Inhalt

Abstract:

Der vhb-Kurs „Modellierung nachhaltiger Energiesysteme – Die Energiewende greifbar machen“ vermittelt Studierenden praxisnahe Kompetenzen zur Analyse und Modellierung von Energiesystemen.

Im Fokus steht die Frage, wie eine nachhaltige Energieversorgung technisch umgesetzt und systemisch bewertet werden kann.

Die Teilnehmenden lernen, Energiesysteme mithilfe des Open-Source-Modells PyPSA zu modellieren, zu optimieren und auszuwerten. Aufbauend auf Grundlagen der Energietechnik und einem grundlegenden Verständnis von Energiesystemen werden schrittweise eigene Energieszenarien entwickelt und analysiert.

Ergänzt wird der Kurs durch Einheiten zum wissenschaftlichen Arbeiten, zur Formulierung von Forschungsfragen sowie zur strukturierten Ergebnisdarstellung.

Der Kurs verbindet Theorie und Praxis und ermöglicht es den Teilnehmenden, eine „eigene Energiewende“ für ausgewählte Regionen oder Länder zu berechnen und kritisch zu reflektieren.

Das Angebot richtet sich an Studierende ingenieurwissenschaftlicher Studiengänge im Bachelor- und Masterbereich und ist als interaktive Online-Vorlesung konzipiert.

Gliederung:

1. Einführung
2. Wissenschaftliches Arbeiten
3. Grundlagen Energiesysteme
4. Energiemodelle in Theorie und Praxis
5. Ausführen von PyPSA
6. Funktionsweise von PyPSA
7. Zusatzthemen
   
   

Detaillierter Inhalt:

1) Einf​ührung
Das Einführungskapitel ordnet den Kurs thematisch ein und stellt die Zielsetzung, den Aufbau sowie die Lernziele des Lehrangebots vor. Zudem werden der gesellschaftliche und energiewirtschaftliche Kontext der Energiewende sowie die Rolle von Energiesystemmodellen zur Analyse komplexer Zusammenhänge erläutert. Die Teilnehmenden erhalten einen Überblick über Arbeitsweise, Prüfungsformat und verwendete Werkzeuge.

2) Wissenschaftliches Arbeiten
In diesem Kapitel werden grundlegende Prinzipien des wissenschaftlichen Arbeitens vermittelt. Die Teilnehmenden lernen, Forschungsfragen zu formulieren, geeignete Literatur zu recherchieren und Ergebnisse strukturiert und nachvollziehbar darzustellen. Darüber hinaus werden gute wissenschaftliche Praxis sowie formale Anforderungen an wissenschaftliche Arbeiten behandelt.

3) Grundlagen Energiesysteme
Dieses Kapitel vermittelt die energietechnischen Grundlagen, die für das Verständnis von Energiesystemmodellen erforderlich sind. Behandelt werden zentrale Komponenten wie Erzeugung, Speicherung, Transport und Verbrauch von Energie sowie deren Zusammenspiel in gekoppelten Energiesystemen. Der Fokus liegt auf erneuerbaren Energien und ihrer Rolle in einer nachhaltigen Energieversorgung.

4) Energiemodelle in Theorie und Praxis
Hier werden grundlegende Konzepte der Energiesystemmodellierung eingeführt und verschiedene Modellierungsansätze gegenübergestellt. Die Teilnehmenden lernen, wie reale Energiesysteme abstrahiert, parametrisiert und rechnergestützt analysiert werden können. Zudem werden Chancen, Grenzen und Annahmen von Energiemodellen kritisch diskutiert.

5) Ausführen von PyPSA
Dieses Kapitel führt praxisnah in Konfiguration und Ausführung des Open-Source-Energiesystemmodells PyPSA(-Earth) ein. Anhand konkreter Beispiele lernen die Teilnehmenden, bestehende Modelle zu starten, Eingabedaten zu verstehen und erste Simulationen durchzuführen. Der Schwerpunkt liegt auf einem reproduzierbaren und strukturierten Workflow.

6) Funktionsweise von PyPSA
In diesem Kapitel wird die interne Funktionsweise von PyPSA(-Earth) vertieft. Die Teilnehmenden befassen sich mit der Modellstruktur, den zentralen Komponenten und den zugrunde liegenden Optimierungsansätzen. Ziel ist es, Modellannahmen, Entscheidungsvariablen und Ergebnisgrößen nachvollziehen und kritisch bewerten zu können.

7) Zusatzthemen
Das abschließende Kapitel greift ausgewählte Zusatz- und Vertiefungsthemen auf, die über die Basismodellierung hinausgehen. Dazu zählen beispielsweise Einblicke in die Programmiersprache Python.

Lern-/Qualifikationsziele:

Der Kurs vermittelt fachliche, methodische und wissenschaftliche Kompetenzen zur Modellierung und Analyse nachhaltiger Energiesysteme. Ziel ist es, die Teilnehmenden in die Lage zu versetzen, komplexe Fragestellungen der Energiewende systematisch zu untersuchen und fundiert zu bewerten.

Nach Abschluss des Kurses können die Teilnehmenden zentrale energietechnische Zusammenhänge erklären und die Rolle einzelner Systemkomponenten im Kontext gekoppelter Energiesysteme einordnen. Sie verstehen grundlegende Konzepte der Energiesystemmodellierung und können reale Energiesysteme abstrahieren, modellieren und rechnergestützt analysieren.

Die Teilnehmenden sind in der Lage, das Open-Source-Energiesystemmodell PyPSA eigenständig zu installieren, auszuführen und für ausgewählte Fragestellungen anzupassen. Sie verstehen die Funktionsweise des Modells, die zugrunde liegenden Optimierungsansätze sowie die Bedeutung zentraler Modellannahmen und Parameter.

Darüber hinaus erwerben die Teilnehmenden Kompetenzen im wissenschaftlichen Arbeiten. Sie können Forschungsfragen formulieren, relevante Literatur recherchieren, Modellierungsergebnisse strukturiert auswerten und kritisch reflektieren. Die Ergebnisse werden adressatengerecht und formal korrekt in schriftlicher Form dargestellt.

Insgesamt befähigt der Kurs die Teilnehmenden, Energieszenarien methodisch sauber zu entwickeln, deren Aussagekraft kritisch zu bewerten und die Ergebnisse im technischen, ökonomischen und systemischen Kontext der Energiewende zu interpretieren.

Lehrveranstaltungstyp:

Virtuelle Vorlesung

Interaktionsformen mit Betreuer/in:

E-Mail, Chat

Interaktionsformen mit Mitlernenden:

Forum, Chat

Kursdemo:

zur Kursdemo

Nutzung

Kurs ist konzipiert für:

OTH Regensburg:
Regenerative Energietechnik und Energieeffizienz (Bachelor)

Hochschule München:
Systems Engineering (Master)

Hochschule Hof:
Ingenieurwesen (Bachelor)

TH Deggendorf:
Energy System Engineering (Bachelor)

Formale Voraussetzungen:

Registrierung bei der Virtuellen Hochschule Bayern (vhb) im CLASSIC vhb-Kursportal und fristgerechte Anmeldung zum Kurs

Erforderliche Vorkenntnisse:

Grundlagen der Energietechnik

Grundlegendes Verständnis von Energiesystemen

Hinweise zur Nutzung:

Kursumsetzung (verwendete Medien):

Die Wissensvermittlung erfolgt via Text, Bild, Audio, Video, Selbstlernquizze, interaktiven Inhalten und eigener Programmierung. 

Erforderliche Technik:

Hardware: PC/MAC als Laptop oder Desktop, kein Tablet

Software: VisualStudio Code, unabhängig vom Betriebssystem (beliebig)

Nutzungsentgelte:

für andere Personen als (reguläre) Studenten der vhb Trägerhochschulen nach Maßgabe der Benutzungs- und Entgeltordnung der vhb

Rechte hinsichtlich des Kursmaterials:

-

Verantwortlich

Anbieterhochschule:

OTH Regensburg

Anbieter:

Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner

Autoren:

Anton Achhammer

Michael Sterner

Alexander Meisinger

Kathrin Rettinger

Betreuer:

Anton Achhammer

Prüfung

Prüfungsangebot zum Kurs

Art der Prüfung:

Studienarbeit

Bemerkung:

Verfassen einer wissenschaftlichen Arbeit im Format eines Fachartikels (max. 10 Seiten)

Prüfer:

Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner

Prüfungsanmeldung erforderlich:

ja

Anmeldeverfahren:

Anmeldung und Abgabe erfolgen direkt im Kursraum.

Prüfungsanmeldefrist:

–

Prüfungsabmeldefrist:

–

Kapazität:

–

Prüfungsdatum:

–

Prüfungszeitraum:

–

Prüfungsdauer:

–

Prüfungsort:

–

Zuständiges Prüfungsamt:

Prüfungsamt der Heimathochschule der Studierenden

Zugelassene Hilfsmittel:

–

Formale Voraussetzungen für die Prüfungsteilnahme:

Fristgerechte Anmeldung

Inhaltliche Voraussetzungen für die Prüfungsteilnahme:

Kursinhalte

Zertifikat:

Ja (benotetes Zertifikat)

Anerkennung:

–