Trends beim technischen Asset Management in Verteilungsnetzen

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Sarah Schumacher
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1 Forschungsgemeinschaft für Elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.v. Trends beim technischen Asset Management in Verteilungsnetzen Univ.-Prof. Dr.-Ing. Armin Schnettler Forschungsgemeinschaft für Elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.v., Mannheim ETG Fachtagung Würzburg, 1. / 2. März 2005

Dr.-Ing. Armin Schnettler , Mannheim ETG Fachtagung Würzburg, 1. / 2.

2 Gliederung Motivation für den Einsatz eines Asset-Managements in elektrischen Verteilnetzen Asset-Management Ablauf und Ziele Bedeutung der Komponenten-Zuverlässigkeit Aktuelles Forschungsvorhaben Erstellung einer neuartigen Schadensstatistik Zwischenstand der Auswertung Zusammenfassung und Ausblick

Komponenten-Zuverlässigkeit Aktuelles Forschungsvorhaben Erstellung einer

3 Motivation Rahmenbedingungen Rahmenbedingungen in in liberalisierten liberalisierten Energiemärkten Energiemärkten wachsender wachsender Kostendruck Kostendruck Altersstruktur Altersstruktur der der Komponenten: Komponenten: bisher bisher systematischer systematischer Ersatz Ersatz nach nach Jahren Jahren Betriebszeit Betriebszeit Versorgungsqualität Deutsches Verteilungsnetz km km Kabel Kabel km km Freileitung Freileitung kV/MS-Transformatoren Schaltanlagen Schaltanlagen mit mit Schaltfeldern Schaltfeldern Ortsnetzstationen Ortsnetzstationen und und Ortsnetztransformatoren Ortsnetztransformatoren Wiederbeschaffungswert etwa etwa Milliarden EUR EUR jährlicher Ersatz bisher 2,5% momentan 1% Herausragende Herausragende Bedeutung Bedeutung für für Versorgungszuverlässigkeit Versorgungszuverlässigkeit Kosten Kosten der der Energieversorgung Energieversorgung

000 km km Kabel Kabel 180.000 180.000 km km Freileitung Freileitung 5.500 5.500110-kV/MS-Transformatoren 13.000 13.000 Schaltanlagen Schaltanlagen mit mit 130.000 130.

4 Einflussfaktoren auf die Zuverlässigkeit Kurzfristige Auswirkungen Verminderte Instandhaltung Mittelfristige Auswirkungen Höheres Anlagenalter Langfristige Auswirkungen Höhere Anlagenauslastung Personalabbau, Know-how-Verlust Anlagenverfügbarkeit Vereinfachte Netzstrukturen Systemzuverlässigkeit

Anlagenalter Langfristige Auswirkungen Höhere Anlagenauslastung

5 Komponenten-Zuverlässigkeit (1/2) Gesucht: Modellierung der Ausfallrate von Komponenten in Abhängigkeit vom Komponententyp vom Betriebsalter von der Betriebshistorie von Instandhaltungsmaßnahmen λ [1/a] 0,3 Daten in der Regel nicht verfügbar Ohne Instandhaltung Modelle in der Regel nicht verfügbar 0,2 0,1 Mit Instandhaltung t [a] Trends beim technischen Asset Management in Verteilungsnetzen Quelle: Stürmer, J.: Instandhaltungs- und Erneeuerungsstrategien in Verteilungsnetzen. Dissertation, Universität Dortmund, 2002

Modelle in der Regel nicht verfügbar 0,2 0,1 Mit Instandhaltung 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 t [a] Trends beim technischen Asset

6 Komponenten-Zuverlässigkeit (2/2) Gesucht: Modellierung der Ausfallrate von Komponenten Grundlegende qualitative Zusammenhänge sind bekannt Alterungsmodelle Reversible Alterung Irreversible Alterung Badewannenkurve Unterschiedliche Ausfallursachen Externe Ursachen, z. B. atmosphärische Einwirkungen Interne Ursachen, z. B. Minderung der elektrischen bzw. mechanischen Eigenschaften Einfluss der Betriebsbedingungen Normalbetrieb Betrieb unter Erdschlussbedingungen

Unterschiedliche Ausfallursachen Externe Ursachen, z. B. atmosphärische Einwirkungen Interne Ursachen, z. B. Minderung der elektrischen bzw.

7 Kombination der Einflussfaktoren (2/2) Auswirkungen im HS-Netz anhand Nichtverfügbarkeit Höheres Anlagenalter, verminderte Instandhaltung, höhere Anlagenauslastung, Personalabbau 300 Grundvariante Kombination Nichtverfügbarkeit in min/a A B C D E F G H I J

höhere Anlagenauslastung, Personalabbau 300 Grundvariante Kombination

8 Asset-Management in Energieversorgungsnetzen Ziele des Asset-Managements Minimierung der Gesamtkosten unter Gewährleistung einer angemessenen Versorgungsqualität Optimale Strategien für Instandhaltung, Reinvestition und Entstörung Wesentliche Kostenbestandteile Kapitalkosten Instandhaltungskosten Modellierung der Kostenbestandteile Deterministische Kosten Kapital- und sonstige Fixkosten Präventive Instandhaltung Reinvestitionen Stochastische Kosten Entstörung Reparatur / Ersatz Entschädigungen / Pönalen

Kostenbestandteile Kapitalkosten Instandhaltungskosten Modellierung der Kostenbestandteile Deterministische Kosten Kapital-

9 Asset-Management Schematischer Ablauf Prognose Kenndaten Komponentenzuverlässigkeit Netz- und Komponentendaten z.b. Komponentenalter Strategien Instandhaltung Reinvestition Entstörung Zuverlässigkeitsber. Risikoanalyse Berechnung Stochastische Kosten Entstörung Reparatur / Ersatz Pönalen/ Erstattungen Deterministische Kosten Instandhaltung Reinvestition Sonstige Fixkosten Auswertung und Optimierung

Komponentenalter Strategien Instandhaltung Reinvestition Entstörung Zuverlässigkeitsber.

10 Forschungsvorhaben Modellierung der Komponenten-Zuverlässigkeit ist von zentraler Bedeutung Projektteilnehmer: 12 Netzbetreiber, 2 Dienstleistungsunternehmen und 5 Forschungseinrichtungen Erstellung einer Schadenstatistik als Grundlage für die Modellierung Bestimmung der Fehlerwahrscheinlichkeiten der Komponenten Parametrierung der Modelle Verifikation eines umfassenden, risiko-orientierten Asset- Management-Verfahrens

Erstellung einer Schadenstatistik als Grundlage für die Modellierung Bestimmung der

11 Modellierung des Fehlergeschehens Schadensstatistik als Grundlage für die Modellierung Ermittlung von zeitabhängigen und typspezifischen Zuverlässigkeitskenndaten Gewinnung fundierter Angaben über die durch Komponentenschäden verursachten Kosten Fehlerwahrscheinlichkeiten der Komponenten Einfluss von Beanspruchung, Instandhaltung und Reinvestition Abhängigkeit von Typ und Alter Parametrierung der Modelle Auswerte- und Bewertungsverfahren Eingangsgrößen für die Berechnung der Versorgungszuverlässigkeit Berechnung der Kosten für Komponentenschäden einschließlich eventueller Folgekosten und deren statistischer Streuungen Risikoanalyse zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit in festen Betrachtungszeiträumen Trends beim technischen Asset Management in Verteilungsnetzen

Parametrierung der Modelle Auswerte- und Bewertungsverfahren Eingangsgrößen für die Berechnung der Versorgungszuverlässigkeit Berechnung der Kosten für Komponentenschäden einschließlich

12 Zwischenstand der Auswertung Schadensursache Anlass der Schadensmeldung MS-Schaltanlagen - Trennschalter (insg. 110) Anlass der Schadensmeldung Betrieb - Schalthandlung Diagnose Inspektion Revision Zufällige Feststellung Fehler bei Betrieb Minderung der elektr. Eigenschaften Minderung der mech. Eigenschaften Anzahl der Ereignisse Kabelanlagen - Kabel (insg. 313) Anlass der Schadensmeldung Betrieb - Elektrischer Fehler Diagnose Mitteilung durch Dritte Fertigungs- und Werkstofffehler Fremde Einwirkungen Minderung der elektr. Eigenschaften Unbekannt Überbeanspruchung - elektrisch Anzahl der Ereignisse

Eigenschaften Minderung der mech. Eigenschaften 2 4 104 0 20 40 60 80 100 120 Anzahl der Ereignisse Kabelanlagen - Kabel (insg.

13 Zwischenstand der Auswertung Schäden mit Störungen (1/2) Durch welche Maßnahme hätten die Schäden festgestellt werden können, bevor sie zu einer Störung geführt haben? MS-Schaltanlagen (insg. 182) Diagnose Inspektion Keine Revision Anzahl der Ereignisse Netzstationen (insg. 276) Diagnose Inspektion Keine Revision Anzahl der Ereignisse

182) Diagnose Inspektion Keine Revision 32 39 55 56 0 10 20 30 40 50 60 Anzahl der Ereignisse

14 Zwischenstand der Auswertung Schäden mit Störungen (2/2) Durch welche Maßnahme hätten die Schäden festgestellt werden können, bevor sie zu einer Störung geführt haben? Kabelanlagen (insg. 530) Diagnose Inspektion Keine Anzahl der Ereignisse Freileitungen (insg. 198) Diagnose Inspektion Keine Revision Anzahl der Ereignisse

530) Diagnose Inspektion Keine 15 212 303 0 50 100 150 200 250 300 350 Anzahl der Ereignisse

15 Zwischenstand der Auswertung Altersabhängige Schadensrate 0.3 Transformator HS/MS (insg. 223) MS-Schaltanlagen - Leistungsschalter (insg. 200) /a 1/a 0.2 h h S = S h S h S = a 55 Alter a 55 Alter

223) MS-Schaltanlagen - Leistungsschalter (insg. 200) 0.05 1/a 1/a 0.

16 Zwischenstand der Auswertung Maßnahmenkosten, sortiert Ortsnetztransformatoren (insg. 116) Maßnahmenkosten K = Anzahl der Ereignisse

116) Maßnahmenkosten 8000 6000 4000 2000 K =

17 Zwischenstand der Auswertung Maßnahmenkosten, relative Häufigkeit und relative Summenhäufigkeit 1 Ortsnetztransformatoren (insg. 116) 0.8 p Maßnahmenkosten

1 Ortsnetztransformatoren (insg. 116) 0.8 p 0.6 0.

18 Zwischenstand der Auswertung Maßnahmenkosten, relative Häufigkeit und relative Summenhäufigkeit 1 Kabelanlagen - Muffen (insg. 250) p Maßnahmenkosten

Kabelanlagen - Muffen (insg. 250) 0.8 0.6 p 0.4 0.

19 Zwischenstand der Auswertung Folgekosten, relative Häufigkeit und relative Summenhäufigkeit 1 Netzstationen (insg. 63) 0.8 p Folgekosten

20 Zusammenfassung und Ausblick Minimierung der Kosten einzig beeinflussbare Größe Erwartungshaltung der Politik: keine Reduktion der Zuverlässigkeit Großer Einfluss der Betriebsmittelbewirtschaftung auf Kosten und Versorgungszuverlässigkeit Fehlerwahrscheinlichkeit der Komponenten Unzureichende Datenbasis in Verteilnetzen Bisher unzureichende Modellierungsmöglichkeiten Breit angelegtes Forschungsvorhaben Bestimmung der Komponenten-Fehlerwahrscheinlichkeit Parametrierung der Modelle Ableitung der Kostenmodelle aus der Schadensstatistik Integration der neuen Erkenntnisse in den Ablauf des Asset- Managements

Datenbasis in Verteilnetzen Bisher unzureichende Modellierungsmöglichkeiten Breit angelegtes Forschungsvorhaben Bestimmung der

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