wärmeflussoptimierung Zur Einbindung

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibt in Deutschland derzeit 76 Institute und Forschungseinrichtungen und ist die weltweit führende Organisation für anwendungsorientierte Forschung. Rund 30 000 Mitarbeitende erarbeiten das jährliche Forschungsvolumen von 2,9 Milliarden Euro. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg ist das größte Solarforschungsinstitut Europas. Unsere rund 1.400 Mitarbeitenden arbeiten für ein nachhaltiges, wirtschaftliches, sicheres und sozial gerechtes Energieversorgungssystem auf Basis erneuerbarer Energien. Dazu tragen wir mit unseren Forschungsschwerpunkten Energiebereitstellung, Energieverteilung, Energiespeicherung und Energienutzung bei. Durch herausragende Forschungsergebnisse, erfolgreiche Industrieprojekte, Firmenausgründungen und globale Kooperationen gestalten wir die nachhaltige Transformation des Energiesystems. Für unsere Gruppe "Gebäudesystemtechnik" suchen wir zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine*n Doktorand*in zum Thema "Wärmefluss-Simulation und -Optimierung zur Einbindung von dezentral angeordneten Großwärmepumpen in Fernwärmenetzen". Die Fernwärme muss neu gedacht werden um den Anforderungen der Energiewende zu genügen. Der Einsatz einer Vielzahl von zentralen und dezentralen Anlagentypen in gemeinsamen Wärme - und Elektrizitätsnetzen (BHKW, Wärmepumpen, Holzkessel, industrielle Abwärme, PV, Solarthermie,) erfordert einen ganzheitlich optimierten Betrieb. Modellprädiktive Regelung (MPC) ist dabei ein Lösungsansatz. Ein weiterer Fokus ist der Einsatz von Großwärmepumpen mit unterschiedlichen Quellensystemen. Großwärmepumpen erschließen für die Fernwärme eine Reihe neuer Wärmequellen, die bislang aufgrund ihrer niedrigen Temperaturen nicht oder nur zum Teil in Wärmenetze eingespeist werden konnten. Dazu zählen beispielsweise Umweltwärme aus Gewässern sowie Abwärme aus Abwasser oder industriellen Prozessen. In der Doktorarbeit soll deshalb eine neuartige Modellbibliothek als Grundlage für die darauffolgende thermische Simulation und ganzheitliche Strom und Wärme gekoppelte Betriebsoptimierung entwickelt werden. **Was Du bei uns tust** - Du recherchierst im Rahmen deiner Arbeit zu bestehenden Simulationsframeworks sowie Modellierungsansätzen und dem Stand der Forschung zur Betriebsoptimierung von Fernwärmenetzen. - Du leitest Definitionen von generellen Anforderungen ab, welche die Akteure innerhalb eines Wärmenetzes treffen und leitest neue Anforderungen aus spezifischen Randbedinguen (Temperaturniveau, Wärmequellencharakteristik, Engpasscharakteristik) ab. - Du entwickelst ein Simulationsframework, bestehend aus thermo-hydraulischen Komponenten für Wärmenetze mit variabler dezentraler Erzeuger - und Netzkonfigurationen zur räumlich und zeitlich aufgelösten Simulation. - Du bewertest potentiell unerwünschte thermo-hydraulischer Effekte, die aus der neuartigen dezentralen Netzwerkstrukur resultieren. - Schwerpunkt deiner Arbeit ist die Analyse der Betriebscharakteristik von Großwärmepumpen basierend auf realen Messwerten unter Einbindung von neuartigen Wärmequellen (Oberflächengewässer, Abwärme aus Industrie oder Rechenzentren). - Du leitest generische Modellierungsansätze für Großwärmepumpen, im Kontext eines fernwärmetechnischen Einsatzes, aus realen Betriebsdaten ab. - In der Synthese wendest du bestehende und im Projektteam entwickelte mathematische Optimierungs - und Regelungsmethoden (MPC) zur vorausschauenden Betriebsoptimierung von Fernwärmenetzen sowie der darin eingebundenen und mit dem Strommarkt gekoppelten Großwärmepumpen an. - Deine erzielten Ergebnisse veröffentlichst du in hochwertigen wissenschaftliche Arbeiten. **Was Du mitbringst** - Du verfügst über ein abgeschlossenes wissenschaftliches Hochschulstudium (Master) der Mathematik, Energietechnik, Verfahrenstechnik oder einer vergleichbaren Fachrichtung. - Du konntest dir bereits fortgeschrittene Kenntnisse in nichtlinearer bzw. ganzzahliger Optimierung, Regelungstechnik, Simulation dynamischer Systeme sowie in der Thermohydraulik und Energietechnik aneignen. - Der routinierte Umgang mit Phyton ist für dich selbstverständlich. - Es ist dir wichtig, dich in dein Team einzubringen und auch in einer interdisziplinären Zusammenarbeit gemeinsam Ziele zu erreichen. - Du planst und erledigst Aufgaben selbständig und mit hoher Qualität. - Du kannst dich sicher sowohl in deutscher als auch in englischer Sprache ausdrücken. **Was Du erwarten kannst** - Du arbeitest bei einem der beliebtesten Arbeitgeber auf Augenhöhe mit den Besten. - Aufgeschlossene Kolleg*innen freuen sich, neue Talente in ihren Reihen aufzunehmen. - Wir bieten flexible Arbeitszeitmodelle und geben dir die Möglichkeit, auch von zu Hause aus zu arbeiten. - Dazu pflegen wir eine kooperative Arbeitsatmosphäre und eine offene Kommunikation. - Wir legen Wert auf Chancengerechtigkeit und geben Raum für Vielfalt. - Du kannst an attraktiven Sport - und