Studien- und Abschlussarbeiten

Kurzbeschreibung

Abfallverbrennungsanlagen werden auch in Zukunft ein wichtiger Energielieferant sein, da Abfall kontinuierlich anfällt und der größte Teil des Abfalls in Deutschland aus Gründen des Gesundheitsschutzes verbrannt werden muss. Dabei entsteht Rauchgas, welches umweltschädliche und gesundheitsschädliche Komponenten enthält und daher aufbereitet werden muss, bevor es das Kraftwerk verlassen darf. Am IKW werden Möglichkeiten erforscht, die Rauchgasreinigung von Abfallverbrennungsanlagen zu optimieren. Dies geschieht mithilfe von chemisch-physikalischen Modellen, die mit der Software Aspen erstellt werden.

In dieser Arbeit soll ein Modell eines Gewebefilters erstellt werden, der bei Abfallverbrennungskraftwerken zum Entfernen von Staub und Schadstoffen eingesetzt wird.

Aufgabenstellung

• Ausführliche Literatur-Recherche zur Filtration
• Erstellung eines Modells für einen Gewebefilter in Aspen Plus
• Untersuchung der Filtration von verschiedenen Partikelgrößenverteilungen, die den Staub im Abgas repräsentieren
• Dokumentation der Ergebnisse
• Präsentation der Ergebnisse im Rahmen eines Vortrags

Ihr Profil

• Student*in des Maschinenbaus, der Energietechnik oder ähnlicher Studiengänge
• Selbständige, gewissenhafte und strukturierte Arbeitsweise
• Gute Kenntnisse in Wärmeübertragung und Thermodynamik

Kurzbeschreibung

Im Rahmen der Energiewende soll Erdgas als Brückentechnologie von Kohle hin zu erneuerbaren Energien eingesetzt werden. Um Erdgas in großen Mengen zu speichern, wird es verdichtet und unterirdisch in Kavernen unter hohem Druck gespeichert. Während der Speicherzeit nimmt das Erdgas Feuchtigkeit von den Kavernenwänden auf, die vor der Einspeisung in das Gasnetz abgeschieden werden muss. Dafür werden Adsorptionskolonnen verwendet, durch die das Erdgas strömt und seine Feuchtigkeit an einen Feststoff abgibt. Bevor ein Adsorber erneut verwendet werden kann, muss dieser mit einem weiteren Gas regeneriert werden. Hierbei wird das vorher adsorbierte Wasser wieder desorbiert.
In dieser Arbeit soll die Wärmeübertragung sowohl bei der Ad- als auch bei der Desorption untersucht werden. Dabei sollen zunächst alle Wärmeübertragungsmechanismen analysiert und deren Einfluss bewertet werden. Es soll am Ende ein Programm entwickelt werden, mit dem sich die Wärmeübertragung in einem Adsorber darstellen und berechnen lässt.

Aufgabenstellung

• Literaturrecherche zur Wärmeübertragung in Adsorbern
• Identifikation maßgebender Parameter bei der Wärmeübertragung in Adsorbern
• Entwicklung eines Programms zur Beschreibung der Wärmeübertragungsmechanismen
• Anwendung und Validierung des Programms für einen definierten Betriebspunkt
• Ausführliche Dokumentation und Darstellung der Arbeit im Rahmen einer schriftlichen Ausarbeitung
• Präsentation der Ergebnisse im Rahmen eines Vortrages

Ihr Profil

• Student*in des Maschinenbaus, der Energietechnik oder ähnlicher Studiengänge
• Selbständige, gewissenhafte und strukturierte Arbeitsweise
• Kenntnisse der Wärmeübertragung, Thermodynamik und Strömungsmechanik
• Interesse an Programmierung (z.B. Python, MATLAB, usw.)
• Idealerweise Vorkenntnisse in der Programmierung

Kurzbeschreibung

Durch den Umstieg von fossiler Wärmeerzeugung auf erneuerbare Energieformen müssen das Fern- und Nahwärmenetz umgestellt und flexibilisiert werden. Zudem muss eine Speicherung von thermischer Energie den zeitlichen Unterschied zwischen hoher Erzeugungskapazität und starker Nachfrage ausgleichen oder zumindest abschwächen können. Es wird deutlich, dass effiziente Möglichkeiten zur Speicherung und dynamischer Bereitstellung von Wärmeenergie unabdingbar sind. Zu diesem Zweck wird am Institut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung die Erforschung von Wärmeübertragung an Schüttungen und die Entwicklung von thermischen Energiespeicher vorangetrieben.

Ziel dieser Arbeit ist es die Potentiale von thermischen Speichern in zukünftigen nachhaltigen Fernwärmenetzen auszuarbeiten. Dabei sind unter anderem die folgenden Fragestellungen zu bearbeiten:

• Welche Anforderungen ergeben sich für thermische Speicher im Großmaßstab?
• Wie können thermische Speicher für den Einsatz in der Kraft-Wärmekopplung eingesetzt werden?
• Welchen Beitrag können thermische Speicher zur Stabilisierung des Fernwärmenetz leisten?
• Wie schneiden thermische Speicher auf Kugelbasis im Vergleich zu anderen thermischen Speichern ab?

Aufgabenstellung

• Ausführliche Literatur-Recherche zu thermischer Energiespeicherung und Fernwärmenetzen
• Aufstellen und Charakterisieren der Anforderungen an thermische Speicher
• Potentialanalyse von thermischen Speichern
• Kritische Bewertung der erzielten Ergebnisse
• Ausführliche Dokumentation und Darstellung der Arbeit
• Präsentation der Ergebnisse im Rahmen eines Vortrages

Ihr Profil

• Student*in des Maschinenbaus, der Energietechnik oder ähnlicher Studiengänge
• Selbständige, gewissenhafte und strukturierte Arbeitsweise
• Gute Kenntnisse in Wärmeübertragung und Thermodynamik
• Interesse an aktuellen Fragen der Energiewende

Kurzbeschreibung

Thermische Kraftwerke sind aufgrund der vorrangigen Einspeisung von Strom aus volatilen erneuerbaren Energien gezwungen ein effizientes Anfahr- und Teillastverhalten aufzuweisen um flexibel mit Lastwechseln umgehen zu können. Jedoch sind Wind- sowie Solarenergie tageszeit- und klimaabhängig und damit ist deren Einspeisung keine disponible Leistung, die an den Bedarf des Stromverbrauchers angepasst werden kann. Die Folgen von Frequenzschwankungen, wären die Gefährdung der Versorgungssicherheit und müssen daher durch Systemdienstleistungen, die von den Stromerzeugern in Form von zurückgehaltener Leistung, der Regelleistung erbracht wird, ausgeglichen werden. Als mögliche Hilfestellung soll die Ausnutzung der Wasserstoffverbrennung im Dampfkreislauf der thermischen Kraftwerke zur Erzeugung von Primäregelleistung untersucht werden, um den technischen und wirtschaftlichen Problemen der schnellen Regelbarkeit unter hohen Lastgradienten entgegenzuwirken. Auch bietet die Speicherung und Verbrennung des synthetisierten Wasserstoffs aus dem überschüssigen Strom erneuerbarer Energieanlagen eine CO2 freie Möglichkeit weiterhin Dampf zur Stromerzeugung zu verwenden und ein Speichersystem (Power-to-Gas) zu etablieren.

Aufgabenstellung

• Einordnung in den Stand der Technik und Forschung
• Weiterentwicklung eines Brennkammermodells
• Berücksichtigung verschiedener Wärmeübertragungsmechanismen
• Simulation des Zeitverhaltens der Leistungsabgabe in Folge der H2-Verbrennung mit der Software Dymola
• Ausführliche Dokumentation und Darstellung der Arbeit im Rahmen einer schriftlichen Ausarbeitung
• Präsentation der Ergebnisse im Rahmen eines Vortrages

Ihr Profil

• Kenntnisse der Wärmeübertragung, Kraftwerkstechnik und einer Programmiersprache·        
• Idealerweise Erfahrungen mit den Programmen Ebsilon oder Dymola
• Interesse an der Energiewende und neuen Technologien
• Selbständige und strukturierte Arbeitsweise

Kurzbeschreibung

Die nachhaltige Nutzung von Rohstoffen ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Gesellschaft. Insbesondere in der Energieversorgung und in der Produktion von Verbrauchsgütern ist eine Effizienzsteigerung bei der Verwendung von Rohstoffen notwendig, um für zukünftige Generationen eine Versorgung mit endlichen Rohstoffen sicherzustellen.
Einer dieser zu optimierenden Prozesse ist die Herstellung von Glasfasern im direct- oder indirectmelt-Verfahren. Hierbei wird technischen Glas aufgeschmolzen und in die flüssige Phase überführt, sodass im weiteren Prozess Glasfasern hergestellt werden können. Dieser Aufschmelzprozess findet unter zu Hilfenahme von elektrischem Strom statt. Das flüssige Glas erreicht dabei Temperaturen von 1200 °C. Die hohen Prozesstemperaturen bieten dabei Potential für mögliche Verlustwärmeströme.

In dieser Arbeit soll der Verlustwärmestrom durch Wärmeleitung modelliert und untersucht werden. Neben der Konvektion und der Wärmestrahlung stellt die Wärmeleitung einen der drei grundlegenden Wärmeübertragungsmechanismen dar.

Aufgabenstellung

• Einarbeitung in die Thematik der Glasfaserproduktion
• Literaturrecherche zur Modellierung und Untersuchung von Wärmeleitungsverlusten
• Aufbau eines Modells zur Beschreibung der Wärmeleitungsverluste
• Umsetzung des Modells in der CFD-Software OpenFOAM
• Bestimmung der Wärmeleitungsverluste bei gegebenen Randbedingungen
• Untersuchung der Wärmeleitungsverluste bei veränderbaren Randbedingungen

Ihr Profil

• Sie studieren Maschinenbau oder Energietechnik
• Sie verfügen über ein gutes Verständnis für Thermodynamik und Wärmeübertragung
• Sie besitzen Grundkenntnisse in der Modellierung mittels CFD
• Vorkenntnisse in OpenFOAM sind wünschenswert aber keine Voraussetzung

Kurzbeschreibung

Die Transformation des Energiesystems stellt viele technische Herausforderungen. Ein wichtiger Baustein für das Gelingen der Energiewende ist die Speicherung von Energien, um die volatile Einspeisung erneuerbarer Stromerzeuger auszugleichen. Die Batteriespeichertechnologie ist dabei in den letzten Jahren weiter vorangeschritten. Durch elektrische Verluste in den Bauteilen kommt es jedoch zu der Entstehung von Abwärme.

In dieser Arbeit soll die Entstehung der Abwärme in einem Lithium-Ionen-Speicher untersucht und modelliert werden. Der Einfluss der Temperaturen auf den Wirkungsgrad und die Sicherheit des Batteriespeichers sollen untersucht werden und Konzepte für eine optimale Temperierung ausgearbeitet werden.

Aufgabenstellung

• Ausführliche Literatur-Recherche zu Batteriespeichern, insbesondere der Lithium-Ionen-Technik
• Charakterisierung der Einzelkomponenten und deren Wärmeerzeugung
• Untersuchung des Einflusses der Temperatur auf die einzelnen Komponenten
• Konzeptionierung von Kühlmethoden für Batteriespeicher unter Berücksichtigung bestehender Technologien
• Modellierung des Systems hinsichtlich der Wärmeübertragung
• Optimierung des Kühlsystems für optimale Funktionalität des Batteriespeichers
• Idealerweise instationäre Betrachtung für verschiedene Lastgänge
• Ausführliche Dokumentation und Darstellung der Arbeit
• Präsentation der Ergebnisse im Rahmen eines Vortrages

Ihr Profil

• Student*in des Maschinenbaus, der Energietechnik oder ähnlicher Studiengänge
• Selbständige, gewissenhafte und strukturierte Arbeitsweise
• Sehr gute Kenntnisse Wärmeübertragung
• Programmierkenntnisse in MATLAB, Python o. Ä.

Kurzbeschreibung

Die nachhaltige Nutzung von Rohstoffen ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Gesellschaft. Insbesondere in der Energieversorgung und in der Produktion von Verbrauchsgütern ist eine Effizienzsteigerung bei der Verwendung von Rohstoffen notwendig, um für zukünftige Generationen eine Versorgung mit endlichen Rohstoffen sicherzustellen.
Einer dieser zu optimierenden Prozesse ist die Herstellung von Glasfasern im direct- oder indirectmelt-Verfahren. Hierbei wird technischen Glas aufgeschmolzen und in die flüssige Phase überführt, sodass im weiteren Prozess Glasfasern hergestellt werden können. Dieser Aufschmelzprozess findet unter zu Hilfenahme von elektrischem Strom statt. Das flüssige Glas erreicht dabei Temperaturen von 1200 °C. Die hohen Prozesstemperaturen bieten dabei Potential für mögliche Verlustwärmeströme.

In dieser Arbeit soll der Verlustwärmestrom durch Wärmestrahlung modelliert und untersucht werden. Neben der Konvektion und der Wärmeleitung stellt die Wärmestrahlung einen der drei grundlegenden Wärmeübertragungsmechanismen dar.

Aufgabenstellung

• Einarbeitung in die Thematik der Glasfaserproduktion
•  Literaturrecherche zur Modellierung und Untersuchung von Strahlungsverlusten
• Aufbau eines Modells zur Beschreibung der Strahlungsverluste
• Umsetzung des Modells in der CFD-Software OpenFOAM
• Bestimmung der Strahlungsverluste bei gegebenen Randbedingungen
• Untersuchung der Strahlungsverluste bei veränderbaren Randbedingungen

Ihr Profil

• Sie studieren Maschinenbau oder Energietechnik
• Sie verfügen über ein gutes Verständnis für Thermodynamik und Wärmeübertragung
• Sie besitzen Grundkenntnisse in der Modellierung mittels CFD
• Vorkenntnisse in OpenFOAM sind wünschenswert aber keine Voraussetzung

Kurzbeschreibung

Die nachhaltige Nutzung von Rohstoffen ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Gesellschaft. Insbesondere in der Energieversorgung und in der Produktion von Verbrauchsgütern ist eine Effizienzsteigerung bei der Verwendung von Rohstoffen notwendig, um für zukünftige Generationen eine Versorgung mit endlichen Rohstoffen sicherzustellen.
Einer dieser zu optimierenden Prozesse ist die Herstellung von Glasfasern im direct- oder indirectmelt-Verfahren. Hierbei wird technischen Glas aufgeschmolzen und in die flüssige Phase überführt, sodass im weiteren Prozess Glasfasern hergestellt werden können. Dieser Aufschmelzprozess findet unter zu Hilfenahme von elektrischem Strom statt. Das flüssige Glas erreicht dabei Temperaturen von 1200 °C. Die hohen Prozesstemperaturen bieten dabei Potential für mögliche Verlustwärmeströme.

In dieser Arbeit soll der Aufschmelzvorgang von Glaspellets in flüssigem Glas modelliert und untersucht werden. Für das Aufschmelzen der Glaspellets wird ein Großteil der eingesetzten Energie benötigt.  

Aufgabenstellung

• Einarbeitung in die Thematik der Glasfaserproduktion
• Literaturrecherche zur Modellierung und Untersuchung von Aufschmelzvorgängen
• Aufbau eines Modells zur Beschreibung der Aufschmelzvorgänge
• Umsetzung des Modells in der CFD-Software OpenFOAM
• Untersuchung des Aufschmelzens von Glaspellets in flüssigem Glas

Ihr Profil

• Sie studieren Maschinenbau oder Energietechnik
• Sie verfügen über ein gutes Verständnis für Thermodynamik und Wärmeübertragung
• Sie besitzen Grundkenntnisse in der Modellierung mittels CFD
• Vorkenntnisse in OpenFOAM sind wünschenswert aber keine Voraussetzung