IER. Systemtechnische Planungsmethoden in Wirtschaft und Technik. Vorlesungsskript. Prof. Dr.-Ing. A. Voß. Sommersemester Universität Stuttgart

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1 Universität Stuttgart IER Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Vorlesungsskript Systemtechnische Planungsmethoden in Wirtschaft und Technik Prof. Dr.-Ing. A. Voß. Sommersemester 2010

2 Überarbeitet unter Mitarbeit von: P. Neuser (Kap. 3.5) U. Remme (Kap. 4.2) M. Zürn (Kap , 4.3)

3 Inhaltsverzeichnis I Inhaltsverzeichnis 1 INHALTE UND ZIELE DER VORLESUNG 2 EINFÜHRUNG 2.1 ENERGIEWIRTSCHAFT Eigenschaften von Problemstellungen in der Energiewirtschaft Entscheidungsfindung in der Energiewirtschaft Begriffsbestimmungen 2.2 EINFÜHRUNG IN DIE SYSTEMTECHNIK Ausgewählte Definitionen Zur Geschichte der Systemwissenschaft Der Systemansatz Systeme: Begriffe und Eigenschaften Literatur 2.3 ZIELE, MÖGLICHKEITEN UND GRENZEN DER ENERGIEPLANUNG Energieplanung Planungsprozeß Phasen einer systemtechnischen Energieplanung Planungsaufgaben in Energiewirtschaft und Energiepolitik Literatur 2.4 MODELLE Definition, Zweck und Anforderungen Modellbildung durch Abstraktion Der Referenzenergiesystemansatz Mathematische Modellbeschreibung Klassifizierungskriterien für mathematische Modellbeschreibungen Modellvalidierung und Modellverifizierung Bestandteile von Energiemodellen Historie der Energiemodellentwicklung Klassifizierungskriterien für Energiemodelle Literatur 3 SYSTEMTECHNISCHE METHODEN DER ENERGIEPLANUNG 3.1 DEFINITION UND ÜBERBLICK 3.2 STATISTISCHE VERFAHREN ZUR DATENANALYSE Problemstellung Korrelationsanalyse Grundgedanke Das Korrelationsmodell Korrelationskoeffizient nach Bravais-Pearson

4 II Inhaltsverzeichnis Regressionsanalyse Einfachregression Aufspaltung der Streuung in erklärten und nicht erklärten Teil Bestimmtheitsmaß Multiple Regression Statistische Tests der Störgrößen Regressionsanalyse mit Neuronalen Netzen Regressionsanalyse mit Genetischen Algorithmen Zeitreihenanalyse Literatur 3.3 LINEARE PROGRAMMIERUNG Mathematisches Modell Graphisches Verfahren für zwei Variablen Simplex-Algorithmus Eckensuchverfahren Umformung in Gleichheitsrestriktionen Kanonische Form der linearen Optimierung Kanonische Form und Eckpunkte Simplextafel Algorithmus Bemerkungen zum Simplex-Algorithmus Vorteile und Nachteile der linearen Programmierung Lineare Programmierung in der Energiewirtschaft Andere Klassen von Optimierungsaufgaben Literatur 3.4 DYNAMISCHE PROGRAMMIERUNG Vorbemerkungen Einführendes Beispiel: Das Postkutschen-Problem Allgemeine Eigenschaften der Dynamischen Programmierung Abschließende Bemerkungen Anwendung der dynamischen Programmierung in der Energiewirtschaft Literatur 3.5 SYSTEM DYNAMICS Allgemeines Begriffe Struktur von System Dynamics-Modellen Mathematische Beschreibung Anwendungsbeispiel für exponentielles Wachstum Weitere Wachstumsmodelle

5 Inhaltsverzeichnis III Anwendungsbereiche von System Dynamics-Modellen Vorteile und Nachteile der System Dynamics-Methode Beispiele Literatur 3.6 INPUT-OUTPUT-ANALYSE Einführung: Grundbegriffe der volkswirtschaftlichen Gesamtrechnungen Input-Output-Tabellen Modelle der Input-Output-Analyse Ein einfaches Modell der Input-Output-Analyse: Das Leontief-Modell Erweiterung des statischen offenen Leontief-Modells Ein energetisches Input-Output-Verfahren Literatur 3.7 ALLGEMEINE GLEICHGEWICHTSMODELLE Grundlagen Grundstruktur eines angewandten Allgemeinen Gleichgewichtsmodells Das Spinngewebe-Modell ("Cobweb"-Modell) Abgrenzung zwischen Input-Output-Modellen und Allgemeinen Gleichgewichtsmodellen Literatur 3.8 KOSTEN-NUTZEN- UND KOSTEN-WIRKSAMKEITS-ANALYSE Grundgedanken und Aufgabe von Kosten-Nutzen-Analyse und Kosten- Wirksamkeits-Analyse Kosten-Nutzen-Analyse Kosten-Wirksamkeits-Analyse Grenzen der Leistungsfähigkeit von Kosten-Nutzen-Analyse und Kosten- Wirksamkeits-Analyse Warum Kosten-Wirksamkeits-Analyse bei der Bewertung von Umweltschutzmaßnahmen? 3.9 BEHANDLUNG VON UNSICHERHEITEN Arten von Unsicherheiten Ursachen für Unsicherheiten Methoden zur Behandlung von Unsicherheiten Grundlegende Methoden zur Behandlung von Unsicherheiten Entscheidungsunterstützende Methoden zur Behandlung von Unsicherheiten Die Methode der unscharfen linearen Programmierung Fuzzy Lineare Programmierung mit scharfen Variablen Anwendungsbeispiel: Bau eines Windkraftparks Literatur

6 IV Inhaltsverzeichnis 4 ENERGIEMODELLE 4.1 ENERGIENACHFRAGEMODELLE Energiebedarf - Energienachfrage Energieverbrauch Probleme bei der Analyse der Energienachfrage Ziele der Anwendung von Energienachfragemodellen Methoden zur Ermittlung der Energienachfrage Literatur 4.2 MODELLE NATIONALER UND REGIONALER ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEME Struktur von linearen, dynamischen Energieversorgungsmodellen zur Optimierung Energiebilanz-Gleichungen Transformationsgleichungen Kapazitätsbilanz-Ungleichungen Beschränkung des Anteils eines Flusses am Prozessein- oder -ausgang Optimierung und Simulation Eingabedaten Rechnungsergebnisse Anwendung von Energieversorgungsmodellen Simulationsrechnungen Optimierungsrechnungen Sensitivitätsanalyse Grenzen der Anwendbarkeit von Energieversorgungsmodellen Programmpakete zur Modellierung von Energieversorgungssystemen Literatur 4.3 ENERGIE-WIRTSCHAFTS-MODELLE TIMES-MACRO NEWAGE-W PANTA RHEI Literatur 4.4 EINZELWIRTSCHAFTLICHE ENERGIEMODELLE Planungsmodelle in der Elektrizitätswirtschaft Aufgaben der Planungsrechnung in der Elektrizitätswirtschaft Komponenten der Planungsmodelle Kraftwerksausbauplanungsmodelle Kraftwerkseinsatzplanung 4.5 LÖSUNGSVERFAHREN DER KRAFTWERKSEINSATZPLANUNG Beispiel eines Systems zur Kraftwerkseinsatzoptimierung: MESAP/PROFAKO Kraftwerkseinsatz- und Portfoliooptimierung im liberalisierten Energiemarkt Literatur Planungsziele und Methoden in der Mineralölwirtschaft

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