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Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

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DISSERTATIONEN

DISSERTATIONEN Randbedingungen einhalten, die durch die maximal zulässigen Betriebsmittelbelastungen, zulässige Kurzschlussströme und die einzuhaltenden Spannungsgrenzen gegeben sind. Zielfunktion der Ausbauplanung ist die Minimierung des Barwertes sämtlicher Investitions-, Instandhaltungs- und Verlustkosten innerhalb des gegebenen Zeitraums. Wird dieser Betrachtungszeitraum jedoch auf einen bestimmten Zeitraum begrenzt, werden die Folgen von Planungsprojekten, die kurz vor Ende dieses Zeitraums durchgeführt werden, nicht mehr vollständig berücksichtigt. Gleichzeitig ist es jedoch schwierig, die Entwicklung von Randbedingungen der Planungsaufgabe für einen langen Zeitraum bis zu einem fern liegenden Prognosehorizont zu prognostizieren. Eine beliebige Verlängerung des Betrachtungszeitraums ist daher ebenfalls nicht sinnvoll. Um dieses Problem zu lösen, wird in dieser Arbeit neben dem Betrachtungszeitraum ein zusätzlicher Optimierungszeitraum definiert. Der Betrachtungszeitraum muss dabei mindestens den Optimierungszeitraum umfassen und kann auch einen unendlich langen Zeitraum darstellen (vgl. Bild 2). Es wird davon ausgegangen, dass sich Randbedingungen der Planungsaufgabe in dem über den Optimierungszeitraum hinausgehenden Zeitraum nicht mehr ändern. Gleichzeitig wird der letzte im Optimierungszeitraum erreichte Netzzustand für den verbleibenden Betrachtungszeitraum beibehalten, so dass auch die Folgen der zuletzt umgesetzten Planungsprojekte bei der Bewertung der Gesamtkosten berücksichtigt werden. Ausgangspunkt der Planung (Basisnetz) Optimierungszeitraum Betrachtungszeitraum Zeithorizont der Grundsatzplanung Bild 2: Optimierungs- und Betrachtungszeitraum 2.1 Planungsunsicherheiten Die unsicheren Randbedingungen der Ausbauplanung resultieren aus technischen, wirtschaftlichen und politischen bzw. juristischen Unsicherheiten. • Technische Unsicherheiten entstehen durch die unsichere Entwicklung der Netznutzung sowie die unsichere Nutzungsdauer der eingesetzten Betriebsmittel. Die Entwicklung der Netznutzung wird in dieser Arbeit durch eine allgemeine und eine kundenbezogene Entwicklung von Einspeisungen und Lasten beschrieben. Die allgemeine Entwicklung kann durch einfache Prognose der – ggf. unsicheren – durchschnittlichen Laststeigerungsrate in Prozent pro Jahr angegeben werden, während die kundenbezogene Entwicklung individuelle Entwicklungen inkl. dem Anschluss oder Wegfall von Erzeugungseinheiten oder Lasten beschreibt. Da die kundenbezogene Entwicklung den optimalen Netzzustand direkt beeinflusst – beispielsweise durch Ausbaumaßnahmen, die zum Anschluss eines Kunden notwendig sind – ist nicht nur der mögliche Zeitpunkt des Kundenanschlusses relevant, sondern auch der sog. Kenntniszeitpunkt, an dem der Netzbetreiber sicher erfährt, ob ein Kunde angeschlossen wird oder nicht. Liegt dieser Zeitpunkt ausreichend vor dem Zeitpunkt des Anschlusses, kann das Netz u. U. weiter in Richtung des später optimalen Netzzustandes entwickelt werden. • Wirtschaftliche Unsicherheiten ergeben sich aus der unsicheren Entwicklung des Zinssatzes, betriebsmittelbezogener Investitions- und Instandhaltungskosten sowie der spezifischen Verlustkosten. Im Gegensatz zu technischen Unsicherheiten beeinflussen sie die optimale Netzentwicklung jedoch nur indirekt, da Um- oder Ausbaumaßnahmen wirtschaftlich sinnvoll, aber nicht technisch notwendig sein können. Bei steigenden spezifischen Verlustkosten kann beispielsweise die Investition in zusätzliche Leitungen zur Verringerung der Übertragungsverluste sinnvoll sein, während mit dem Betriebsmittelalter steigende Instandhaltungskosten die Erneuerung von Betriebsmitteln wirtschaftlich werden lassen können. • Politische Unsicherheiten haben andere Ursachen als technische Unsicherheiten, können in ihrer Wirkung auf das Netz jedoch wie technische Unsicherheiten modelliert werden. Die Förderung dezentraler Erzeugungsanlagen beeinflusst beispielsweise die allgemeine und die kundenbezogene Entwicklung von Einspeisungen und Lasten, während die politische Einflussnahme auf Kraftwerksbetreiber zur Änderung der Erzeugungsstruktur die kundenbezogene Entwicklung beeinflusst. Zusätzlich zu politischen sind jedoch auch juristische Unsicherheiten relevant, da sich durch derartige Unsicherheiten die Realisierung von Planungsprojekten verzögern kann. Insbesondere in der Hoch- und Höchstspannungsebene stellt die Dauer des Genehmigungsverfahrens für neue Freileitungstrassen eine relevante Unsicherheit dar und muss daher in der Ausbauplanung berücksichtigt werden. 38 IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007

Die Analyse der Planungsaufgabe zeigt, dass Unsicherheiten mit direktem Einfluss auf das Netz die Realisierung von Planungsprojekten bedingen und damit auslösende Ereignisse für Planungsprojekte darstellen. Es ist daher sinnvoll, die optimale Ausbaustrategie durch Wenn/Dann-Beziehungen zwischen auslösenden Ereignissen und Planungsprojekten zu beschreiben. Eine derartige Modellierung ist praxisgerechter als der bisher verfolgte Ansatz, diskrete Zeitpunkte für die Realisierung von Planungsprojekten zu ermitteln, und erhöht dadurch den Nutzen bei Anwendung rechnergestützter Verfahren in der Ausbauplanung. 2.2 Bewertung von Ausbaustrategien Wichtigstes Kriterium bei der Bewertung potenzieller Ausbaustrategien sind die Gesamtkosten, die bei Befolgen dieser Strategie innerhalb des Betrachtungszeitraums entstehen. Aufgrund der bestehenden Unsicherheiten und der Abhängigkeit der Ausbaustrategien von der Entwicklung dieser Unsicherheiten sind die Gesamtkosten im Betrachtungszeitraum ebenfalls unsicher. Da die Wahrscheinlichkeitsverteilung des Barwertes der Gesamtkosten in einer Bewertungsfunktion bestimmt werden kann, können neben dem Erwartungswert auch die Standardabweichung und weitere Kriterien der Entscheidungstheorie wie Value At Risk oder Conditional Value At Risk für den Vergleich unterschiedlicher Ausbaustrategien verwendet werden. Zusätzlich zu diesen monetären Bewertungsgrößen sind weitere Kenngrößen für den Netzbetreiber relevant. So ist beispielsweise der Entscheidungsspielraum, der dem Netzbetreiber am Ende des Optimierungszeitraums verbleibt oder die Verteilung der Investitionen auf die einzelnen Jahre des Betrachtungszeitraums, von Interesse [3]. In dieser Arbeit werden daher weitere Bewertungskriterien definiert. • Die Elastizität einer Ausbaustrategie ist definiert als die Anzahl der Zielnetze, die am Ende des Optimierungszeitraums noch erreicht werden können, bezogen auf die Anzahl aller Zielnetze. Die Elastizität ist damit ein Maß für den verbleibenden Entscheidungsspielraum des Netzbetreibers nach Befolgen der entsprechenden Ausbaustrategie. • Die Flexibilität beschreibt die Wahrscheinlichkeit, mit der zukünftig von der ermittelten Ausbaustrategie nicht abgewichen werden muss. Dieses Bewertungskriterium ist insbesondere dann sinnvoll, wenn durch das frühzeitige Sicherstellen der technischen Zulässigkeit auch für sehr unwahrscheinliche Szenarien unsicherer Randbedingungen hohe Kosten entstehen. Eine geringere Flexibilität führt in diesem Fall zu niedrigeren Kosten, birgt jedoch DISSERTATIONEN das Risiko, bei Eintritt ungünstiger Szenarien zukünftig langfristig optimale Entscheidungen nicht durchführen zu können. • Die Verteilung der Investitionen über die einzelnen Jahre wird durch die Akzeptanz einer Ausbaustrategie beschrieben. Hierfür kann der Netzbetreiber maximale und minimale Investitionsbudgets für die einzelnen Jahre vorgeben, die nach Möglichkeit eingehalten werden sollen. Wichtig ist, dass diese Grenzen bis zum Erreichen einer absoluten Grenze verletzt werden dürfen, da durch Über- bzw. Unterschreiten der vorgeschlagenen Budgets gleichzeitig ein höherer Nutzen erzielt werden kann. In dem entwickelten Verfahren sind alle vorgestellten Bewertungskriterien optional, so dass sowohl die Berücksichtigung unternehmensspezifischer Ziele als auch eine einfach zu parametrierende Minimierung des Erwartungswertes möglich ist. 3 Verfahren 3.1 Ameisenalgorithmus Das in dieser Arbeit entwickelte Verfahren basiert auf dem Optimierungsansatz des Ameisenalgorithmus [4]. Dieser ist angelehnt an die Futtersuche von Ameisen in der Natur und wird auch als wissensbasierter Optimierungsalgorithmus bezeichnet, da Ameisen den von ihnen zurückgelegten Weg mit einem Duftstoff, dem sog. Pheromon, markieren und somit Wissen über gute, d. h. kurze Wege speichern. Bild 3 zeigt das Vorgehen der Ameisen bei der Futtersuche. Futtersuche Nest Futter Rückkehr zum Ausgangspunkt Nest Futter Bild 3: Futtersuche einer Ameise Zu Beginn der Futtersuche bewegen sich die Ameisen beinahe zufällig, da die Umgebung noch keinerlei Pheromonmarkierungen enthält. Aufgrund der Größe der Ameisenkolonie findet jedoch üblicherweise nach kurzer Zeit zumindest eine Ameise eine Futterquelle in der Nähe des Nestes. Bei der Rückkehr zum Nest steigt die Wahrscheinlichkeit, mit der diese Ameise dem zuvor von ihr markierten Weg folgt, da die Wahrschein- IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007 39

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