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Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

1 Einleitung 1.1

1 Einleitung 1.1 Motivation der Arbeit Mit Inkrafttreten des novellierten Energiewirtschaftsgesetzes ist erstmals die Einführung einer Anreizregulierung für die Betreiber elektrischer Energieverteilungsnetze in Deutschland vorgesehen. Auf diese Weise soll die Bewirtschaftung der natürlichen Netzmonopole zukünftig einen wirksamen und unverfälschten Wettbewerb erfahren. In diesem Zusammenhang ist für die notwendige Effizienzbestimmung einzelner Netzbetreiber sowie zur individuellen Festlegung angemessener Netzzugangsentgelte und Erlöse die Anwendung analytischer Kostenmodelle vorgesehen. Eine ausschließliche Bewertung von Kosten und Erlösen ohne Berücksichtigung der Versorgungsqualität kann in diesem Zusammenhang nicht sinnvoll sein, da ein auf diese Weise stimuliertes Effizienzstreben der Netzbetreiber langfristig zu Kostenreduktionen führt, die gleichzeitig zu Lasten der Versorgungsqualität gehen [1]. Aus diesem Grund sieht das EnWG ausdrücklich die Erweiterung der Anreizregulierung um einzelne Aspekte einer Qualitätsregulierung vor (vgl. §21a Absatz 5, EnWG). FORSCHUNGSPROJEKTE Kosten der Versorgungszuverlässigkeit elektrischer Verteilungsnetze Correlations between Supply Reliability and Costs of Distribution Networks Dipl.-Ing. Frank Wirtz Frank.Wirtz@iaew.rwth-aachen.de Der Aufbau einer Regulierungsbehörde für Strom und Gas in Deutschland und die fortschreitende Einführung von Regulierungsstandards nach europäischem Vorbild führt bei vielen deutschen Netzbetreibern zu einer kritischen Bewertung der Kosten und Qualität ihrer Netze. Die unterschiedlichen Einflüsse auf die Versorgungszuverlässigkeit als wichtiges Qualitätsmerkmal von Verteilungsnetzen und deren spezifische Kosten sind jedoch bisher nur unzureichend bekannt. Aus diesem Grund sollen in dieser Forschungsarbeit die Auswirkungen relevanter Einflussgrößen auf die spezifischen Kosten der Versorgungszuverlässigkeit analysiert und quantifiziert werden. Dazu sind sowohl die charakteristischen Strukturmerkmale der Versorgungszuverlässigkeit abzuleiten als auch die signifikanten Einflussmöglichkeiten der Netzbetreiber auf den Zusammenhang von Kosten und Zuverlässigkeit zu quantifizieren. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit wird es möglich sein, Zuverlässigkeit und Kosten von Verteilungsnetzen in Planungs- und Bewertungsprozessen besser aufeinander abzustimmen. Due to the establishment of a regulation authority, German system operators will have to face similar regulation methods and standards concerning costs and reliability, as they are already established in several European countries. Hence, they have to ensure reasonable use-of-system charges while providing an appropriate level of reliability of supply. However, correlations between reliability and costs are still insufficient established. For this reason the research objective of this study comprises the analysis and quantification of correlations and dependencies among the reliability of supply, network costs and significant influencing parameters. Therefore, the effect of significant influencing parameters, concerning the area to be supplied and the planning strategies of the system operator, on correlations between reliability and costs have to be quantified. Furthermore, structural features affecting the reliability of supply have to be identified. With results of this study system operators as well as regulation authorities can achieve a more efficient adjustment of supply reliability and network costs concerning individual distribution networks. Die zukünftige Anwendung analytischer Kostenmodelle führt bei vielen Netzbetreibern zu der Frage nach den minimalen Netzzugangsentgelten oder Netzkosten, die eine angemessene Versorgungsqualität und gleichzeitig eine nachhaltige Bewirtschaftung ihrer Netze unter den individuellen Randbedingungen ermöglichen. Der Zusammenhang zwischen der Versorgungszuverlässigkeit als wichtigem Qualitätskriterium elektrischer Verteilungsnetze und den Netzkosten sowie die Auswirkungen unterschiedlicher Randbedingungen und Freiheitsgrade der Netzplanung auf dieses Wirkungsgefüge sind bis heute jedoch nur unzureichend untersucht. Die Einführung diskriminierungsfreier und effizienter Kosten- und Qualitätsregulierungsstandards aber auch die Bestimmung von Verteilungsnetzstrukturen mit angemessenem Kosten- und Qualitätsniveau würde durch eine Quantifizierung dieser Zusammenhänge erleichtert. 1.2 Ziel der Arbeit Ziel dieser Forschungsarbeit ist die quantitative Bewertung des Einflusses unterschiedlicher Randbedingungen und Freiheitsgrade der Netzplanung auf das IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007 99

FORSCHUNGSPROJEKTE Wirkungsgefüge von Versorgungszuverlässigkeit und Netzkosten von Mittelspannungsnetzen. Zu den betrachtungsrelevanten Einflussgrößen zählen dabei sowohl charakteristische Strukturmerkmale der Versorgungsaufgabe als auch individuelle Vorgaben der Netzplanung. 2 Analyse 2.1 Systembereich Auswertungen der VDN-Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik [2] sowie internationale Studien des Council of European Energy Regulators (CEER) [3] belegen, dass der wesentliche Anteil störungsbedingter Versorgungsunterbrechungen von NS-Kunden durch die Verteilungsnetze der Mittelspannungsebene verursacht wird. Im Hinblick auf das Ziel dieser Forschungsarbeit liegt der Fokus der geplanten Untersuchungen somit auf der Analyse von Mittelspannungsnetzen. 2.2 Relevante Einflussgrößen Die wesentlichen Einflussgrößen auf Versorgungszuverlässigkeit und Kosten von Mittelspannungsnetzen lassen sich nach Bild 1 grundsätzlich in zwei Kategorien einteilen. Versorgungszuverlässigkeit Einflussgrößen (Planungsvorgaben) Strukturmerkmale der Versorgungsaufgabe Charakteristische Kenngrößen des Versorgungsgebiets und der Netzkunden nicht beeinflussbar Technische Randbedingungen Bild 1: Relevante Einflussgrößen Netzkosten netzplanerische Freiheitsgrade Freiheitsgrade bei Netzstruktur, Netzausstattung und Netzbetrieb beeinflussbar Strukturmerkmale der Versorgungsaufgabe beschreiben das Versorgungsgebiet und die dort ansässige Netzkundenstruktur. Sie umfassen die unveränderlichen Randbedingungen der Versorgungsaufgabe, die durch den Netzbetreiber nicht beeinflusst werden können. Zu diesen Einflussgrößen zählen beispielsweise Last- und Anschlussdichte, die Inhomogenität der Lastverteilung, die Siedlungsstruktur sowie topographische Besonderheiten des Versorgungsgebiets. Die zweite Kategorie von Einflussgrößen umfasst netzplanerische Freiheitsgrade, die der individuellen Strategie des Netzbetreibers unterliegen. Zu diesen Einflussgrößen zählen u. a. Freiheitsgrade hinsichtlich Struktur, Ausstattung und Betrieb elektrischer Netze. Zusätzlichen Einfluss auf Kosten und Zuverlässigkeit haben die beim Netzplanungsprozess einzuhaltenden technischen Randbedingungen. Dazu zählen Vorgaben zur Netzsicherheit sowie Grenzwerte für Spannungshaltung und Kurzschlussströme. Normen, Standards oder Betriebsmittelspezifikationen erlauben jedoch oftmals nur sehr eingeschränkte Variationsmöglichkeiten, wodurch für die Untersuchungen dieser Forschungsarbeit praxisübliche Grenzwerte als feste Randbedingung angenommen werden. 2.3 Kosten der Versorgungszuverlässigkeit Werden beim Netzplanungsprozess Grenzwerte der Versorgungszuverlässigkeit berücksichtigt, so kann für eine individuelle Versorgungsaufgabe unter Berücksichtigung aller relevanten Planungsvorgaben die kostengünstigste Netzstruktur bestimmt werden, die zusätzlich ein vordefiniertes Zuverlässigkeitsniveau erfüllt. Die Zuverlässigkeit wird dabei anhand geeigneter probabilistischer Kenngrößen, z. B. der kundenbezogenen Unterbrechungshäufigkeit oder Unterbrechungsdauer, bestimmt. Die betrachtungsrelevanten Netzkosten umfassen ausschließlich unmittelbar netzbedingte Kosten, wie Investitions-, Betriebs- und Verlustkosten. Eine Variation der Versorgungszuverlässigkeitsgrenzwerte bei sonst unveränderten Planungsvorgaben führt zu unterschiedlichen kostenminimalen Verteilungsnetzstrukturen. Auf diese Weise kann ein direkter Zusammenhang zwischen den minimal erreichbaren Netzkosten und den Grenzwerten der Versorgungszuverlässigkeit hergestellt werden. Dieser Zusammenhang wird ganz wesentlich von den Strukturmerkmalen der Versorgungsaufgabe sowie der Parametrierung netzplanerischer Freiheitsgrade beeinflusst. 3 Geplante Vorgehensweise 3.1 Verfahrensauswahl Die Untersuchungen dieser Forschungsarbeit sollen durch Modellierung und Analyse synthetischer Versorgungsszenarien erfolgen. Im Vergleich zu einer statistischen Auswertung realer Versorgungsszenarien liefert der synthetische Ansatz eindeutige funktionale Zusammenhänge zwischen den Einflussgrößen (Strukturmerkmale der Versorgungsaufgabe, netzplanerische Freiheitsgrade), der Versorgungszuverlässigkeit und den spezifischen Netzkosten. 3.2 Allgemeiner Untersuchungsansatz Die geplanten Untersuchungen dieser Forschungsarbeit basieren auf einem mehrstufigen Ansatz (siehe Bild 2). 100 IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007

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