Schriftenreihe Energie- und Rohstoffwirtschaft Technische Universitat Berlin. Herausgeber: Prof. Dr. Dietmar Winje. Band 1

Transkript

1 Schriftenreihe Energie- und Rohstoffwirtschaft Technische Universitat Berlin Herausgeber: Prof. Dr. Dietmar Winje Band 1

2 U. Lorenz Elektrizitatsversorgungsplanu ng for landliche Gebiete in Entwicklungslandern Ein Optimierungsmodell Mit 55 Abbildungen und 28 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo 1988

3 Dipl.-Ing. Ulrich Lorenz Fachgebiet Energie- und Rohstoffwirtschaft Technische Universitat Berlin Prof. Dr. Dietmar Winje Fachgebiet Energie- und Rohstoffwirtschaft Technische Universitat Berlin 083 (Diss. TU Berlin) Entwicklung eines Optimierungsmodells zur Elektrizitatsversorgungsplanung for landliche Gebiete in Entwicklungslandern ISBN-13: e-isbn-13: : / Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiitzt.die dadurch begriindeten Rechte,insbesondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfiiltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten.eine Vervielfiiltiung dieses Werkes odervon Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der Fassung vom 24.Juni 1985 zuliissig. Sie ist grundsiitzlich vergiitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1988 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1988 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zur Annahme, dab solche Namen im Sinne derwarenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wiiren und daher von jedermann benutzt werden diirften. So lite in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VOl, VDE) Bezug genommen oderaus ihnen zitiert worden sein,so kann derverlag keine Gewiihr fiirrichtigkeit, Vollstiindigkeit oder Aktualitiit iibernehmen.esempfiehlt sich,gegebenenfallsfiir die eigenen Arbeiten die vollstiindigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils giiltigen Fassung hinzuzuziehen. Gesamtherstellung: Color-Druck, G. Baucke, Berlin 2068/

4 Vorwort des Herausgebers Die Versorgung mit Energietr~gern und Rohstoffen sowie deren effiziente Nutzung unter BerUcksichtigung der Umweltbelastung hat fur alle Volkswirtschaften herausragende Bedeutung. Die ausreichende Bereitstellung von Energietr~gern und Rohstoffen ist wesentliche Voraussetzung fur den wirtschaftlichen Fortschritt sowie fur die soziale Entwicklung der Bev51kerung. Insbesondere die BerUcksichtigung des Aspektes der Endlichkeit der Ressourcen, der Abh~ngigkeit vieler Volkswirtschaften von diesen sowie der zunehmend erkannten Umweltwirkungen bei der Verwendung haben dazu gefuhrt, dab Probleme der Nutzung der naturlichen Ressourcen in der Bevolkerung einen hohen Stellenwert gewonnen haben. An der Technischen Universit~t Berlin werden Forschungsvorhaben zur L5sung von Problemen im Bereich der Energie- und Rohstoffwirtschaft durchgefuhrt. Die Vorhaben gehen davon aus, dab Energie- und Rohstoffsysteme offene Systeme darstellen, die eine Vielzahl von interdependenten Beziehungen zu ihrer Umwelt aufweisen. Entsprechend sind auch die Untersuchungsmethoden zu gestalten. Das Ziel der vorliegenden Schriftenreihe besteht darin, Uber aktuelle Forschungsergebnisse und L5sungsbeitr~ge des Bereiches Energie- und Rohstoffwirtschaft zu berichten. Der vorliegende Band der Schriftenreihe behandelt die Entwicklung und Anwendung eines Optimierungsmodells zur Elektrizi t~tsversorgungsplanung fur l~ndliche Gebiete in Entwicklungsl~ndern. Mit Hilfe eines auf einem Mikrocomputer implementierten Algorithmus wird der kostenminimale Ausbau von Stromerzeugungsanlagen fur langfristige Planungszeitr~ume errechnet. Die Anwendung des Modells auf Regionen in verschiedenen Entwicklungsl~ndern zeigt, dab neben der

5 VI standortspezifischen Ausbaureihenfolge eine Ubergeordnete wirtschaftliche Rangfolge im Ausbau der Kraftwerke existiert. Insbesondere durch die vergleichende Betrachtung dezentraler Anlagen mit einer zentralen Netzstromversorgung versucht die vorliegende Arbeit, eine vorhandene LUcke bei den Optimierungsmodellen zur Stromversorgung fur Entwicklungslander zu schlieben. Mai 1988 Dietmar Winje

6 Inhaltsubersicht 1 Prob1emstellung, Zie1formulierung Seite Bisherige Arbeiten auf dem Gebiet der Planung von Elektrizitatsversorgungssystemen Struktur und Ablauf von existierenden Modellen zur Elektrizitatsversorgungsplanung Darstellung der Rechenverfahren, die in den existierenden Modellen verwandt wurden Entwicklung eines Modells zur regionalen Elektrizitatsversorgungsplanung in EntwicklungslMndern Obergeordnete Modellstruktur Allgemeine Bestimmungsgleichungen des Modells Regionaler Bedarf elektrischer Energie Vorgehensweise zur Ermittlung der Verbrauchsdaten vor Ort Ermitt1ung von Richtwerten for den Bedarf elektrischer Energie ZukOnftige Entwicklung des Stromverbrauchs Auswahl der dezentralen Stromerzeugungsanlagen BetriebskenngrtiBen von Photovoltaik-Anlagen Meteorologische Einf1uBgrtiBen Anlagenkonzeption Kostenfunktion photovoltaischer Anlagen BetriebskenngrtiBen solarthermischer Anlagen Anlagenkonzeption Leistungskennzahlen von Turmkonzepten Systemkomponenten von Turmkonzepten Leistungskennzah1en von Farmkonzepten Systemkomponenten von Farmkonzepten Kostenfunktion solarthermischer Anlagen BetriebskenngrtiBen von Windenergieanlagen Regionales Windenergiepotential Anlagenkonzeption Leistungskennzahlen von Windenergieanlagen Kostenfunktion von Windenergieanlagen BetriebskenngrtiBen von Dieselgeneratoranlagen Leistungskennzahlen von Dieselgeneratoranlagen Kostenfunktion von Dieselgeneratoranlagen

7 VIII Betriebskenngr5Ben von Wasserkraftan1agen Regionales Wasserkraftpotential Leistungskennzahlen von Wasserkraftanlagen Kostenfunktion von Wasserkraftanlagen Seite Bestimmungsgleichungen des verwendeten LP-Ansatzes Zeitliche Unterteilung der Planungsperiode Zugrundegelegtes Investitionsrechenverfahren Zielfunktion Restriktionen der Kraftwerkskapazit~t Restriktionen der generierten Leistung Restriktionen bei Energiespeicherung Annahmen uber die Kosten der elektrischen Energie Kosten der Erzeugung elektrischer Energie Kosten photovoltaischer Anlagen Kosten solarthermischer Turmkonzepte Kosten solarthermischer Farmkonzepte Kosten von Windenergieanlagen Kosten von Dieselgeneratoranlagen Kosten von Wasserkraftanlagen Kosten der Obertragung und Verteilung elektrischer Energie Kosten der Netzbetriebsfuhrung Entwicklung eines Rechnerprogramms zur Minimierung der Gesamtkosten der Elektrizit~tsversorgung Dateneingabe und Bedienerfuhrung Struktur und Funktion des Matrixgenerators Ablauf des LP-Algorithmus Ausgabe der Ergebnisse Anwendung des Modells zur regionalen Elektrizit~tsversorgung Fallbeispiel 1: Das Altiplano-Gebiet in Peru Objektbeschreibung Eingangsdaten der Berechnungen Ergebnisse der Berechnungen Basis1auf Simulationsrechnungen SchluBfolgerungen aus den Ergebnissen des Fallbeispiels 1 Fallbeispiel 2: Die Region Terengganu in Malaysia Objektbeschreibung Eingangsdaten der Berechnungen Ergebnisse der Berechnungen Basislauf Simulationsrechnungen SchluBfolgerungen aus den Ergebnissen des Fallbeispiels

8 IX Fa11beispie1 3: Die Ortschaft Mang1ara1to in Ecuador Objektbeschreibung Eingangsdaten der Berechnungen Ergebnisse der Berechnungen Basis1auf Simu1ationsrechnungen Sch1uBfo1gerungen aus den Ergebnissen des Fa11beispie1s 3 Seite Sch1uBfo1gerungen aus der Mode11anwendung Zusammenfassung Verzeichnis der verwendeten Forme1zeichen und Abkurzungen Abbi1dungsverzeichnis Tabe11enverzeichnis Literaturverzeichnis Anhang Sachwortverzeichnis