Bewertung und Planung von Stromnetzen

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1 Bewertung und Planung von Stromnetzen Wissenschaftsdialog 2014 Bonn Mike Dokter, TU Dortmund, Fachgebiet Ver- und Entsorgungssysteme Jakob Kopec, TU Dortmund, Fachgebiet Raumbezogene Informationsverarbeitung und Modellbildung

2 Konsortium Amprion GmbH Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Jochen Meyering Technische Universität Dortmund Informatik, LS für Algorithm Engineering Prof. Dr. P. Mutzel, Dr. C. Gutwenger Informatik, LS für Graphische Systeme Prof. Dr. H. Müller, Dr. F. Weichert Mathematik, LS für Diskrete Optimierung Prof. Dr. C. Buchheim Raumplanung, FG Ver- und Entsorgungssysteme Prof. Dr.-Ing. H.-P. Tietz, Dipl.-Ing. Mike Dokter Raumplanung, FG Raumbezogene Informationsverarbeitung und Modellbildung Prof. Dr. N. X. Thinh, M.Sc. Jakob Kopec Spiekermann & Wegener, Stadt- und Regionalforschung Dipl.-Ing. Björn Schwarze Quelle: Gina Sanders Fotolia.de 2

3 Motivation und Zielsetzung des Projektes Softwaresystem zur Identifikation von optimalen Trassenverläufen Objektive multikriterielle Ermittlung und Bewertung von Trassenverläufen Beachtung topologischer, raumplanerischer, technischer, wirtschaftlicher, ökologischer und sozioökonomischer Anforderungen Bundesweite Übertragbarkeit möglich Nutzen aus planerischer Perspektive Unterstützung von Planungsprozessen Darstellung von Trassenalternativen hinsichtlich veränderter Rahmenbedingungen ( Bürgerdialoge ) Partizipation durch Web-Gis-Anwendungen Quelle: VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V./Übertragungsnetzbetreiber 3

4 Prozesspipeline Erfassen relevanter Kriterien Überführen der Kriterien in eine Bewertungsfunktion Modellierung der Geodaten Multikriterielle Optimierung Trassenbewertung und Alternativenvergleich Visualisierung 4

5 Grundmodell der Bewertung Umwelt Vorhaben Wirkfaktor A Wirkfaktor B Wirkfaktor C Quelle: in Anlehnung an Bechmann 1995 und laufendes BMWi-Forschungsprojekt Stromnetzplanung Sachmodell - Erfassungskriterien Bewertung und Transformation Wertesystem Geltende Gesetze und Normen Gesetzliche bzw. politische Ziele Fachliche Konventionen und Standards Wissenschaftliche Erkenntnisse Modellierung der Geodaten 5

6 Kriterienbaum 6

7 Kriterienbaum 7

8 Geodaten Anforderungen Flächendeckend verfügbar Aktuell und aktualisierbar Gemeinsames Bezugssystem: DHDN3 Datenverarbeitung Post-GIS Serverlösung SQL-Abfrage und -Zugriff auf parametrisierbare Datenbank Abstandfunktion als Raster- Output EU National Länder Regionen Kommunen Landesumweltämter Regionalverbände Denkmalschutzbehörden EEA NATURA 2000 (FFH + VSG) BKG Basis-DLM, DGM10 BFN NSG, LSG, NLP, NP, RAMSAR, SPA, UZVR, IBA, Biosphärenreservate, Biotopverbund, Landschaftsbewertung BGR BÜK200, BÜK1000 Biotopkataster Regionalpläne UNESCO Welterbestätten 8

9 Operationalisierung und Bewerten der Kriterien Probleme der Bewertung: Fehlen von Umweltstandards Allgemeine und abstrakte Rechtsgrundlagen (z.b. unbestimmte Rechtsbegriffe) Bewertung im Einzelfall nicht möglich Ermessens- oder Interpretationsspielräume auszufüllen und abstrakte Lösungen finden Beispiel Wohnen im Innenbereich : Überspannungsverbot von Gebäude oder Gebäudeteilen [ ], die zum dauerhaften Aufenthalt von Menschen bestimmt sind. ( 4 Abs BImSchV) Einhaltung der Grenzwerte des Anhang 1a der 26. BImSchV (elktr. Feldstärke 5 kv/m; magn. Flussdichte 100 µt). ( 4 Abs BImSchV) 9

10 Modellierung der Widerstands- und Bündelungsfunktionen Beispiel Abstand zu Wohngebäuden im Innenbereich Abstandsintervall [m] Grundfläche Raumwiderstand tabu 0-40 tabu hoch Raumwiderstand tabu hoch mittel Grundfläche gering gering sehr gering > 400 kein kein Abstandsintervall [m] Datengrundlage: Basis-DLM, Webatlas des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie 10

11 Modellierung der Widerstands- und Bündelungsfunktionen Beispiel Abstand zu Wohngebäuden im Innenbereich Abstandsintervall [m] Raumwiderstand Grundfläche tabu 0-40 tabu hoch gering sehr gering > 400 kein Hausumring Raumwiderstand tabu hoch gering sehr gering Abstandsintervall [m] Datengrundlage: Basis-DLM, Webatlas des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie 11

12 Modellierung der Widerstands- und Bündelungsfunktionen Beispiel Abstand zu Windenergieanlagen tabu Rotordurchmesser * 1x Raumwiderstand tabu > 1x bis < 3x mittel 3x kein Raumwiderstand hoch mittel *RD = 95m gering kein Rotordurchmesser Datengrundlage: Basis-DLM, Webatlas des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie 12

13 Modellierung der Widerstands- und Bündelungsfunktionen Beispiel Abstand zu Windenergieanlagen Rotordurchmesser * 1x Raumwiderstand tabu > 1x bis < 3x mittel 3x kein *RD = 95m Hausumring Raumwiderstand tabu mittel Datengrundlage: Basis-DLM, Webatlas des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie 13

14 Multikriterielle Modellierung Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets Wehrendorf Urberach 14

15 Multikriterielle Modellierung Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets 15

16 Multikriterielle Modellierung Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets Modellierung räumlich relevanter Kriterien 16

17 Multikriterielle Modellierung Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets Modellierung räumlich relevanter Kriterien Zerlegung des Raumes durch Konstruktion eines Rastergraphen 1 17

18 Multikriterielle Modellierung Raumplanerische Bewertung eines Teilgebiets Modellierung räumlich relevanter Kriterien Zerlegung des Raumes durch Konstruktion eines Rastergraphen Gewichtung der Kante des Rastergraphen als Grundlage der multikriteriellen Optimierung 18

19 Ermittlung von Kantengewichten Bewertung jeder Kante des Rastergraphen durch räumliches Verschneiden mit Raumwiderständen Hausumring Raumwiderstand tabu hoch gering sehr gering 19

20 Ermittlung von Kantengewichten Bewertung jeder Kante des Rastergraphen durch räumliches Verschneiden mit Raumwiderständen

21 Ermittlung von Kantengewichten Bewertung jeder Kante des Rastergraphen durch räumliches Verschneiden mit Raumwiderständen Summenbildung der Querungslängen je Raumwiderstand und Kriterium entlang der Kante Raumwiderstand Kantenlänge

22 Multikriterielle Optimierung - Beispiele Testgebiet: Distanz zwischen Punkten: 6000m Betrachtete Kriterien: Querung von Landschaftsschutzgebieten Querung von Vogelschutzgebieten Entfernung zu Wohnnutzungen Bündelung mit linearer Infrastruktur Gesamtlänge (Umwegfaktor 1,4) 22

23 Multikriterielle Optimierung - Beispiele Insgesamt pareto-optimale Lösungen / Trassenvarianten mögliche min. Querung Bedingung: max. erlaubte Querung Variante 0 n = Wohnen 183 m 489 m LSG 885 m VSG 1893 m 23

24 Multikriterielle Optimierung - Beispiele Bezüglich der Entfernung zu Wohnnutzungen insgesamt 190 Lösungen mit einer minimalen Querung von 183m Unter den 190 Lösungen ist die kürzeste Alternative 7473m lang Variante Wohnen n = 190 Wohnen 183 m 183 m LSG 310m 885 m VSG 270m 1893 m 24

25 Multikriterielle Optimierung - Beispiele Unter den 190 Lösungen beträgt die kürzeste Querung von LSG 310m Variante Wohnen n = 190 Wohnen 183 m 183 m LSG 310m 885 m VSG 270m 1893 m 25

26 Multikriterielle Optimierung - Beispiele Unter den 190 Lösungen beträgt die kürzeste Querung von LSG 310m Unter den 190 Lösungen beträgt die kürzeste Querung von VSG 270m Variante Wohnen n = 190 Wohnen 183 m 183 m LSG 310m 885 m VSG 270m 1893 m 26

27 Multikriterielle Optimierung - Beispiele Bezüglich der Querung von LSG insgesamt 207 Lösungen mit einer minimalen Querung von 0m Unter den 207 Lösungen ist die kürzeste Alternative 7778m lang Variante LSG n = 207 Wohnen 293 m 489 m LSG VSG 589 m 1893 m 27

28 Multikriterielle Optimierung - Beispiele Bezüglich der Querung von VSG insgesamt 17 Lösungen mit einer minimalen Querung von 0m Unter den 17 Lösungen ist die kürzeste Alternative 8073m lang Variante VSG n = 17 Wohnen 242 m 489 m LSG 757 m 885 m VSG 28

29 Fazit, Herausforderungen und Ausblick Fazit Die perfekte Trasse gibt es nicht! Herausforderungen Sind alle Kriterien abbildbar/operationalisierbar? Objektive Bewertung möglich? Methoden zur Reduktion und Bewertung der Alternativen Räumliche Aggregation von Kriterien Trassenalternativen nicht auf Knopfdruck Ausblick Softwaretool kann Planungsprozesse unterstützen Trassenverläufe anhand veränderter Eingangsparameter Bereitstellung eines interaktiven Anwendungs- und Visualisierungstools Quelle: Gina Sanders Fotolia.de 29