Wissenschaftliche Mitarbeitende : Energiesimulation und intelligente Betriebsstrategien für hybride AC/DC-Produktionsanlagen

Industrielle Gleichstromnetze und hybride AC/DC-Netzstrukturen bieten einen vielversprechenden Ansatz, um Produktionssysteme energieeffizienter, flexibler und resilienter zu gestalten. Zahlreiche moderne Energie- und Automatisierungskomponenten - darunter Photovoltaikanlagen, Batteriespeicher, leistungselektronische Wandler, elektrische Antriebe, Ladeinfrastruktur und elektronische Verbraucher - basieren intern bereits auf Gleichstromtechnologie. Durch den gezielten Einsatz von DC-Netzstrukturen lassen sich Wandlungsstufen reduzieren, Energieflüsse effizienter koppeln und vorhandene Flexibilitätspotenziale innerhalb der Produktionsumgebung besser erschließen.

Der Forschungsbereich Engineering-Systeme des Lehrstuhls FAPS verfolgt das übergeordnete Ziel, komplexe mechatronische Systeme im Rahmen des effizienten und durchgängigen Engineerings vollständig digital abzubilden. Ein interdisziplinärer Ansatz, der die virtuelle Planung, Konstruktion, Simulation und Steuerung von der Idee bis zur initialen Inbetriebnahme umfasst, dient der Realisierung und Optimierung automatisierter Produktionssysteme.

In einem neu anlaufenden Forschungsprojekt entwickeln wir ein Smart Power Operation Center (SPOC) für den wirtschaftlichen, ausfallsicheren und netzdienlichen Betrieb hybrider AC/DC-Energienetze in industriellen Produktionsumgebungen. Im Mittelpunkt stehen Energiesimulation, betriebsbegleitende Simulationen, Digitale Schatten, industrielle IT/OT-Kommunikation und die hardwarebasierte Validierung am DC-Demonstrator des FAPS.

Die Stelle verbindet Engineering, Simulation und Softwareentwicklung mit realer Demonstratorhardware. Ziel ist es, industrielle Energienetze nicht nur digital zu planen und zu simulieren, sondern im Betrieb datenbasiert zu analysieren, zukünftige Energie- und Prozesszustände vorherzusagen und geeignete Betriebsstrategien für einen wirtschaftlichen, effizienten und netzdienlichen Betrieb abzuleiten., * Direkter Zugang zu einem industrienahen DC-Hardwaredemonstrator mit Erzeugern, Speichern, Verbrauchern, Leistungselektronik und Messtechnik

• Arbeit in Zusammenarbeit mit einem hochinnovativen Team an Gleichstrom-Netzen
• Sichtbarkeit in wissenschaftlichen und industriellen Netzwerken wie ODCA, ASIM, DKE
• Möglichkeit zur Promotion im Rahmen des Projekts

Ihre Aufgaben

Im Rahmen des Forschungsprojekts

• Entwicklung von Energiesimulationen für Produktionsanlagen, Verbraucher, Speicher, Erzeuger und gekoppelte Energiesektoren
• Aufbau betriebsbegleitender Simulationen, die Live-Daten aus dem Demonstrator mit Prognose- und Simulationsmodellen verbinden
• Entwicklung und Umsetzung eines edgebasierten Smart Power Operation Centers für hybride AC/DC-Energienetze
• Konzeption und Implementierung intelligenter Betriebs- und Energiemanagementstrategien
• Modellierung und Bewertung von Energieflüssen, Lastspitzen, Kosten, CO -Emissionen, Robustheit und Netzdienlichkeit
• Entwicklung eines Digitalen Schattens als strukturierte Datenbasis für Betriebs-, Mess- und Zustandsdaten
• Integration externer Datenquellen, zum Beispiel Strompreise, Wetterdaten, Lastprognosen oder Energiemarktdaten
• Aufbau industrieller IT/OT-Kommunikationsarchitekturen, beispielsweise mit OPC UA, MQTT oder ProfiNet
• Weiterentwicklung eines Energie- und Zustandsdashboards zur Visualisierung von Energieflüssen, KPIs und Betriebsstrategien
• Validierung der entwickelten Methoden am DC-Hardwaredemonstrator des FAPS
• Einsatz von Model-in-the-Loop-, Software-in-the-Loop- und Power-Hardware-in-the-Loop-Ansätzen
• Wissenschaftliche Evaluation, Veröffentlichung und Präsentation der Projektergebnisse

Am Lehrstuhl insgesamt

• Mitwirkung in der Lehre, zum Beispiel Übungen, Seminare oder Praktika
• Betreuung von Studien-, Bachelor- und Masterarbeiten
• Mitarbeit bei Forschungsanträgen und Projektberichten
• Beitrag zur inhaltlichen Weiterentwicklung des Themenfelds industrielle Energiesysteme und Gleichstromnetze
• Zusammenarbeit mit Industriepartnern, Projektpartnern und Fachgremien
• Öffentlichkeitsarbeit, zum Beispiel Demonstratorführungen, Messen, Konferenzen oder Lange Nacht der Wissenschaften

• Masterabschluss in Maschinenbau, Elektrotechnik, Energietechnik, Mechatronik, Automatisierungstechnik, Informatik, Wirtschaftsingenieurwesen oder einem vergleichbaren Studiengang
• Begeisterung für Energiesimulation, Gleichstromnetze, industrielle Energiesysteme und digitale Technologien
• Interesse an der Verbindung von Simulation, Software und realer Hardware
• Eigeninitiative und strukturierte Arbeitsweise
• Kommunikationsfähigkeit für die Zusammenarbeit mit Projekt-, Industrie- und Gremienpartnern
• Teamfähigkeit
• Sehr gute Deutsch- und gute Englischkenntnisse, * Erfahrung mit Modellierung und Simulation technischer Systeme
• Kenntnisse in Matlab/Simulink, Simscape, Python, SimPy, AnyLogic, Plant Simulation, o.ä.
• Kenntnisse in Energiemanagement, Optimierung, Prognosemodellen oder Lastmanagement
• Grundlagen von industriellen Gleichstromnetzen, hybriden AC/DC-Netzen oder elektrischen Energiesystemen
• Kenntnisse in industrieller Kommunikation, zum Beispiel OPC UA, MQTT oder ProfiNet
• Erfahrung im wissenschaftlichen Arbeiten

• Aufgabenvielfalt zwischen Forschung, Simulation, Softwareentwicklung, Hardwarevalidierung, Lehre und Transfer
• Arbeit an einem realen DC-Demonstrator mit industrieller Messtechnik, Leistungselektronik und Energiekomponenten
• Dynamisches, kollegiales und interdisziplinäres Forschungsteam
• Raum für Eigeninitiative und kreative Lösungsansätze
• Sichtbarkeit in wissenschaftlichen Communities, Industriearbeitskreisen und Fachgremien
• Vernetzung mit Mitarbeitenden, Alumni, Industriepartnern und Forschungseinrichtungen
• Möglichkeit zur Promotion im Rahmen des Projekts

Rahmenbedingungen

• Vollzeitstelle
• Eingruppierung nach TV-L E13
• Zunächst befristete Stelle
• Beginn nach Vereinbarung
• Möglichkeit zur Promotion im Rahmen der Tätigkeit