Kostenreduktion im Energieverteilnetz:

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1 All rights reserved Dipl.-Ing. Volker Koch Kostenreduktion im Energieverteilnetz: Optimierung der Instandhaltung und Erneuerung von Kabelnetzen

2 Inhalt 1 NEPLAN : Software & Support, Systemstudien, Consulting 2 2 Instandhaltung von Mittelspannungskabelnetzen 3 Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung 4 Ergebnisse eines Pilotprojektes: städtisches Verteilungsnetz 5 Zusammenfassung und Fazit

3 Elektrische Systemberatung Wir entwickeln* und vertreiben NEPLAN, ein führendes Berechnungssystem für Strom-, Gas-, Wasser- und Fernwärmenetze mit über 500 verkauften Lizenzen. Wir sind ferner ein weltweit operierendes Expertenteam der ABB Energietechnik von derzeit 13 Netzplanungs-Ingenieuren mit Referenzen aus über 800 Systemstudien für elektrische Netze für Gas-, Wasser- und Fernwärmenetze Unser Ziel ist es, die Versorgungsnetze unserer Kunden so zu planen, dass sie wirtschaftlicher und zuverlässiger zu betreiben und instand zu halten sind. * Mit unserem Partner BCP Busarello - Cott & Partner, Erlenbach (CH)

4 Unser Beratungsprogramm V E R S O R G U N G S E T Z B E T R E I B E R NEPLAN Software & Support NEPLAN Systemstudien NEPLAN Consulting Maßgeschneiderte Software & Dienstleistungen mit System!

5 NEPLAN Software & Support NEPLAN Leistungsmerkmale (Auszug): Interaktive Grafik für die Eingabe von Betriebsmittel-, Topologie- und geografischen Daten Schnittstellen zu Datenbanken und geografischen Informationssystemen Lastfluss-, Kurzschluss-, Schutz- und Zuverlässigkeitsberechnung für Stromnetze Zeitsimulation für Wasser-Rohrnetze, Längsschnitte, Höheninterpolation, Längenberechnung, Feuerlöschplan Gemeinsame Berechnung von Hoch-, Mittel- und Niederdruckzonen sowie kompressibler und nichtkompressibler Gase für Gas-Rohrnetze Berechnung der Wärmeverteilung für Fernwärme- Rohrnetze NEPLAN Das Planungs- & Informationssystem für Elektroenergiesysteme, Gas-, Wasser- und Fernwärmenetze!

6 NEPLAN Systemstudien Analyse, Planung & Optimierung von elektrischen Übertragungs-, Verteilungs- und Industrienetzen Zuverlässigkeitsanalysen, Re-Investitionsplanung & Risikomanagement Netzanbindung von dezentralen Erzeugungsanlagen, wie z.b. Windkraftanlagen, bis hin zu Windparks Analyse, Planung & Optimierung von Rohrnetzen Instandhaltungsstrategieplanung Kommerzielle Abwicklung auf Basis von Festpreisangeboten NEPLAN Systemstudien für die technische & wirtschaftliche Systemoptimierung - von der Detailplanung bis hin zur Grundsatzplanung!

7 NEPLAN Consulting NEPLAN Software-Lieferungen & -Wartung Netzberechnungen, -analysen, -optimierung Beratung & Know-How-Transfer (z.b. Zuverlässigkeitsanalysen, Risikomanagement, Re- Investitionsplanungen, ) NEPLAN Training NEPLAN Convert: Schnittstellenanpassungen & Integration Kommerzielle Abwicklung auf Basis von Festpreisangeboten oder Rahmenvereinbarungen Muster Rahmenvereinbarung NEPLAN-Consulting NEPLAN Consulting Partnerschaft mit maximiertem Nutzen!

8 Kooperationsmodelle Nutzenpotenzial NEPLAN Systemstudien NEPLAN Consulting NEPLAN Software & Support Kooperationsintensität

9 Ihre Nutzen Gesamtkosteneinsparung durch technische und wirtschaftliche Systemoptimierung Einsparung von Investitionskosten durch optimierte und bedarfsgerechte Netzkonzepte, die eine angemessene Versorgungszuverlässigkeit sicher stellen Einsparung von Betriebskosten durch einfache Betriebsführungskonzepte und Verlustminimierung Einsparung von Instandhaltungskosten durch zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung

10 Instandhaltung von Mittelspannungskabelnetzen - Aktuelle Situation Kabel stellen typischerweise 60% - 80% des Tagesneuwertes eines MS/NS-Verteilungsnetzes dar. Instandhaltung im eigentlichen Sinne findet nur in Mittelspannungskabelnetzen statt. Ein großer Teil der Investitionen in den Verteilungsnetzen entfällt daher auf die Erneuerung von Mittelspannungskabelnetzen. Beispiel: Bei einer Netzlänge von km und einer Nutzungsdauer der Kabel von 50 Jahren, sind jährlich im Mittel 20 km Kabel altersbedingt zu ersetzten. Dies bedeutet bei angenommenen Verlegungskosten von 150 /m (Tiefbau und Kabel) einen jährlichen Re-Investitionsbedarf von 3 M. Herausforderung für das Asset-Management: Wirtschaftliche Optimierung der Re-Investitionen unter größtmöglicher Ausnutzung der Kabellebensdauer und Minimierung des Risikos von Versorgungsunterbrechungen durch Kabelfehler.

11 Instandhaltung von Mittelspannungskabelnetzen - Herausforderungen Oft sind bis zu 50% und mehr des Kabelbestandes älter als 50 Jahre. Es existiert kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen Alter, Zustand und somit der Ausfallrate der Mittelspannungskabel. Der tatsächliche Zustand der Kabel ist meist unbekannt. Eine flächendeckende Zustandserfassung (Diagnose) ist nicht vertretbar. Die Versorgungszuverlässigkeit beim Kunden wir durch Ausfälle von Mittelspannungskabeln bestimmt. Die Auswirkungen von Kabelausfällen auf die Versorgung sind sehr unterschiedlich (Anzahl und Art betroffener Kunden, unterbrochene Leistung, Dauer bis zur Wiederversorgung). Die unternehmensbezogenen Zuverlässigkeitskenngrößen werden von wenigen Ereignissen pro Jahr bestimmt. Beispiel: Bei einem Verhältnis Masse/VPE-Kabel von 60/40 kommt es statistisch zu einem Ausfall pro 100 km Mittelspannungskabelnetz und Jahr. Um Kostensenkungspotenziale erschließen zu können, müssen die Risiken von Kabelausfällen bekannt sein. Ansonsten besteht die Gefahr eines massiven Qualitätsverlustes.

12 Instandhaltung von Mittelspannungskabelnetzen - Risikoorientierte Strategie Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung (RCM) Zustand Ranking RCM Wichtigkeit Instandhaltungsstrategie, bei der Zustand und Wichtigkeit eines Betriebsmittels dessen Instandhaltungspriorität und -maßnahmen bestimmt Abkehr von einheitlichen (strikten) Grenzwerten für den zulässigen Abnutzungsgrad von Betriebsmitteln sondern Zulässiger Abnutzungsgrad abhängig vom Risiko des Betriebsmittelausfalls

13 Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung Ansatz zur Quantifizierung des Kabelzustands Der Zustand eines Kabels ist definiert durch qualitative und quantitative Kriterien. Qualitative Kriterien sind beispielsweise Alter Typ / Bauart Anzahl Kabelfehler in den letzten 5 Jahren (längenbezogen) Anzahl der Abschnitte / Muffen (längenbezogen) Auslastung und Belastungsgrad im Normalbetrieb Quantitative Kriterien sind TE-Einsetz- und -Aussetzspannung, -Häufigkeit, -Pegel Verlustfaktor tan δ Wiederkehrspannung / Relaxationsstrom Erstellen eines Bewertungsbogens und Ermittlung einer Bewertungsziffer für jede Kabelstrecke

14 Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung Ansatz zur Quantifizierung der Kabelwichtigkeit Die Wichtigkeit eines Kabels ist definiert durch den Anteil des Kabels an den durch das Kabelnetz insgesamt verursachten Versorgungsunterbrechungen. Die nicht zeitgerecht gelieferte Energie gilt als Maßstab für die verursachten Versorgungsunterbrechungen. Faktoren, die die Wichtigkeit bestimmen sind die Ausfallhäufigkeit des Betriebsmittels die Dauer bis zur Wiederversorgung die nach einem Ausfall des Betriebsmittels unterbrochene Leistung die Art der unterbrochenen Leistung (Industrie, Gewerbe, Handel, Haushalt, etc.) die strukturelle Funktion des Kabels (Verteilkabel, Speise- / Reservekabel, Stichkabel) Die Wichtigkeit der Kabel kann mit dem Netzberechnungsprogramm NEPLAN von ABB ermittelt werden.

15 Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung Strategie zur Instandhaltung von Kabelnetzen Zustand C 100 schlecht ereignisorientierter Ersatz präventiver Ersatz < 3 Jahre präventiver Ersatz < 1 Jahr 66 mittel keine Maßnahme Diagnose durchf. bzw. zyklisch (5J) wiederholen Diagnose durchf. bzw. zyklisch (2J) wiederholen 33 gut keine Maßnahme 33 niedrig mittel hoch Wichtigkeit I

16 Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung Ablauf zur Instandhaltung von Kabelnetzen Quantifizierung des Kabelzustands C auf der Basis qualitativer und (soweit vorhandener) quantitativer Kriterien Quantifizierung der Kabelwichtigkeit I auf Basis deterministischer und probabilistischen Kriterien Eintragung der C- und I-Werte in das Zustands- /Wichtigkeitsdiagramm Festlegung des Diagnoseprogramms Ergänzung des Kabelzustands C bei diagnostizierten Kabeln Anpassung der C-Werte im Zustands-/Wichtigkeitsdiagramm Festlegung der Instandhaltungsmaßnahmen (keine Maßnahme, Diagnose, ereignisorientierter oder präventiver Ersatz). Beobachtung des Störungsgeschehens

17 Ergebnisse eines Pilotprojektes: städtisches Verteilungsnetz Ausgangssituation Stadtnetz mit 20-kV-Stromkreislänge von 415 km, davon ca. 44% älter als 40 Jahre 40% Altersstruktur des städtischen Verteilungsnetzes Wiederbeschaffungswert* des 20-kV-Kabelnetzes ca. 62 Mio. 30% Etwa 750 Einzelstrecken Erheblicher Erneuerungsbedarf Anteil [%] 20% Nicht jede Kabelstrecke kann auf ihren Zustand hin untersucht werden * Wiederbeschaffungswert: 150 /m incl. Tiefbau 10% 0% 0-10 Jahre Jahre Jahre Alter Jahre Jahre > 50 Jahre

18 Ergebnisse eines Pilotprojektes: städtisches Verteilungsnetz 100,00% 90,00% 80,00% ereignis-orientierter Ersatz präventiver Ersatz < 3 Jahre qualitativ quantitativ Präventiver Ersatz < 1 Jahr 70,00% 43,1 km / 12,5 % 4,6 km / 1,3 % 0 km / 0 % OH14-UW2 Zustand [%] 60,00% 50,00% 40,00% keine Maßnahme 229,8 km / 66,4 % Diagnose durchf. bzw. zyklisch (5J) wiederholen 32,9 km / 9,5 % Diagnose durchf. bzw. zyklisch (2J) wiederholen 19,9 km / 5,8 % METRO-RU13 B OH63-OH43 30,00% 20,00% keine Maßnahme 10,00% 15,3 km / 4,4 % 0,00% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% 90,00% 100,00% Wichtigkeit [%] erfasste Kabellänge: 346 km

19 Zusammenfassung und Fazit ABB bietet maßgeschneiderte Lösungen auf dem Gebiet der Netzplanung und berechnung. Der vorgestellte Ansatz leitet Instandhaltungsmaßnahmen in Mittelspannungskabelnetzen aus dem Zustand der Kabel und dem Risiko der Kabelausfälle ab. Auch bei reduziertem Mitteleinsatz besteht die Gefahr eines Qualitätsverlustes nicht. Der Aufwand zur Erstellung eines ersten Zustands- / Wichtigkeitsdiagramms auf Basis qualitativer Zustandskriterien ist gering. Auf dieser Basis können die Instandhaltungsmaßnahmen klar und nachvollziehbar priorisiert werden (keine Maßnahme, Diagnose, ereignisorientierter oder präventiver Ersatz). Die Kabellebensdauer wird größtmöglich ausgenutzt. Das Risiko eines Qualitätsverlustes wird minimiert.

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