Bachelor/Masterarbeit

  • Forschungsthema:Impact of Climate Change on our Electricity Generation / Einfluss des Klimawandels auf unsere Stromerzeugung
  • Typ:Bachelor/Masterarbeit
  • Datum:ab sofort
  • Betreuung:

    Eric Jahnke

  • Zusatzfeld:

    Sustainable Energy Markets and Future Energy Commodities

     

  • Hintergrund
    Das Phänomen der Dunkelflaute und ihr negativer Einfluss auf die Stromerzeugungsfähigkeit von Regenerativen Energiequellen wie PV, Wind onshore und Wind offshore ist bereits medial bekannt geworden. Dass allerdings auch Extremwetter-Ereignisse wie Dürren, Hitzewellen oder Kältewellen die Leistungsfähigkeit der EE-Anlagen einschränken können, wird bisher öffentlich weniger diskutiert. Zudem beeinflussen Wettereffekte auch die Verfügbarkeit zur Stromerzeugung thermischer Kraftwerke, wie wir in den vergangenen Hitzewelle 2022 in Frankreich sehen konnten.

     

    Zukünftig höhere Durchschnittstemperaturen aber auch häufiger auftretende Extremwetter-Ereignisse (z.B. Hitzewellen oder Dürren im Sommer) werde diese Probleme wahrscheinlich noch verstärken

     

    Somit stehen Länder wie Deutschland - welche zukünftig verstärkt auf Stromerzeugung durch EE-Anlagen setzen - sowie Länder wie Frankreich - welche zukünftig weiterhin auf die Stromerzeugung von konventionellen Kraftwerken setzen - vor Herausforderungen, ihre Stromversorgung konstant sicher zu gewährleisten.

Details zur Arbeit

Inhalte der Arbeit
In der Arbeit soll – je nach Typ, Umfang und Vertiefung – die Stromerzeugung Erneuerbarer Energie-Anlagen (PV, Wind Offshore/Onshore, Wasserkraft) und/oder konventioneller Kraftwerkstechnologien (Braunkohle, Steinkohle, Gas- und Dampf, Kernkraft) in der Vergangenheit unter verschiedenen Wetter- und Umweltbedingungen untersucht werden. Besonders relevant sind dabei Wetterextreme (Hitze, Dürre, Kälte) und deren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Kraftwerke. Verschiedene Fragestellungen können hierbei bearbeitet werden:
 
1. Wie haben sich die Ausfälle (geplant und ungeplant) der Kraftwerke in den letzten Jahren entwickelt und welcher Zusammenhang besteht zu den Wetterbedingungen?
 
2. Welche Auswirkungen auf die Stromversorgungssicherheit hat die Wettersensitivität aktuell für das ganze Stromsystem einzelner Länder oder sogar dem Europäischen Verbundnetz?
 
3. Welche Implikationen können qualitativ und quantitativ für die Zukunft abgeleitet werden, bei potentiell steigenden Temperaturen im Sommern und mehr Dürren oder Hitzewellen oder auch Kältewellen im Winter?
 
Zusammenfassung der möglichen thematischen Ausgestaltung
- Literaturrecherche zu Studien, Analysen und Berichten zu Wetterabhängigkeit von EEG-Anlagen und konventioneller Kraftwerke (PFLICHT)

- Aufbereitung vorhandener Datenquellen für Stromerzeugung und Ausfälle konventioneller Kraftwerke und EEG-Anlagen sowie Suche und Aufbereitung regionaler und überregionaler Wetterdaten (PFLICHT)

- Analyse und Visualisierung historischer Stromerzeugungszeitreihen einzelner Kraftwerke oder einer Kraftwerkstechnologie unter Berücksichtigung regionaler Wetterinformationen mit statistischen Verfahren (ALTERNATIVE)

- Vergleich der Wetterabhängigkeit von Kraftwerken aggregiert für verschiedene Kraftwerkstechnologien oder für einzelne Europäische Länder unter Aspekten der Versorgungssicherheit mit Machine-Learning-Verfahren (ALTERNATIVE)

- Sensitivitätsanalyse für prognostizierte Stromerzeugungszeitreihen unter Berücksichtigung stärkerer Effekte des Klimawandels wie: steigender Temperaturen, häufigere und längere Hitzewellen im Sommer, häufigere und längere Dürreperioden im Sommer (ALTERNATIVE)

- Modellierung historischer Zeitreihen für Stromerzeugung und/oder Ausfallwahrscheinlichkeiten von Kraftwerken mit klassischen statistischen Verfahren oder Machine-Learning-Methoden (ALTERNATIVE)

 - Modellierung kurzfristiger Preis-Effekte der Europäischen Strombörsen (Day-Ahead) und/oder Regelleistungsmärkte (FCR / aFRR / mFRR) in verschiedenen Extremwetter-Szenarien in Europa unter Berücksichtigung der Wettersensitivität konventioneller Kraftwerke mit Verfahren der mathematischen Optimierung des Operations Research (ALTERNATIVE)
Vorkenntnisse/Anforderungen
- Energiewirtschaftliches und energietechnisches Grundwissen
- Statistisches und mathematisches Grundwissen
- Grundwissen mit MS Office Anwendungen (Excel, Word, PowerPoint)
- Grundwissen in min. 1 höheren Programmiersprache (Python, R, Julia, MATLAB etc.)
Optional: Grundwissen in Java
Bewerbung

Mit CV und aktuellem Transcript of Records an: eric.jahnke∂kit.edu

Daten
- Datensätze zur Stromerzeugungsleistung und installierter Kapazität von einzelnen Kraftwerken für verschiedene Länder Europas (Quelle: ENTSO-e)
- Datensätze zu Ausfällen (geplant & ungeplant) von einzelnen Kraftwerken für verschiedene Länder Europas (Quelle: ENTSO-e)
- Datensätze für regionale und überregionale Wetterdaten für verschiedene Länder Europas (Quelle: Meteostat und Copernicus Climate Services)