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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
16 Zwischenstand der Auswertung Maßnahmenkosten, sortiert Ortsnetztransformatoren (insg. 116) Maßnahmenkosten K = Anzahl der Ereignisse
17 Zwischenstand der Auswertung Maßnahmenkosten, relative Häufigkeit und relative Summenhäufigkeit 1 Ortsnetztransformatoren (insg. 116) 0.8 p Maßnahmenkosten
18 Zwischenstand der Auswertung Maßnahmenkosten, relative Häufigkeit und relative Summenhäufigkeit 1 Kabelanlagen - Muffen (insg. 250) p Maßnahmenkosten
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
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