Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

FORSCHUNGSPROJEKTE
Druckregler
Systemgrenze
Fernleitungsnetz
Bild 1: Betrachteter Systembereich
Speicher
Regionale
Verteilung
Städtische
Verteilung
2 Grundsatzplanung von Gasverteilungsnetzen
Grundlage für die Ermittlung kosteneffizienter Netzstrukturen,
so genannter Zielnetze, ist eine vollständige
Beschreibung der Randbedingungen und Freiheitsgrade
der Netzplanung. Die einzelnen Eingangsdaten werden
im Folgenden kurz diskutiert.
2.1 Technische Randbedingungen
Die Versorgungsaufgabe ist charakterisiert durch die
geographische Lage und Abnahmemenge der zu
versorgenden Kunden sowie mögliche Einspeisepunkte
und das an diesen Punkten beziehbare Gasvolumen.
Technische Mindestanforderungen beschreiben die
minimal und maximal zulässigen Drücke, die für jeden
Knoten getrennt definiert werden können, sowie
zulässige Volumenströme und Strömungsgeschwindigkeiten
in Rohrleitungen und innerhalb von Druckreglern
in Abhängigkeit von den verwendeten Betriebsmitteltypen.
Unternehmensspezifische Planungsgrundsätze sind
Restriktionen, die über die technischen Mindestanforderungen
hinausgehen. Über die Vorgabe des maximal
zulässigen Druckverlustes im Netz kann beispielsweise
der Vermaschungsgrad der zu ermittelnden Zielnetze
und damit die Versorgungszuverlässigkeit beeinflusst
werden. Die Versorgungssicherheit wird allein durch
die technischen Mindestanforderungen beschrieben.
Werden unternehmensspezifische Planungsgrundsätze
bei der Zielnetzoptimierung berücksichtigt, muss daher
vorab oder in Variantenrechnungen sorgfältig geprüft
werden, welche zusätzlichen Kosten durch diese
Vorgaben entstehen.
2.2 Freiheitsgrade
Für die Ermittlung der Zielnetze, welche die gegebene
Versorgungsaufgabe unter den zu beachtenden Randbedingungen
mit minimalen Kosten erfüllen, müssen
die nutzbaren Trassen und mögliche Standorte für
Reglerstationen im Versorgungsgebiet bekannt sein.
Die zur Verfügung stehenden Betriebsmitteltypen sind
dabei ebenfalls Eingangsdatum der Netzoptimierung.
Aufgabe der Netzoptimierung ist dann die Auswahl der
zu realisierenden Trassen und Standorte bei gleichzeitig
optimaler Dimensionierung der Betriebsmittel.
In Gasverteilungsnetzen existieren erhebliche Freiheitsgrade
bei der Dimensionierung der Betriebsmittel.
Dies führt zu starken Wechselwirkungen zwischen
einzelnen Netzebenen, da Transportaufgaben überlagerter
Ebenen durch stärkere Dimensionierung der
Rohre in unterlagerte Ebenen verlagert werden können
und umgekehrt. Da die Investitionskosten für den Bau
einer Rohrleitung nicht proportional mit dem Querschnitt
des Rohres steigen, lässt sich vor Beginn der
Optimierung häufig nicht eindeutig festlegen, welche
funktionalen Netzebenen in dem betrachteten Netzgebiet
realisiert werden sollten. Zudem ist die Auswahl
der optimalen Nenndrücke weitestgehend unabhängig
von den verwendeten Rohrleitungsquerschnitten, so
dass auch diese Planungsentscheidungen ein Ergebnis
der Optimierung darstellen.
Dem Netzoptimierungsverfahren wird daher nur die
maximal zulässige Anzahl funktionaler Netzebenen
ohne Angabe von Nenndrücken vorgegeben. Die in den
einzelnen Ebenen verwendeten Nenndrücke ergeben
sich durch die Dimensionierung der Druckregler, die
über ihren Ausspeisedruck den Druck im Netz beeinflussen.
Dadurch ist es grundsätzlich möglich, dass
Regler mit unterschiedlichen Ausspeisedrücken in eine
gemeinsame Netzebene einspeisen, was beispielsweise
zur Versorgung einer lokal erhöhten Lastdichte
sinnvoll sein kann. Ergebnis der Optimierung kann
jedoch insbesondere auch ein vollständiger Verzicht auf
einzelne Netzebenen sein, falls die Realisierung dieser
Netzebenen zu zusätzlichen Kosten führt.
2.3 Verwendeter Optimierungsalgorithmus
In der Literatur lassen sich verschiedene Verfahren zur
Grundsatzplanung von Gasverteilungsnetzen finden, die
zur Lösung eingeschränkter Fragestellungen eingesetzt
werden können [2]. Der Großteil der Arbeiten basiert
auf so genannten heuristischen Verfahren, die iterativ
mehrere ähnlich kostengünstige Lösungen für die
gestellte Planungsaufgabe in kurzer Rechenzeit ermitteln.
Der limitierende Faktor dieser Arbeiten lässt sich
bei der Ausgestaltung der Systemgrenze und des
Optimierungsalgorithmus finden, da die bisherigen
Arbeiten weder in der Lage sind, unterschiedliche an
die Versorgungsaufgabe angepasste Netzstrukturen zu
entwerfen, noch eine integrierte Optimierung der
Druckebenenwahl zu gewährleisten. Um die beiden
letztgenannten Punkte aufzunehmen, wurde in dieser
74 IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007