Universität Stuttgart Fakultät 4 Energie-, Verfahrens- und Biotechnik. Modulhandbuch. Module des Bachelorstudiengangs Erneuerbare Energien

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1 Universität Stuttgart Fakultät 4 Energie-, Verfahrens- und Biotechnik Modulhandbuch Module des Bachelorstudiengangs Erneuerbare Stand: 04. Februar 2010

2 2 Inhaltsverzeichnis 1 VORWORT 3 2 ZIELE DES STUDIENGANGS 4 Ziele des Studiengangs insgesamt 4 Darstellung der durch das Studium zu erreichenden Lernergebnisse (Kenntnisse, Fertigkeiten, Kompetenzen) 5 Darstellung der Zusammenhänge: Ziele-Matrix 6 Praxisbezug, Forschungsbezug, Praktika, interdisziplinäre Zusammenarbeit, Berufsbefähigung des Abschlusses 7 3 AUFBAU DES BACHELORSTUDIENGANGS ERNEUERBARE ENERGIEN 8 4 MODULHANDBUCH (HISLSF)

3 Vorwort 1 Vorwort Die Nutzung Erneuerbarer und Verfahren zur Steigerung der Energieeffizienz sind gefragte Zukunftstechnologien. Der steigende Bedarf an speziell ausgebildeten Fachkräften wird auch in Zukunft anhalten. Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) schätzt, dass bereits heute jede zehnte Ingenieurstelle mit Erneuerbaren zu tun hat. 1 Der Bachelorstudiengang Erneuerbare wurde ins Leben gerufen, um junge Menschen auf die vielfältigen Tätigkeitsfelder dieser Wachstumsbranche optimal vorzubereiten. Das Forschungs- und Entwicklungspotential in der Region Stuttgart ist in seiner Konzentration und Vielfalt einzigartig und bietet damit beste Vorraussetzungen für einen derartigen Studiengang. Ausgewiesene Institute erforschen das ganze Spektrum der erneuerbaren : Windenergie, Photovoltaik, Solarthermie, Biomasse, Wasserkraft und Meeresströmungsenergie, Brennstoffzelle und Wasserstoffwirtschaft. Damit bietet die Universität Stuttgart ein abgestimmtes Studienangebot vom Bachelor über den Master bis zur Promotion. Der Einsatz von Erneuerbaren umfasst verschiedenste Technologien, denn jede Form von Energiewandlung z.b. durch einen Solarkollektor oder ein Windrad, unterliegt spezifischen physikalisch-technischen Prinzipien. Diese technologische Vielfalt spiegelt sich im interdisziplinären Aufbau des Bachelorstudiengangs wider. So sind 21 Institute aus sieben Fakultäten am Studiengang beteiligt. Das Studium besteht aus einem Grund- und Fachstudium, in dem die Studierenden zwischen drei en ihren Interessensschwerpunkt festlegen können: 1. Elektrische Energiesysteme: Photovoltaik, Windenergie plus Zusatzfächer 2. Thermische Energiesysteme: Biomasse, Solarthermie plus Zusatzfächer 3. Kinetische Energiesysteme: Windenergie, Wasserkraft plus Zusatzfächer Die interdisziplinäre Kombination elementarer Studienfächer aus dem Maschinenbau, der Elektrotechnik und Informatik sowie Luft- und Raumfahrttechnik öffnet den Zugang zu zahlreichen Kompetenzfeldern. Individuelle Gestaltungsräume bietet der, der drei Arten von Erneuerbaren abdeckt. Ergänzende experimentelle Laborübungen, Projektarbeiten und Exkursionen vermitteln berufliche Perspektiven und Einblicke in die Praxis der Forschung, der Entwicklung und der Anwendung von Erneuerbaren. Die erfolgreich abgeschlossene Bachelorarbeit ist schließlich Zeugnis der erworbenen Kenntnisse und Fertigkeiten. Der Abschluss des Bachelorstudiums nach 6 Semestern ermöglicht ein weiterführendes Studium im Rahmen von Masterstudiengängen von jeweils 4 Semestern: M.Sc. Energietechnik (ab WS 2011/2012) M.Sc. Nachhaltige Elektrische Energieversorgung (ab WS 2011/2012) Weiter bieten die vielfältigen Forschungsgebiete der beteiligten Institute exzellente Möglichkeiten zur Promotion. 1 DIE ZEIT, Nr. 14

4 Ziele des Studiengangs 4 2 Ziele des Studiengangs Ziele des Studiengangs insgesamt Die umweltverträgliche, wirtschaftliche und sichere Bereitstellung von Energie in Form von Elektrizität, Wärme und Transportenergieträgern stellen eine weltumspannende Problematik mit zunehmender politischer und gesellschaftlicher Brisanz dar, welche sowohl die Industrie- als auch die Schwellen- und Entwicklungsländer betrifft und nur noch innerhalb des internationalen Energieversorgungssystems gelöst werden kann. Energiewandlung und anwendung sind zentrale Themen der Ingenieurwissenschaften. Neben der Schaffung politischer und rechtlicher Rahmenbedingungen werden Konzepte und Technologien sowohl für den privaten, industriellen als auch kommunalen Bereich benötigt. Dabei kommt dem Know-how und der Qualifikation der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie den in der Praxis tätigen Ingenieurinnen und Ingenieuren eine entscheidende Rolle zu. Die Absolventinnen und Absolventen des Bachelorstudiengangs Erneuerbare verstehen die natur- und ingenieurwissenschaftlichen Zusammenhänge und Konzepte der Energiewandlung Erneuerbarer und verfügen über grundlegendes Fachwissen auf den Gebieten Energiewandlung und anwendung, können die Bedeutung, die Potenziale und die Wirtschaftlichkeit verschiedener Erneuerbarer (Solarthermie, Photovoltaik, Windenergie, Wasserkraft, Biomasse) und deren Integration in das Energiesystem quantitativ einschätzen (auf Basis eines Überblicks des gesamten Bereichs der Erneuerbaren und einer vertieften Einführung in zwei Formen der Erneuerbaren aus dem Bereich der elektrischen, thermischen oder kinetischen Energiesysteme), können verschiedene Anlagen- und Nutzungskonzepte der erneuerbaren und konventionellen Energietechnik in konstruktiver, energetischer und wirtschaftlicher Hinsicht analysieren und bewerten sowie analytische und modellhafte Untersuchungen planen und durchführen, können mit Spezialisten verschiedener Disziplinen kommunizieren und zusammenarbeiten, verfügen über eine verantwortliche und selbständige wissenschaftliche Arbeitsweise.

5 Ziele des Studiengangs 5 Darstellung der durch das Studium zu erreichenden Lernergebnisse (Kenntnisse, Fertigkeiten, Kompetenzen) Die im Bachelorstudiengang Erneuerbare ausgebildeten Ingenieurinnen und Ingenieure haben Kenntnisse in den Grundlagen der maschinenbaulichen, verfahrenstechnischen und elektrotechnischen Ingenieurwissenschaften insbesondere hinsichtlich der Energiewandlung und anwendung beim Einsatz erneuerbarer und verstehen die dabei grundlegenden naturund ingenieurwissenschaftlichen Zusammenhänge, sind in der Lage ingenieurwissenschaftliche Methodiken auf Problemstellungen aus dem Bereich der Erneuerbaren anzuwenden und kennen die geeigneten Modellierungs-, Simulations- und Optimierungsmethoden verschiedener erneuerbarer, können verschiedene Anlagen- und Nutzungskonzepte der erneuerbaren und konventionellen Energietechnik in konstruktiver, energetischer und wirtschaftlicher Hinsicht analysieren und bewerten sowie analytische und modellhafte Untersuchungen planen und durchführen, verfügen über grundlegende ingenieurwissenschaftliche Fertigkeiten zur Planung und zum Betrieb von Anlagen zur Nutzung von erneuerbaren, verfügen über die Kompetenzen zur organisatorischen und verwaltungsmäßigen Umsetzung bei der Planung von Anlagen zur Nutzung von zwei Arten von erneuerbaren, können Aufgaben mit interdisziplinärem und internationalem Charakter vor dem Hintergrund wirtschaftlicher und politischer Rahmenbedingungen im Team bearbeiten, verfügen über eine grundlegende wissenschaftliche Qualifikation. Im folgenden Kapitel ist die Ziele-Matrix für den Bachelorstudiengang Erneuerbare mit den Zusammenhängen zwischen übergeordneten Studienzielen, Lernergebnissen und zugeordneten Modulen dargestellt. Die Lernziele der einzelnen Module sind den Modulbeschreibungen in den nächsten Kapiteln zu entnehmen.

6 Ziele des Studiengangs 6 Darstellung der Zusammenhänge: Ziele-Matrix Übergeordnete Studienziele Die Absolventinnen und Absolventen verstehen die natur- und ingenieurwissenschaftlichen Zusammenhänge und Konzepte der Energiewandlung und anwendung erneuerbarer und verfügen über grundlegendes Fachwissen auf den Gebieten Energiewandlung und anwendung... können die Bedeutung, die Potenziale und die Wirtschaftlichkeit verschiedener Erneuerbarer (Solarthermie, Photovoltaik, Windenergie, Wasserkraft, Biomasse) und deren Integration in das Energiesystem quantitativ einschätzen, auf Basis eines Überblicks des gesamten Bereichs der Ern. und einer vertieften Einführung in zwei Formen der Ern. aus dem Bereich der elektr., therm. oder kinet. Energiesysteme... können zwei verschiedene Anlagen- und Nutzungskonzepte der erneuerbaren technik in konstruktiver, energetischer und wirtschaftlicher Hinsicht analysieren und bewerten sowie analytische und modellhafte Untersuchungen planen und durchführen,... können mit Spezialisten verschiedener Disziplinen kommunizieren und zusammenarbeiten... verfügen über Grundlagen einer verantwortliche und selbständige wissenschaftliche Arbeitsweise Lernergebnisse: Kenntnisse, Fertigkeiten, Kompetenzen Die Studierenden haben vertiefte Kenntnisse in den Grundlagen der maschinenbaulichen, verfahrenstechnischen und elektrotechnischen Ingenieurwissenschaften insbes. hinsichtlich der Energiewandlung und anwendung beim Einsatz erneuerbarer Die Studierenden sind in der Lage ingenieurwissenschaftliche Methodiken auf Problemstellungen aus dem Bereich der Ern. anzuwenden und kennen die geeigneten Modellierungs-, Simulations- und Optimierungsmethoden Die Studierenden verfügen über grundlegende ingenieurwissenschaftliche Fertigkeiten zur Planung und zum Betrieb von Anlagen zur Nutzung von erneuerbaren und kennen dabei die nicht-technischen Auswirkungen ihrer Tätigkeit, Sie verfügen über die Kompetenzen zur organisatorischen und verwaltungsmäßigen Umsetzung bei der Planung von Anlagen zur Nutzung von zwei Arten von erneuerbaren. Die Studierenden können Aufgaben mit interdisziplinärem Charakter unter Einbezug der relevanten Akteure bearbeiten und lösen. Sie bearbeiten Fragestellungen unter Einbezug wirtschaftlicher und politischer Rahmenbedingungen. Sie können Ergebnisse zusammenfassen, deutschsprachige Texte und Berichte erarbeiten sowie in deutscher Sprache präsentieren und kommunizieren. Die Studierenden können eigenverantwortlich anspruchsvolle Fragestellungen bearbeiten und auf andere Bereiche übertragen. Sie verfügen über grundlegende wissenschaftliche Methoden bei der grundlagenorientierten Problemlösung zugeordnete Module - natur- und ingenieurwissenschaftlichen Basis- & Kernmodule: Höhere Mathematik I-III, Technische Mechanik I & II, Numerische Grundlagen, Experimentalphysik mit Physikpraktikum - maschinenbaul. und verfahrenstechn. Module: Werkstoffmechanik, Konstruktionslehre 1 (EE), Technische Thermodynamik I & II - elektro- & informationstechn. Module: Einführung in die Elektrotechnik, Elektrische Energietechnik, Informatik I & II Pflichtmodul des s (weitgehend aus dem Bereich Erweiterte Grundlagen) - Einführung Erneuerbare - Informatik I & II - Pflichtmodule mit Wahlmöglichkeit aus dem Bereich 1: Energiewandlung & -anwendung - 1. & 2. Pflichtmodul des s (Photovoltaik & Windenergie od. Solarthermie & Biomasse od. Windenergie & Wasserkraft- & bau) - Pflichtmodule des - Pflichtmodule mit Wahlmöglichkeit aus den Bereichen 1. Energiewandlung & -anwendung sowie 2. Erw. Grundlangen z.b. Energie & Umwelt, Energiewirtschaft und - versorgung - Praktikum Erneuerbare - Praktikum Erneuerbare - Fachübergreifende Projektarbeit - Fachübergreifendes, nichttechnisches Wahlfach - Pflichtmodule mit Wahlmöglichkeit z.b. Energie & Umwelt, Energiewirtschaft und -versorgung - Praktikum Erneuerbare - Fachübergreifende Projektarbeit - Bachelorarbeit einschl. Seminarvortrag

7 Ziele des Studiengangs 7 Praxisbezug, Forschungsbezug, Praktika, interdisziplinäre Zusammenarbeit, Berufsbefähigung des Abschlusses Im Bachelorstudiengang Erneuerbare tragen Laborpraktika, Planungsarbeiten, Projekt- und Bachelorarbeiten sowie zahlreiche Exkursionen zu energietechnischen Anlagen, zu Unternehmen und zu Veranstaltungen wie Messen (z. B. Hannover Messe World Energy Dialog, Erneuerbare, CLEAN ENERGY POWER Stuttgart, Husum Wind, Intersolar) dazu bei, die Studierenden auf die Tätigkeit nach dem Studium vorzubereiten. Der Studiengang ist forschungsorientiert. Ein großer Teil der im Studium enthaltenen Lehrveranstaltungen des Vertiefungsstudiums wird in enger Anlehnung an die Forschungsaktivitäten der beteiligten Institute durchgeführt, so dass neueste Erkenntnisse aus der Forschung in die Lehre einfließen. Die Studierenden erlernen die selbständige und wissenschaftliche Arbeitsweise durch Bearbeitung von Fragestellungen aus aktuell laufenden Forschungsprojekten beim individuellen Praktikum, bei Projektarbeiten und der Bachelorarbeit. Beim individuellen Praktikum beispielsweise erarbeiten sie die Aufgabenstellungen, führen das Versuchsprogramm oder den Entwicklungsprozess durch, werten die Ergebnisse aus und bewerten diese. Bei experimentellen Arbeiten im Rahmen von Projektarbeiten müssen die Fragestellung und das Experiment beschrieben und die Ergebnisse dargestellt und interpretiert werden. In der Bachelorarbeit zeigen die Studierenden, dass sie befähigt sind, Umweltprobleme im Beruf zu erkennen und Strategien und Techniken zur Lösung zu erarbeiten, durchzuführen und zu präsentieren. Eine Einführung in die wissenschaftliche Arbeitsweise erfolgt im Rahmen der Praktika, der verpflichtete Teilnahme an Seminarvorträgen und Vorträgen der Bachelorarbeiten sowie eigenen Präsentationen. Die Studierenden profitieren von zahlreichen Forschungsprojekten, die die Institute in Zusammenarbeit mit der Industrie durchführen, indem sie ihre Bachelorarbeiten in Zusammenarbeit mit Entwicklungsund Forschungsabteilungen der Industrie anfertigen können.

8 Aufbau des Bachelorstudiengangs Erneuerbare 8 3 Aufbau des Bachelorstudiengangs Erneuerbare Makrostruktur Studiengang B.Sc. Erneuerbare 1. Semester (WS) 2. Semester (SS) 3. Semester (WS) 4. Semester (SS) 5. Semester (WS) 6. Semester (SS) Höhere Mathematik I + II Höhere Mathematik III Numerische Grundlagen Pflichtmodul mit Wahlmöglichkeit 9 LP 9 LP Elektrische Energietechnik Pflichtmodul mit Wahlmöglichkeit Pflichtmodul mit Wahlmöglichkeit Pflichtmodul mit Wahlmöglichkeit 4,5 LP 4,5 LP Werkstoffmechanik Technische Thermodynamik I + II Experimentalphysik mit Physikpraktikum 2 LP 1 LP Konstruktionslehre 1 EE Schlüsselqualifikationen (fachübergreifend) 2 LP Einf. Erneuerbare 9 LP Technische Mechanik I (LRT, EE) 4 LP Einführung in die Elektrotechnik mit elektrotechnischem Praktikum Technische Mechanik II Informatik 1 (EE) Summe: 31 LP Summe: 27,5 LP Summe: 27,5 LP Erneuerbare Praktikum Informatik 2 (Programmierung) Summe: 3 Gesamtzahl der Leistungspunkte = 180 (Die Zahlen bedeuten die Leistungsmodule eines Moduls pro Semester) Summe: 30 LP Legende: =Basismodule =Kernmodule =Ergänzungsmodule Schlüsselqualifikationen (fachübergreifend) (Projektarbeit) Bachelorarbeit Summe: 30 LP 12 LP (Universität Stuttgart, Stand ) Schema 1: Modularer Aufbau des 6-semesterigen Bachelor - Studiengangs Erneuerbare an der Universität Stuttgart. Inhalt und Organisation der verschiedenen Module sind in den nachfolgenden Modulbeschreibungen festgelegt. (LP: Leistungspunkte)

9 Aufbau des Bachelorstudiengangs Erneuerbare 9 Fach Modulverantw./ Fak. LP BASISMODULE: Höhere Mathematik I, II Stroppel / 8 18 Höhere Mathematik III Stroppel / 8 6 Numerische Grundlagen Rohde / 8 3 Experimentalphysik mit Physikpraktikum Jetter / 8 3 Werkstoffmechanik Roos / 4 6 KERNMODULE: Einführung in die Elektrotechnik Parspour / 5 6 Elektrische Energietechnik Roth-Stielow / 5 9 Konstruktionslehre I (EE) Kühn / 6 6 Einführung Erneuerbare Tenbohlen / 5 9 Technische Mechanik I (LRT, EE) Kistner / 7 6 Technische Mechanik II (EE) Kistner / 7 3 Technische Thermodynamik I, II Müller-Steinhagen / 4 12 Praktikum Erneuerbare Tenbohlen / 5 3 6x6 ERGÄNZUNGSMODULE: Pflichtmodule mit Wahlmöglichkeit* mind. 21 SCHLÜSSELQUALIFIKATIONEN: Informatik I Roller / 5 3 Informatik II (Programmierung) Roller / 5 6 Fachübergreifend Projektarbeit Tenbohlen / 5 6 Fachübergreifend (Nichttechnisches Wahlfach) aus den Kompetenzfeldern: Recht, Wirtschaft, Politik, methodische Kompetenzen, kommunikative Kompetenzen Modulbeschreibungen werden nach Klärung der universitären Rahmenbedingungen (zentrale Angebote) und nach Absprache mit den jeweiligen Fächern ergänzt. 6 Summe * mind. 12 LP aus dem Block Erweiterte Grundlagen min. 168 Bachelorarbeit: 3 Monate 12 LP Gesamtsumme 180 LP Übersicht 1: Modularer Aufbau des 6-semesterigen Bachelor - Studiengangs Erneuerbare an der Universität Stuttgart.

10 Aufbau des Bachelorstudiengangs Erneuerbare : Elektrische Energiesysteme Pflichtmodule Modulverantw./ Fak. LP Photovoltaics I Werner / 5 6 Grundlagen Windenergie Kühn / 6 6 Leistungselektronik I Roth-Stielow / 5 6 Regelungstechnik I Roth-Stielow / 5 6 Elektrische etze I Tenbohlen / 5 6 Elektrische Maschinen 1 Parspour / 5 6 Summe : Thermische Energiesysteme Pflichtmodule Modulverantw./ Fak. LP Solarthermie 1 Müller-Steinhagen / 4 6 Einführung in die energetische Nutzung Scheffknecht / 4 6 von Biomasse Grundlagen Technischer D. Schmidt / 7 6 Verbrennungsvorgänge I+II Technische Strömungslehre Göde / 4 6 Grundl. der Wärmeübertragung Müller-Steinhagen / 4 6 Regelungs- und Steuerungstechnik Allgöwer / 7 6 Summe : Kinetische Energiesysteme Pflichtmodule Modulverantw./ Fak. LP Grundlagen Windenergie Kühn / 6 6 Wasserkraft und bau Wieprecht / 2 6 Technische Strömungslehre Göde / 4 6 Konstruktionslehre II (EE & LRT) Kühn / 6 6 Elektrische Maschinen 1 Parspour / 5 6 Regelungstechnik I Roth-Stielow / 5 6 Summe 36 Übersicht 2: Pflichtmodule der e. (Ein von drei Bereichen ist zu wählen.)

11 Aufbau des Bachelorstudiengangs Erneuerbare 11 Pflichtmodule mit Wahlmöglichkeit 1. Energiewandlung und -anwendung Modulverantw./ Fak. LP Grundlagen Technischer Verbrennungsvorgänge I+II D. Schmidt / 7 6 WS u. SS Rationelle Wärmeversorgung Spindler / 4 3 SS Solarthermie 1 Müller-Steinhagen / 4 6 SS Grundlagen der Heiz- und Schmidt / 4 6 Raumlufttechnik Einführung in die energetische Nutzung Scheffknecht / 4 6 von Biomasse Technische Strömungslehre Göde / 4 6 Grundl. der Wärmeübertragung Müller-Steinhagen / 4 6 WS Energie- und Umwelttechnik Scheffknecht / 4 6 Wasserkraft und -bau Wieprecht / 2 6 Grundlagen Windenergie Kühn / 6 6 SS Photovoltaics I Werner / 5 6 SS Techniken zur rationellen Energieanwendung Voss / 4 3 SS 2. Erweiterte Grundlagen Leistungselektronik I Roth-Stielow / 5 6 WS Regelungstechnik I Roth-Stielow / 5 6 SS Elektrische etze I Tenbohlen / 5 6 WS Hochspannungstechnik I Tenbohlen / 5 6 WS Elektrische Maschinen I Parspour / 5 6 SS Halbleitertechnik Kasper / 5 6 WS Automatisierungstechnik 1 Göhner / 5 6 WS Leichtbau Roos / 4 6 Technische Mechanik III (EE) Kistner / 7 6 WS Konstruktionslehre II (EE & LRT) Kühn / 6 6 Technische Mechanik IV Eberhard / 7 6 Grundl. der Thermischen Casey / 4 6 Strömungsmaschinen Energie und Umwelt Friedrich / 4 3 Energiewirtschaft und Voss / 4 6 Energieversorgung Regelungs- und Steuerungstechnik Allgöwer / 7 6 Grundzüge der Angewandten Chemie Schleid / 3 3 SS Übersicht 3: Pflichtmodule mit Wahlmöglichkeit (Min. 21 LP sind zu wählen, davon min. 12 LP aus dem Bereich Erweiterte Grundlagen. Module dürfen nicht zweimal im Studiengang belegt werden.) Die Module Regelungs- und Steuerungstechnik (Allgöwer) und Regelungstechnik I (Roth-Stielow) dürfen nicht beide im Studiengang belegt werden. Für die e Thermische und Kinetische Energiesysteme ist das Modul Technische Mechanik III verpflichtend. Ein Modul mit kann ersatzweise durch 2 Module mit je ersetzt werden.