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TU Berlin

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Themenvorschläge für wissenschaftliche Arbeiten

 
Kurzbeschreibung
Betreuer
  • MA: Clusterung von Siedlungsstrukturen in hoher regionaler Auflösung unter Verwendung öffentlich verfügbarer Datensätze und Machine Learning Algorithmen
Aufgabenstellung: Ziel der Arbeit ist es Siedlungsstrukturen unter Hinzunahme öffentlicher Daten in hoher regionaler Auflösung abzuleiten. In einem ersten Schritt sollen dabei öffentlich verfügbare Daten erfasst, aufbereitet und ggf. notwendige Datenschnittstellen konfiguriert werden. Anschließend sollen die aufbereiteten Daten miteinander verschnitten und validiert werden. Auf dieser Datenbasis sollen dann Siedlungsstrukturen unter Verwendung von Clusteralgorithmen abgeleitet werden, die eine realitätsnahe Abbildung von Versorgungsgebieten z.B. in der Versorgung mit Erdgas zulassen. Diese Informationen können dann wiederum in Modellierungen wie analytischen Kostenmodellen (Modellnetz- und Referenznetzanalysen) eingesetzte werden. Die Konzeption der Datenaufbereitung, Clusterung der Siedlungsstrukturen und ggf. darauf aufbauenden Auswertungen ist eng mit dem Fachgebiet Energie- und Ressourcenmanagement abzustimmen. Je nach vereinbarten Themenschwerpunkt lassen sich die beschriebenen Punkte eingrenzen und mit dem Umfang einer Bachelor-/ Masterarbeit vereinbaren.
Im Rahmen der Abschlussarbeit sollen umfangreiche Fähigkeiten im Umgang mit Geoinformationssystem (GIS) und der Programmiersprache Python vertieft werden.

Ausschreibung

Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Matthis Wacker
  • MA: Modellierung des zeitlich hochaufgelösten Gas- und
    Stromverbrauchs des Gewerbe, Handel- und Dienstleistungssektor (GHD) nach
    Anwendung auf Basis eines ingenieurbasierten Ansatzes
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung von wirtschaftszweigspezifischen Modellen des Strom- und Gasverbrauchs nach Anwendungen im GHD Sektor in Deutschland. Output der Modelle sind viertelstündlich bzw. stündlich aufgelöste Lastgänge, die durch bedarfsbestimmende Größen, wie z. B. Umsatz oder Beschäftigtenzahlen, skalierbar sind. Dabei kann auf diverse Vorarbeiten zum Datengerüst und Modellansatz aufgebaut werden.

Ausschreibung


Paul Verwiebe
  • BA: Preis- und Kostenpfade für Anlagen zur regenerativen Stromerzeugung, Speicher und Brennstoffe für Strommarktmodelle

Aufgabenstellung: Für die Abbildung von Effekten im Energiesystem bilden Energiesystemmodelle ein wichtiges Instrument. Diese benötigen vielfältige Inputs, etwa in Form von Brennstoff- und CO2-Preisen oder in Form der Kosten für erneuerbare Erzeugungsanlagen und Stromspeicher. An dieser Stelle knüpft die zu erstellende Arbeit an. Ziel ist es, vorhandene Daten und Annahmen zu Brennstoff- bzw. CO2-Preisen einerseits sowie zu Kostendaten und -abschätzungen für erneuerbare Erzeugungsanlagen und Stromspeicher andererseits zusammenzutragen. Ziel ist die Generierung von Preiszeitreihen für die Entwicklung der jeweiligen Preise sowie eine Übersicht über technologiespezifische Kostenparameter und -entwicklungen.  
Ausschreibung
 
Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Johannes Kochems
oder
Paul Verwiebe
  • BA/MA: Modellgestützte Analyse und Bewertung ökonomischer Parameter von Gasinfrastrukturen deutscher Fernleitungsnetzbetreiber
Aufgabenstellung: Ziel der Arbeit ist es ökonomische Parameter der Infrastrukturen deutscher Fernleitungsnetzbetreiber auf Basis regulatorischer Rahmenbedingungen nach GasNEV modellgestützt zu berechnen und anschließend auf Basis öffentlich verfügbarer Daten zu bewerten und zu validieren.Für die modellgestützte Analyse soll ein am Lehrstuhl für Energie- und Ressourcenmanegement der TU Berlin entwickeltes Gastransportnetzmodell hinzugezogen werden, in dem technische Parameter wie der Leitungsdurchmesser und Netzlängen oder die Verdichterleistung und – konfiguration von Erdgasverdichterstationen abgebildet sind. Zusätzlich zu den im Gastransportnetzmodell abgebildeten Informationen soll im Rahmen der Arbeit das jeweilige Anlagenalter der Gasinfrastrukturen auf Basis öffentlich verfügbarer Informationen erfasst werden. Diese umfangreichen Informationen zum Anlagenbestand lassen dann unter Hinzunahme geeigneter Annahmen für u.a. Investitionen in Infrastrukturen und Kosten für Betrieb sowie regulatorischer Rahmenbedingung eine Bewertung der Fernleitungsnetzbetreiber aus ökonomischer Sicht zu. Die Ergebnisse der durchgeführten Analyse sollen dann mit Veröffentlichungen von ökonomischen Parametern der Fernleitungsnetzbetreiber (Verordnung (EU) 2017/460 der europäischen Kommission) verglichen und validiert werden. Die Konzeption der modellgestützten Analyse ist eng mit dem Fachgebiet Energie- und Ressourcenmanagement abzustimmen

Ausschreibung
 
Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Matthis Wacker
  • BA/MA: Systematischer Vergleich und Auswertung von Energieatlanten und -statistiken auf regionaler Ebene
Aufgabenstellung: Ziel der Arbeit ist es, in einem ersten Schritt die verfügbaren Datenportale und Atlanten sowie Kennzahlen und Statistiken mit dem Themenschwerpunkt Energie zu erfassen und hinsichtlich ihres Umfangs und Detailtiefe systematisch zu vergleichen. Die Konzeption des systematischen Vergleichs und ggf. darauf aufbauenden Auswertungen ist eng mit dem Fachgebiet Energie- und Ressourcenmanagement abzustimmen. Weitreichendere Auswertungen sind z.B. eine Abschätzung des erneuerbaren Wärmepotenzials für die Berteistellung von privater Wärmenachfrage in regionaler Auflösung. Je nach vereinbarten Themenschwerpunkt lassen sich die beschriebenen Punkte eingrenzen und mit dem Umfang einer Bachelor-/ Masterarbeit vereinbaren.

Ausschreibung

Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Matthis Wacker
  • BA: Modellierung von typischen Lastprofilen des Gastronomiegewerbes
Aufgabenstellung: Eine analytische Bewertung von Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer dargebotsabhängiger Einspeisung erfordert die Anwendung von zeitlich und räumlich hochaufgelösten Modellen. Insbesondere die detaillierte Betrachtung von Energieverbräuchen spielt eine wichtige Rolle für die Erstellung von Energieprojektionen und –szenarien, um z.B. Beispiel Aussagen über zukünftig erforderliche Kraftwerks-kapazitäten sowie einen möglichen Netzausbau oder Speicher-bedarf treffen zu können.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein quantitatives Modell entwickelt werden, welches auf Grundlage von Literaturangaben und bestehenden Arbeiten am Fachgebiet typische Lastgänge für Strom- und Gasnachfrage für Gastronomiebetriebe ermittelt. Die Lastgänge sollen mit den relevanten energiebedarfsbestimmenden Parametern verknüpft werden, sodass sich am Ende regionalisierbare bzw. skalierbare synthetische Lastgänge ergeben.

Ausschreibung

Paul Verwiebe
  • MA: Modellgestützte Abbildung des Kapazitätszubaus im deutschen Stromsystem [reserviert]
Aufgabenstellung: Für die Abbildung von Effekten im Energiesystem bilden Energiesystemmodelle ein wichtiges Instrument. Fundamentalmodelle des Strommarkts sind eine gebräuchliche Kategorie für Modelle, die den Stromsektor als Teilbereich des Energiesystems untersuchen und Aussagen in Bezug auf den zukünftigen Erzeugungsmix sowie das zu erwartende Preisniveau treffen. Für diese zukünftigen Projektionen bilden Fundamentalmodelle des Strommarkts neben dem kurzfristigen Kraftwerkseinsatz auch den (kostenminimalen) Kapazitätszubau ab. Die Masterarbeit knüpft an dieser Stelle an: Zielstellung ist die Erweiterung eines in Entwicklung befindlichen Fundamentalmodells für den (vortägigen) Strommarkt um eine Abbildung des Kapazitätszubaus. Hierbei sollen entsprechende Inputdaten für erzeugungsseitige Investitionsalternativen zusammengestellt, zyklische Investitionszeitpunkte ermöglicht sowie politische Vorgaben zur Kraftwerksstilllegungen und altersbedingte Außerbetriebnahmen berücksichtiget werden.
 
Ausschreibung



Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Johannes Kochems
  • BA: Analyse von Anwendungsfeldern und Geschäftsmodellen der Stromnachfrageprognose
Aufgabenstellung: Eine analytische Bewertung von Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer dargebotsabhängiger Einspeisung erfordert die Anwendung von zeitlich und räumlich hochaufgelösten Modellen. Insbesondere die detaillierte Betrachtung von Energieverbräuchen spielt eine wichtige Rolle für die Erstellung von Energieprojektionen und –szenarien, um z.B. Aussagen über zukünftig erforderliche Kraftwerkskapazitäten, einen möglichen Netzausbau oder Speicherbedarf sowie Energieeffizienz- und Nachfrageflexibilisierungspotenziale treffen zu können. Neben der systemtechnischen und volkswirtschaftlichen Bewertung des zukünftigen Energiesystems existieren Geschäftsmodelle, die auch einzelwirtschaftlichen Nutzen aus Stromnachfrageprognosen ziehen.
Im Rahmen dieser Arbeit soll eine systematische Analyse ebendieser Anwendungsfelder der Stromnachfrageprognose durchgeführt und damit verbundene Geschäftsmodelle identifiziert werden. Die Bachelorarbeit baut auf diverse Vorarbeiten zum Thema auf, die genutzt und systematisiert werden können.
 
Ausschreibung


Stephan Seim
 
  • MA: Verfahren zur Bewertung von monetären Einsparpotenzialen durch Nachfrageflexibilisierung im Stromsektor
Bei steigenden Anteilen fluktuierender erneuerbarer Energien gewinnt Flexibilität kontinuierlich an Bedeutung, um eine sichere und kostengünstige Versorgung im Rahmen der Energiewende sicherzustellen. Nachfrageseitige Flexibilität in Form von Lastverschiebung stellt aus unternehmerischer Sicht eine Möglichkeit dar, Stromkosten einzusparen. In vielen Fällen existiert Unkenntnis über die Höhe des möglichen Lastverlagerungspotenzials sowie die damit verbundenen Einsparmöglichkeiten, etwa im Rahmen eines Spitzenlastmanagements. Die Masterarbeit greift diese unternehmerische Sichtweise auf: Zielstellung ist eine Bewertung der theoretisch möglichen Kosteneinsparungen, die mit der Verschiebung der Lastinanspruchnahme bei einem gegebenen Lastgang verbunden sind. Hierbei kann in Teilen auf ein vorhandenes softwaregestütztes Tool zurückgegriffen werden. Für dieses Tool sind einige Erweiterungen vorzunehmen, welche eine Integration weiterer Kostenkomponenten, die Beschleunigung von Rechenzeiten sowie eine systematische Analyse der Auswirkungen von Spitzenlastreduktionen und variierender Randbedingungen umfassen.
 
Ausschreibung
 
 Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Johannes Kochems
und
Stephan Seim
  • MA: Modellierung von typischen industriellen Lastprofilen - Weiterentwicklung eines regressionsanalytischen Lastgangmodells
Aufgabenstellung: Eine analytische Bewertung von Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer dargebotsabhängiger Einspeisung erfordert die Anwendung von zeitlich und räumlich hochaufgelösten Modellen. Insbesondere die detaillierte Betrachtung von Energieverbräuchen spielt eine wichtige Rolle für die Erstellung von Energieprojektionen und –szenarien, um z.B. Aussagen über zukünftig erforderliche Kraftwerkskapazitäten, einen möglichen Netzausbau oder Speicherbedarf sowie Energieeffizienz- und Nachfrageflexibilisierungspotenziale treffen zu können.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen bestehende Regressionsmodelle auf unterschiedliche Branchen angewendet und ggf. weiterentwickelt werden, um auf Grundlage realer Verbrauchsdaten und energiebedarfsbestimmender Größen typische Lastgänge für Strom- und Gasnachfrage ausgesuchter Industriezweige zu  ermitteln. Die Lastgänge sollen auf Ihre statistischen Zusammenhänge mit unternehmensspezifischen Größen überprüft werden und mit den relevanten Parametern so verknüpft werden, dass sich am Ende regionalisierbare bzw. skalierbare synthetische Lastgänge ergeben.


Ausschreibung

Stephan Seim
 
  • MA: Entwicklung eines generischen ökonomischen Bewertungsmodells für Geschäftsmodelle der Energiewirtschaft [reserviert]
Aufgabenstellung: Angesichts Liberalisierung und Energiewende hat sich die Akteurs- und Geschäftsmodelllandschaft des Energiesystems grundlegend geändert. Am Fachgebiet Energie- und Ressourcenmanagement wurde in vorherigen Arbeiten eine umfangreiche Systematisierung von aktuellen Geschäftsmodellen der Energiewende erarbeitet. Während der Fokus dieser Arbeiten eine Vollaufnahme und qualitative Beschreibung sowie Systematisierung der aktuellen Geschäftsmodelle der Energiewirtschaft war, steht bislang eine nähere Analyse und Quantifizierung der mit den identifizierten Geschäftsmodellen zusammenhängenden Finanzströme sowie eine einzelökonomische Bewertung der Geschäftsmodelle noch aus. Ziel der Masterarbeit ist es daher, ein Bewertungsmodell zu entwickeln, mit dem sich eine schnelle überschlägige Abschätzung über die Vorteilhaftigkeit eines Geschäftsmodells und dessen Robustheit gegenüber Parameterveränderungen vornehmen lässt. Der Fokus der Arbeit liegt auf Asset-basierten Geschäftsmodellen.
 
Ausschreibung
 
 Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Johannes Giehl
und
Benjamin Grosse
und
Johannes Kochems


  • BA:Bewertung der Wirtschaftlichkeit einer Integration von Power-to-Heat in ein Fernwärmenetz [reserviert]
Aufgabenstellung: Power-to-Heat stellt eine Sektorenkopplungsoption dar, welche in großskaligen Anwendungen auch zur Defossilisierung von bestehenden Fernwärmenetzen dienen kann. Hohe Kosten des Strombezugs für Power-to-Heat-Anwendungen können ein betriebswirtschaftliches Hemmnis für den Einsatz von Power-to-Heat-Anwendungen in Fernwärmenetzen darstellen. Die Bachelorarbeit knüpft an dieser Stelle an. Ziel der Arbeit ist es, am Fallbeispiel der Stadtwerke Heidelberg zu bewerten, wie sich großskalige Power-to-Heat-Lösungen aus betriebswirtschaftlicher Perspektive in ein bestehendes Fernwärmenetz einfügen lassen. Am Ende soll eine Einsatzreihenfolge für den Einsatz von Wärmeerzeugungseinheiten entwickelt werden und beurteilt werden, wo sich Power-to-Heat-Anwendungen für den Status quo bzw. bei regulatorischen Anpassungen einfügen.
 
Ausschreibung
 
Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Benjamin Grosse
und
Johannes Kochems
  • MA: Analyse von Verfahren zur Komplexitätsreduktion in Energiesystemmodellen
Aufgabenstellung: Für die Abbildung von Effekten im Energiesystem bilden Energiesystemmodelle ein wichtiges Instrument. Aufgrund der Betrachtung einer Vielzahl- von Erzeugungs-, Verbrauchs- und Wandlungseinheiten sowie der hohen zeitlichen Auflösung der Modelle werden Modellformulierungen sehr komplex. Daher finden zur Lösung der mathematischen Probleme vielfach Methoden zur Komplexitätsreduktion Anwendung. An dieser Stelle knüpft die zu erstellende Arbeit an. Ziel ist es, eine vergleichende Übersicht der gängigen Verfahren zur Komplexitätsreduktion zu entwickeln und einzelne Verfahren programmgestützt anhand eines existierenden Strommarktmodells näher zu untersuchen.
 
  Ausschreibung
 
Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Johannes Kochems
und
Paul Verwiebe
  • BA/MA: Modellierung eines räumlich und zeitlich hoch aufgelösten Warmwasser- und Raumwärmebedarfs in Deutschland
Aufgabenstellung: Ziel der Arbeit ist es, auf Basis regionaler technischer Spezifikationen von Gebäudeklassen sowie sozioökonomischen Parametern einen zeitlich hoch aufgelösten Warmwasser- und (außentemperatur-)spezifischen Raumwärmebedarf abzuleiten. Neben regionalen Spezifikationen sollen zudem Indikatoren für eine regionale Verteilung der Heiztechnologie sowie Indikatoren für einen Sanierungszustand des Gebäudebestandes abgeleitet werden. Die Ergebnisse werden dann in der Programmiersprache Python implementiert, wobei auf eine am Lehrstuhl entwickelte Methode zurückgegriffen werden soll.
 
Ausschreibung
 
Das Thema eignet sich für eine Gruppenarbeit: Nein
Matthis Wacker
 
  • Modellierung von typischen industriellen Lastprofilen - Entwicklung eines Lastgangmodells eines ausgesuchten Industriezweigs
Aufgabenstellung: Eine analytische Bewertung von Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer dargebotsabhängiger Einspeisung erfordert die Anwendung von zeitlich und räumlich hochaufgelösten Modellen. Insbesondere die detaillierte Betrachtung von Energieverbräuchen spielt eine wichtige Rolle für die Erstellung von Energieprojektionen und –szenarien, um z.B. Beispiel Aussagen über zukünftig erforderliche Kraftwerks-kapazitäten sowie einen möglichen Netzausbau oder Speicherbedarf treffen zu können. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Regressionsmodell entwickelt werden, welches auf Grundlage realer Verbrauchsdaten und energiebedarfs-bestimmenden Größen typische Lastgänge für Strom- und Gasnachfrage eines ausgesuchten Industriezweigs (z.B. Chemieindustrie) ermittelt. Die Lastgänge sollen auf Ihre statistischen Zusammenhänge mit unternehmensspezifischen Größen überprüft werden und mit den relevanten Parametern so verknüpft werden, dass sich am Ende regionalisierbare bzw. skalierbare synthetische Lastgänge ergeben.
Ausschreibung

Stephan Seim
  • BA/MA: Modellierung von typischen industriellen Lastprofilen - Betrachtung der Zementindustrie
Aufgabenstellung: Eine analytische Bewertung von Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer dargebotsabhängiger Einspeisung erfordert die Anwendung von zeitlich und räumlich hochaufgelösten Modellen. Insbesondere die detaillierte Betrachtung von Energieverbräuchen spielt eine wichtige Rolle für die Erstellung von Energieprojektionen und –szenarien, um z.B. Beispiel Aussagen über zukünftig erforderliche Kraftwerks-kapazitäten sowie einen möglichen Netzausbau oder Speicher-bedarf treffen zu können.
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein quantitatives Modell entwickelt werden, welches auf Grundlage von Literaturangaben und bestehenden Arbeiten am Fachgebiet typische Lastgänge für Strom- und Gasnachfrage der Zementindustrie ermittelt. Zur Validierung des Modells stehen einzelne Datensätzen gemessener Verbräuche zur Verfügung. Die Lastgänge sollen mit den relevanten energiebedarfsbestimmenden Parametern verknüpft werden, sodass sich am Ende regionalisierbare bzw. skalierbare synthetische Lastgänge ergeben. Die Arbeit kann auf eine bestehende Prozesskettenanalyse sowie eine Analyse von Lastgängen von Querschnittstechnologien aufsetzen.
Ausschreibung

Paul Verwiebe
  • BA/MA: Darstellung von gegenwärtigen Verfahren zur Disaggregation von Energienachfragen und Ermittlung energienachfragebestimmender Größen
Aufgabenstellung: Um Energieerzeugung und Energienachfragen kurz-, mittel- und langfristig auszugleichen und damit eine verlässliche Energieversorgung zu garantieren, werden Analysen und Prognosen erstellt, die z.B. Aussagen über zukünftig erforderliche Kraftwerkskapazitäten sowie einen möglichen Netzausbau oder Speicherbedarf treffen. Das Hauptaugenmerk systemanalytischer Untersuchungen lag in den vergangenen Jahren auf räumlich und zeitlich hochaufgelösten Modellen der Erzeugungsseite. Dabei ist eine detaillierte räumlich und zeitlich aufgelöste Analyse der Nachfrageseite ebenfalls zwingend notwendig. Im Rahmen der Abschlussarbeit werden verschiedene Verfahren zur Disaggregation von Energienachfragen recherchiert und charakterisiert.
Paul Verwiebe
  • MA: Modellierung industrieller Prozesse zur Erstellung synthetischer Lastprofile
Aufgabenstellung: Eine analytische Bewertung von Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer dargebotsabhängiger Einspeisung erfordert die Anwendung von zeitlich und räumlich hochaufgelösten Modellen. Im Rahmen dieser Arbeit soll die zeitliche Verteilung der Energieverbräuche der nicht leistungsgemessene Industrie und des verarbeitenden Gewerbes vertieft untersucht werden.
Es ist ein Modell zu entwickeln, welches typische Prozesse (inklusive der Teilprozesse) abbildet und im Anschluss unter Berücksichtigung
unternehmensspezifischer Daten und Annahmen (Beschäftigtenanzahl, Schichtsysteme etc.) stundenscharfe Lastprofile errechnet. Das Modell sollte so gestaltet sein, dass es sich für die Darstellung unterschiedlicher industrieller Prozesse eignet und einfach anzupassen ist.

Paul Verwiebe
  • Zeitlich hochaufgelöste Modellierung von Energienachfrage
Aufgabenstellung: Eine analytische Bewertung von Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer dargebotsabhängiger Einspeisung erfordert die Anwendung von zeitlich und räumlich hochaufgelösten Modellen. Für die Modellierung der zeitlichen Energienachfrage einzelner Sektoren wird häufig auf die in der Energiewirtschaft verwendeten Standardlastprofile (SLP) zurückgegriffen. Im Rahmen der Arbeit soll zunächst der Sektor der privaten Haushalte vertieft untersucht werden. Gegenstand ist die Recherche und Analyse aktueller Methoden und Vorgehensweisen für die Ermittlung von SLP für Strom und Gas und deren Anpassung im Hinblick auf bedarfsbestimmende Einflussgrößen (Gebäudetyp, Wohnfläche, geographische Lage etc.).
Paul Verwiebe

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