Motivation / Hintergrund der Aufgabenstellung

Die Nutzung innerbetrieblicher Abwärme ist eine Schlüsseltechnologie für die Dekarbonisierung industrieller Energieversorgungssysteme. In der Automobilproduktion entsteht Abwärme räumlich verteilt und auf sehr unterschiedlichen Temperaturniveaus, von niedrigtemperierten Quellen aus Kühlprozessen bis hin zu hochtemperierten Quellen aus thermischen Behandlungs- oder Abluftreinigungssystemen. Um die technische und systemische Einbindung dieser Potenziale realitätsnah untersuchen zu können, bedarf es eines flexiblen, komponentenbasierten Simulationsmodells, das verschiedene Integrationspfade präzise abbildet. Ein solches Modell bildet die Grundlage, um Versorgungskonzepte zu vergleichen und in späteren Schritten auch ökonomisch und ökologisch zu bewerten.

Aufgabenstellung / Aufgabenschwerpunkt

Ziel dieser Arbeit ist die Konzeption, Entwicklung und Validierung eines Simulationsmodells, das die Integration von Nieder- und Hochtemperaturabwärme in bestehende industrielle Energieversorgungssysteme ermöglicht. Der Schwerpunkt liegt auf der physikalisch konsistenten Modellierung thermischer Erzeugerkomponenten wie Wärmepumpen, Wärmeübertragern und Heißwasserkesseln. Ein besonderer wissenschaftlicher Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Abbildung dieser Komponenten über multivariat abhängige Leistungs- und Wirkungsgradkennfelder (z. B. last- und temperaturabhängige COP-Kennfelder von Wärmepumpen oder Wirkungsgradkennlinien von Heißwasserkesseln). Dadurch kann das Modell die Abhängigkeit der Systemperformance sowohl von Temperaturhub als auch von Betriebszuständen präzise erfassen und ermöglicht eine robuste Bewertung unterschiedlicher Abwärmeintegrationspfade. Die Validierung des Modells erfolgt anhand systematischer Testfälle sowie realer Messdaten industrieller Anlagen. Dies stellt die wissenschaftliche Belastbarkeit des entwickelten Werkzeugs sicher und schafft eine belastbare Grundlage für spätere techno-ökonomische Analysen.

Schwerpunkte der Arbeit sind:

• Recherche: Grundlagen der thermischen Modellierung industrieller Energieerzeugungskomponenten sowie Analyse typischer Abwärmequellen in der Automobilproduktion.
• Konzeption: Entwicklung eines flexiblen Simulationsmodells in TESPy (Python), das die Integration von Nieder- und Hochtemperaturabwärme in industrielle Versorgungssysteme ermöglicht.
• Implementierung: Modellierung zentraler Komponenten einschließlich der Abbildung multivariat abhängiger Leistungs- und Wirkungsgradkennfelder zur realitätsnahen Beschreibung des Anlagenverhaltens.
• Validierung: Systematische Überprüfung der Modellgüte durch Komponenten- und Systemtests sowie den Abgleich mit analytischen Lösungen und realen Messwerten.

Inhaltliche Aufteilung

0 % Experimentell | 20 % Recherche | 40 % Theoretisch/Konzeptionell | 40 % Simulation/Programmierung | 0 % Konstruktion

Voraussetzungen

• Studium im Bereich Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen, Informatik, Chemieingnieurwesen oder verwandter Fachrichtungen
• Gute Programmierkenntnisse, idealerweise in Python
• Grundkenntnisse in Thermodynamik und Wärmeübertragung von Vorteil
• Interesse an Energiesystemsimulation, industriellen Anwendungen und Dekarbonisierungskonzepten
• Fähigkeit zum eigenständigen, strukturierten wissenschaftlichen Arbeiten