Bachelor/in oder Masterand/in Maschinenbau, Physik, Energietechnik o.ä. (w/m/d) - Optimierung eines keramischen Receivers für Solartürme

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 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, welche mit Luft durchströmt wird und diese dabei 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. Dies kann zum Beispiel durch effizientere Regelungen erreicht werden. Zur Optimierung der Regelung soll ein thermodynamisches Prozessmodell verwendet werden. Dieses Modell muss die Dynamiken des Receivers ausreichend gut wiedergeben und gleichzeitig möglichst einfach sein, um die Rechenleistung gering zu halten. Ein solches numerisches Modell wird zurzeit von den Forscher/innen am DLR entwickelt.

Deine Aufgabe ist es, die Weiterentwicklung des Modells mit voran zu treiben.

Konkret sollst Du:

• Mit Hilfe von Parameterstudien am Modell Schwachstellen, die zu Ungenauigkeiten oder langen Rechenzeiten führen, ausfindig machen und durch geeignete Vereinfachungen ersetzen
• Anschließend die Modellunsicherheiten quantifizieren und abschätzen, wie sich Unsicherheiten in den Eingangsgrößen fortpflanzen
• Darauf aufbauend durch Sensitivitätsanalysen die Modellparameter identifizieren, die den größten Einfluss auf die Modellunsicherheiten haben
• Das Modell anhand bestehender Messdaten validieren
• Die Ergebnisse dokumentieren und in der Wissenschaftsgemeinde präsentieren

Im Verlauf Deiner Arbeit wirst Du dich in die Themengebiete Thermodynamik von keramischen Strahlungsempfängern numerischen Modellbildung, Modellunsicherheitsanalyse und Parameterschätzung/‑optimierung einarbeiten. Während der Bearbeitung befindest Du dich im regelmäßigen Austausch mit deinem Betreuer, der dich bei fachlichen Entscheidungen und Fragen unterstützt.