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Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

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Optimierung des

Optimierung des Ressourceneinsatzes für den Betrieb elektrischer Netze Resource-Optimization for the Operation of Electrical Networks Dipl.-Ing. Andreas Berg andreas.berg@iaew.rwth-aachen.de FORSCHUNGSPROJEKTE Die Kosten für den Betrieb elektrischer Netze resultieren im Wesentlichen aus der Ressourcenbereitstellung (Eigen- und Fremdpersonal, Material und Werkzeuge) zur Durchführung von Maßnahmen zur Instandhaltung, Störungsbeseitigung sowie zur Erneuerung und Inbetriebnahme von Anlagen. Die Ressourceneinsatzstrategie der Netzbetreiber, d. h. die Zusammenstellung der Ressourcen zum Netzbetrieb oder die Planung bekannter Betriebsprozesse, beeinflusst diese Kosten maßgeblich. In dieser Arbeit wird daher ein Verfahren zur Bewertung und Optimierung des Ressourceneinsatzes für den Betrieb elektrischer Netze entwickelt. Sämtliche Größen mit Auswirkungen auf den Ressourceneinsatz, z. B. das Auftreten von Störungen oder unsichere Dauern der Betriebsprozesse, werden dabei berücksichtigt, um den Netzbetreibern ein praxistaugliches Werkzeug zur Optimierung des Ressourceneinsatzes für den Netzbetrieb zur Verfügung zu stellen. Operation expenditures for electrical networks are mainly caused by costs of resources, e. g. field service personnel, agency staff, material and tools. These resources are required for the execution of processes for maintenance, fault clearance as well as for system renewal and initiation. The network operator’s resource allocation strategy for operating the network depends on the available resources and the long-term planning of predictable processes. In this research project, a method for evaluating and optimizing resources for the operation of electrical networks is developed. For this, all relevant influencing factors on resource-allocation, e. g. uncertain fault-occurrences or the stochastic behaviour of process-times, have to be considered. As a result, with this newly developed method, minimal costs for operating the network may be quantified for network system operators. 1 Einleitung Ziel des von der Bundesnetzagentur vorgeschlagenen Anreizregulierungskonzepts ist es, die Erlöse der Netzbetreiber angemessen zu begrenzen und gleichzeitig Anreize für mehr Effizienz und frühzeitige Kostensenkungen zu erreichen [1]. Um ihre Erlöse zu sichern, müssen die Netzbetreiber daher Kostensenkungspotenziale identifizieren. Durch die bedarfsgerechte Anpassung der Netzstruktur an die zu erfüllende Versorgungsaufgabe können üblicherweise nur langfristig Kosten eingespart werden. Dies ist durch die langen Nutzungsdauern der in elektrischen Netzen eingesetzten Betriebsmittel und die damit verbundene langfristige Kapitalbindung begründet. Dagegen bietet die Optimierung des Betriebsaufwands die Möglichkeit, auch kurzfristig Einsparpotenziale zu realisieren. Die Kosten für den Betrieb elektrischer Netze resultieren im Wesentlichen aus dem Aufwand für die Instandhaltung und Störungsbeseitigung sowie die Erneuerung und Inbetriebnahmen von Anlagen. Sie sind direkt durch die hierfür vom Netzbetreiber eingesetzten Ressourcen (Personal, Material, Werkzeuge) bedingt. Wesentlicher Freiheitsgrad für die Minimierung dieser Kosten ist die Betriebsstrategie des Netzbetreibers, welche die Verfügbarkeit der Ressourcen bestimmt. Diese wird zusätzlich von Unsicherheiten beim Netzbetrieb, wie z. B. dem unerwarteten Auftreten von Störungen, beeinflusst. In bisherigen Methoden zur Bewertung der Kosten für den Netzbetrieb werden derartige Unsicherheiten nur eingeschränkt berücksichtigt [2]. In dieser Forschungsarbeit wird ein Verfahren entwickelt, das zur Minimierung der Kosten für den Betrieb elektrischer Netze den zugehörigen Ressourceneinsatz optimiert. Insbesondere die bei einer langfristigen Planung des Ressourceneinsatzes auftretenden Unsicherheiten werden dabei berücksichtigt. Einerseits wird damit eine Kostenbewertung und -optimierung für den Netzbetrieb möglich, andererseits können Strategien zur Verbesserung des Ressourceneinsatzes abgeleitet werden. 2 Analyse Zum Betrieb elektrischer Netze sind Maßnahmen zur Instandhaltung des Netzes sowie zur Störungsbeseitigung, Erneuerung und Inbetriebnahme der Anlagen durchzuführen. Diese Maßnahmen werden als Betriebsprozesse und die zu deren Durchführung notwendigen Einsatzmittel als Ressourcen bezeichnet. IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007 57

FORSCHUNGSPROJEKTE 2.1 Betrachtungsbereich Der technische Betrachtungsbereich für die Optimierung des Netzbetriebs ergibt sich üblicherweise netzbetreiberspezifisch durch vorgegebene geographische Bereiche und technische Organisationseinheiten (z. B. differenziert nach Spannungsebenen), für deren Betreuung Ressourcen eingeteilt sind. Der technische Betrachtungsbereich definiert zusammen mit der Netzbetriebsstrategie des Netzbetreibers die Art und Anzahl der Betriebsprozesse, die bei einer Planung des Ressourceneinsatzes zu berücksichtigen sind. Der zeitliche Betrachtungsbereich bestimmt den Zeitraum, für den der Netzbetrieb und damit der zugehörige Ressourceneinsatz geplant wird. Er ist fragestellungsabhängig zu wählen. Für die notwendige Diskretisierung des Betrachtungszeitraums ist ein Zeitraster von einer Stunde sinnvoll. Prozessanalysen haben gezeigt, dass einzelne Prozessdauern zwar kleiner als eine Stunde sein können, dann aber eine Zusammenfassung gleicher Prozesse möglich ist. 2.2 Randbedingungen, Freiheitsgrade, Unsicherheiten Wie in [3] gezeigt wurde, sind die wesentlichen Randbedingungen für die Optimierung des Ressourceneinsatzes die in dem Betrachtungszeitraum durchzuführenden Betriebsprozesse. Dabei kann zwischen planbaren Betriebsprozessen, die zum Planungszeitpunkt bekannt sind und deren Durchführungszeitpunkte langfristig planbar sind, und nicht planbaren Betriebsprozessen, deren Auftreten von unsicheren Randbedingungen abhängt, unterschieden werden. Die Menge und Art der planbaren Betriebsprozesse ist Vorgabe des Netzbetreibers und resultiert z. B. aus dessen Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategie. Der Einsatz der dem Netzbetreiber zur Verfügung stehenden Ressourcen zur Durchführung der Betriebsprozesse sowie die Zusammenstellung der Ressourcen sind für eine derartige Optimierung die wesentlichen Freiheitsgrade. Für gegebene Ressourcen hat der Netzbetreiber die Möglichkeit, die Durchführungszeitpunkte für die Betriebsprozesse langfristig zu planen und prozessspezifisch zu entscheiden, welche Ressourcen zur Durchführung eingesetzt werden sollen. Die Ressourcen können aufgeteilt werden in: • Eigenpersonal unterschiedlicher Qualifikation, • Fremdpersonal, • Material sowie • Spezialfahrzeuge und –werkzeuge. Die Planung des Ressourceneinsatzes unterliegt einer Vielzahl von Unsicherheiten, die bei einer Optimierung geeignet berücksichtigt werden müssen. Dabei kann zwischen betriebsprozessbezogenen und ressourcenbezogenen Unsicherheiten unterschieden werden. Die zu berücksichtigenden betriebsprozessbezogenen Unsicherheiten sind: • Unsichere Dauer der Betriebsprozesse, • Auftreten nicht planbarer Betriebsprozesse (Störungen und unerwartete Defekte), • Eingeschränkte Durchführbarkeit geplanter Prozesse wegen fehlendem Material, Fremdpersonal oder nicht erteilter Freischaltgenehmigung durch die Netzführung. Die ressourcenbezogenen Unsicherheiten beeinflussen im Wesentlichen die Verfügbarkeit der eigenen Mitarbeiter. Dabei muss berücksichtigt werden, dass Personal kurzfristig ausfallen kann (z. B. wegen Krankheit) und somit zuvor geplante Betriebsprozesse nicht durchgeführt werden können. Es ist zu erwarten, dass die Unsicherheiten den Ressourceneinsatz maßgeblich beeinflussen. Ein Verfahren zur Ressourceneinsatzoptimierung muss demnach sämtliche Unsicherheiten beim Netzbetrieb berücksichtigen, damit einerseits praxisgerechte Ressourceneinsatzpläne resultieren und andererseits der Einfluss der Unsicherheiten auf die Kosten für den Ressourceneinsatz quantifiziert werden kann. 3 Verfahren 3.1 Überblick Bild 1 gibt einen Überblick über das Verfahren zur Ressourceneinsatzplanung. Für vorgegebene Ressourcen werden in der Ressourceneinsatzplanung die Ausführungszeitpunkte für die langfristig bekannten, planbaren Prozesse bestimmt. Weiterhin wird für jeden Prozess die Entscheidung über Eigen- und Fremdpersonal getroffen. Die Unsicherheiten beim Netzbetrieb werden bei der Planung des Ressourceneinsatzes durch die integrierte Simulation des Netzbetriebs berücksichtigt. 58 IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007

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