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Studien-/ Abschlussarbeit

Modellprädiktive Regelung eines keramischen Receivers für Solartürme

Beginn

1. Juli 2022

Dauer

6 Monate

Vergütung

bis Entgeltgruppe 5 TVöD

Beschäftigungsgrad

Teilzeit

Das Institut für Solarforschung des DLR trägt mit seinem Engagement dazu bei, eine klimaneutrale und umweltfreundliche Energieversorgung auf der Basis von Sonnenenergie zu ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an vier Standorten in Deutschland und Südspanien arbeiten in enger Kooperation mit der Industrie an der anwendungsbezogenen Entwicklung und Optimierung von Technologien zur solaren Erzeugung von Strom, Wärme und Brennstoffen.

In der Abteilung Solare Kraftwerkstechnik entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler solarthermische Turmkraftwerke. In solchen Kraftwerken wird das Sonnenlicht von einer Vielzahl von zweiachsig nachgeführten Spiegeln (sog. Heliostaten) auf einen Strahlungsempfänger konzentriert. Der Strahlungsempfänger, auch Receiver genannt, ist auf einem Turm angebracht. Der Receiver absorbiert die konzentrierte Solarleistung und gibt diese wiederum an ein Wärmeübertragungsmedium ab. Die im Medium gespeicherte Wärme kann dann einem konventionellen Dampfkreislauf zur Stromerzeugung zur Verfügung gestellt werden. Ein solches Solarturmkraftwerk steht zum Beispiel zu Forschungszwecken in Jülich. Hier besteht der Receiver aus einer porösen Keramikstruktur, das durch diese Luft ansaugt und erhitzt. Die Luft gibt anschließend seine Wärme an den Dampfkreislauf oder einen Wärmespeicher ab.

Um den Ausbau von Solarturmkraftwerken wirtschaftlich attraktiver zu machen, ist eine Steigerung des Wirkungsgrads von großer Bedeutung. Hierbei muss jedoch insbesondere ein sicherer Betrieb gewährleistet sein. Eine besonders schwierig zu beherrschende Störgröße sind Wolkendurchzüge, die einen Teil des Heliostatenfeldes verschatten. Während der Wolkendurchzüge sinkt die eingestrahlte Leistung auf dem Receiver und die Ausgangstemperatur des Wärmeübertragungsmediums verringert sich. Eine Verringerung der Austrittstemperatur ist jedoch unbedingt zu vermeiden, da dies die Lebensdauer des Dampfkreislaufs reduziert. Das Abfallen der Temperatur kann jedoch durch zwei Stellgrößen beeinflusst werden. Zum einen durch den Massenstrom des Wärmeübertragungsmediums und zum anderen durch das Erhöhen der eingestrahlten Leistung. Die eingestrahlte Leistung kann dabei durch Verschieben der Zielpunkte der Heliostaten geändert werden. In der Literatur werden die Regelung des Massenstroms und der Zielpunkte meist getrennt behandelt. Dies ermöglicht jedoch keine optimale Regelung der Ausgangstemperatur unter Einhaltung der Temperaturgrenzen.  

Ihre Aufgabe ist es, eine Regelung zu entwickeln, die sowohl Massenstrom und Zielpunkte regelt und dabei einen sicheren Betrieb gewährleistet unter Berücksichtigung von maximalen Temperaturen und Gradienten für einen keramischen Receiver. Da die Regelung auch Wolkenvorhersagedaten verwenden soll, werden Sie eine modellprädiktive Regelung implementieren.

Im Verlauf Ihrer Arbeit werden Sie sich in die Themengebiete der modellprädiktiven Regelung, der Zielpunktregelung und keramischen Receiverthermodynamik einarbeiten. Darauf aufbauend werden Sie eine modellprädiktive Regelung entwickeln und diese evaluieren. Eventuell kann der Algorithmus auch am realen Kraftwerk in Jülich getestet werden. Während der Bearbeitung befinden Sie sich im regelmäßigen Austausch mit Ihrem Betreuer, der Sie bei fachlichen Entscheidungen und Fragen unterstützt.

Ihre Qualifikation:

  • Studium: Elektrotechnik, Automatisierungstechnik, Maschinenbau, Computational Engineering Science, Informatik, Simulation Science, Mathematik, Physik oder verwandte Studiengänge
  • Kenntnisse der Regelungstechnik
  • Programmierkenntnisse mit Python (Kenntnisse in C++ erwünscht)
  • Erfahrungen mit modellprädiktiver Regelung wünschenswert
  • Kenntnisse der Thermodynamik wünschenswert
  • Vorkenntnisse in der Solartechnik wünschenswert
  • Eigeninitiative und Freude am selbstständigen Arbeiten

Ihr Start:

Freuen Sie sich auf einen Arbeitgeber, der Ihr Engagement zu schätzen weiß und Ihre Entwicklung durch vielfältige Qualifizierungs- und Weiterbildungsmöglichkeiten fördert. Unser einzigartiges Arbeitsumfeld bietet Ihnen Gestaltungsfreiräume und eine unvergleichbare Infrastruktur, in der Sie Ihre Mission verwirklichen können. Vereinbarkeit von Privatleben, Familie und Beruf sowie Chancengleichheit von Personen aller Geschlechter (w/m/d) sind wichtiger Bestandteil unserer Personalpolitik. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen bevorzugen wir bei fachlicher Eignung.

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Fachliche/r Ansprechpartner/in

David Zanger
Institut für Solarforschung

Tel.: +49 2203 601-4328

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