am-tec switzerland ag Bahnhofstrasse 18 8197 Rafz Tel. 044 879 21 00 Fax 044 879 21 01 info@am-tec.ch Strategien und neue Methoden für den optimalen Ersatz von Leitungen am Beispiel der Stadt Winterthur Fachtagung Infrastrukturmanagement in Gemeinden, 28. Oktober 2014 am-tec switzerland ag www.am-tec.ch 1
Inhalt Vorstellung Projektumfeld Value Driven Asset Management (VDAM) Übersicht Lebenszykluskosten & Lebenszyklusnutzen Optimale Entscheidungen Wassernetz Winterthur Ausgangslage Modellierungselemente und Schadensauswertung Resultate Langzeitbetrachtung Entwicklung der Versorgungssicherheit Diskussion 2
Vorstellung Seit 2004: F&E Projekte im Bereich Maintenance & Asset Management Weiterbildungsprogramme (CAS) in diesen Bereichen 2011: Gründung von am-tec switzerland ag Asset Management Lösungen für Infrastrukturbetreiber Methodik, Beratung & Dienstleistung, Software KTI-Projekt «Optimiertes Asset Management von Infrastrukturnetzen» Jörg Sigrist Geschäftsführer am-tec switzerland ag 3
Projektumfeld KTI-Projekt (Kommission für Technologie und Innovation) Projektziele Entwicklung Asset Management Methodik für optimierte Investitionsentscheidungen in Infrastrukturnetze (Strom / Gas / Wasser) Identifikation und Entwicklung von Alterungsmodellen Umsetzung in Praxis: Case Studies in Stadtwerken Weitere Projektpartner Hochschule: ZHAW und eawag Stadtwerke: Winterthur, Basel Verbände: KI, VSE 4
Value Driven Asset Management Übersicht Resultierende Methodik: Value Driven Asset Management (VDAM) Kernelemente der Methodik Abbildung von Lebenszykluskosten Abbildung von Lebenszyklusnutzen (über Alterung und Wichtigkeit) Bewertung von Massnahmen auf einzelnen Assets (Kosten vs. Nutzen) Bei Ersatz: Insbesondere auch abhängig von der Folgetechnologie! Besondere Eigenschaften Vollständige Transparenz: Alle Bestandteile der Methodik (Kosten und Nutzen) sind validierbar und überprüfbar (Mathematisch) bewiesene Optimalität: Maximierung der Versorgungssicherheit bei minimalen Kosten ISO 55000 konform (Nutzenerzeugung & kontinuierliche Verbesserung) «Universal anwendbares Framework»: Nur Kosten- und Nutzenstrukturen ändern, nicht die Bewertungsregeln anwendbar auf beliebige Assets / Infrastrukturen 5
Kosten /Meter / Jahr Value Driven Asset Management Beispiel Lebenszykluskosten 30 25 Mittlere Kosten Leitung A (100mm Faserzement) 20 15 10 5 0 40 50 60 70 80 90 100 Nutzungsdauer [Jahre] Investitionskosten Schadenskosten Betrachtung der Lebenszykluskosten einer Faserzement-Leitung (100 mm) Mittlere Investitionskosten pro Jahr nehmen mit zunehmender Nutzungsdauern ab («jährlicher Abschreiber» ) Mittlere Schadenskosten pro Jahr nehmen mit zunehmender Nutzungsdauer zu (Alterung: erhöhte Schadenshäufigkeit) Typisch für Versorgung: Wirtschaftliche Nutzungsdauer > 100 Jahre 6
Ausfallrate [#Ausfälle/Jahr/Meter] Nutzen Value Driven Asset Management Lebenszyklusnutzen Ausfallrate Faserzementleitung Nutzenerzeugung 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 Leitungsalter 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 Leitungsalter Ausgangslage der Nutzengenerierung sind Störfunktionen Anzahl Ausfälle/Jahr/Meter (abhängig vom Leitungsalter) Nutzen entspricht der gewichtete Störfunktion Klassische Risikobetrachtung: Risiko=Eintrittswahrscheinlichkeit* Schadensausmass) Relevant ist der mittlere Nutzen über den Lebenszyklus (analog zu Kosten) 7
Value Driven Asset Management Optimale Entscheidungen VDAM erlaubt auf der Basis von Lebenszyklusnutzen und Lebenszykluskosten: Flughöhe «Assets» Die Identifikation der optimalen Nutzungsdauer für jede Leitung Die Erstellung einer optimalen Priorisierungsreihenfolge (Ersetzung) Identifikation optimaler Technologien Flughöhe «Projekte» Optimale Bewertung und Priorisierung von Ein- oder Mehrspartenprojekt Bemerkung zur Flughöhe «Assets» Es gilt allgemein für Asset-Bewertungen: wir befinden uns in einer Modellumgebung Die resultierende Priorisierungsreihenfolge ist optimal in dieser Modellumgebung. Wir sprechen daher von einer Vorschlagsliste. Ziel der Priorisierungsreihenfolge: Identifikation von sinnvollen Massnahmen Eine (endgültige) Bewertung sollte dann auf Projektebene stattfinden (mehrere Assets und zusätzliche Randbedingungen, genauere Kosten, ) 8
Wassernetz Winterthur Ausgangslage Wassernetz der Stadt Winterthur (ohne Anschlussleitungen) 413 km Netzlänge Ca. 25-30 Schäden / Jahr Sehr hohe Versorgungsqualität und tiefe Gebühren (viele «richtige» Entscheidungen getroffen - gutes Asset Management) Mittlere Erneuerungsrate Wassernetz von ca. 1.66% (mittleren Nutzungsdauer von 60 Jahren) Jährliche Gesamtkosten von ca. 10 MCHF Alle Leitungen werden durch DG-Leitungen ersetzt Fragestellung Reichen 10 MCHF/Jahr aus? Was geschieht mit der Versorgungsqualität, wenn mehr/weniger investiert wird? Wie entwickelt sich die Versorgungsqualität in den nächsten Jahren? Flughöhe: «Assets» (Modellumgebung) 9
Wassernetz Winterthur Modellierungselemente Kostenmodellierung: Produktkatalog Ersetzungskosten abhängig von Durchmesser Schadenskosten abhängig von Durchmesser, Material und Lage Alterungsfunktionen: 2-Zustandsmodell (unbeschädigt / mit mindestens 1 Schaden) Gruppierung nach Material und Durchmesserkategorie Bei DG: Unterscheidung nach Generation und Erdung ja/nein Nutzen: Wichtigkeit = Durchmesser 2 Bemerkung 1: Definitionsprozess noch nicht abgeschlossen Bemerkung 2: Resultate hängen von der Wichtigkeitsdefinition ab Nutzungsdauern: zwischen 40 und 140 Jahre (Standard: 60 Jahre) 10
Wassernetz Winterthur Schadensauswertung Verwendete Alterungsfunktionen Literaturwerte (u. A. eawag) Empirische Daten aus unterschiedlichen Schweizer Wassernetzen (ca. 7 200 km*jahre, ca. 600 Schäden) Kombination zu Standard-Alterungsfunktionen (Bayes-Statistik) Individualisierte Alterungsfunktionen für SWW Resultate Schadensanalyse / Parameterschätzung In den letzten Jahren sind 65% der Schäden an alten DG-Leitungen aufgetreten (18% der Netzlänge) Parameterschätzung zeigt: Stark ausgeprägte Alterung von DG-Rohren der ersten Generation Erdung hat ebenfalls einen starken Einfluss SWW hat dies schon länger erkannt und bevorzugt Ersetzungen von alten DG-Leitungen 11
ΔVersorgungssicherheit Optimale Nutzungsdauer Wassernetz Winterthur Resultate Langzeitbetrachtung (Modellumgebung) Kosten-Nutzen Analyse Wassernetz 60% 40% 20% 0% -20% -40% -60% -80% -100% -120% -140% -160% 60% 80% 100% 120% 140% 160% Jährliche Gesamtkosten Wassernetz VDAM Referenz Optimale Nutzungsdauern Wasserleitungen 140 130 120 110 Faserzement 100 Duktilguss (alt) 90 Duktilguss (neu) 80 Grauguss 70 60 PE 50 Stahl 40 0.001 0.01 0.1 1 Wichtigkeit Versorgungssicherheit Abbildung links: Langfristige Performance (momentanes Netz) Referenz (Ersatz nach Alter) 100% Gesamtkosten VDAM, bei gleichen Kosten kann das Versorgungsrisiko um 35% gesenkt werden VDAM, gleiches Versorgungsrisiko bei 74% der Kosten realisierbar (-26%) Abbildung rechts: Optimale Nutzungsdauern nach Wichtigkeit (bei 1:1 Ersatz) 12
Versorgungssicherheit Wassernetz Winterthur Entwicklung der Versorgungssicherheit (Modellumgebung) 0-0.2 Versorgungssicherheit Wassernetz -0.4-0.6-0.8-1 -1.2 VDAM Momentane Praxis Nach Alter -1.4-1.6 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr Langfristig: durch den Einsatz von neuer DG-Technologie ist mit einem Anstieg der Versorgungssicherheit zu rechnen (mit Unsicherheiten behaftet). Betrachtung über die nächsten 40 Jahre: Referenz «Ersatz nach Alter»: -0.98m 2 /Jahr Methodik SWW: -0.75m 2 /Jahr (Reduktion um ca. 25%) sehr gutes Resultat Methodik VDAM: -0.62 m 2 /Jahr (Reduktion um ca. 36%) 13
Diskussion Mit VDAM kann man Transparenz schaffen: Die Bewertungs-Basis liefert überprüfbare Grössen (Kosten & Ausfallverhalten) Bruchloses Asset Management: Ein konsistentes Framework von der Definition der Versorgungssicherheit (Unternehmensstrategie) bis zur Priorisierung der einzelnen Assets. Abbildung von Kosten und Nutzen Mit VDAM kann man optimieren: Optimale Technologien und Nutzungsdauern für jedes Asset identifizieren Optimale Budgetverteilung (Allokation) Optimale Priorisierung Die zur Verfügung stehenden Ressourcen nachhaltig effektiver einsetzen VDAM ist ISO 55000 konform: Kosten und Nutzenerzeugung über den Lebenszyklus Validierbarkeit und kontinuierliche Verbesserung Einschränkung / Bemerkung: Modellierung des Ausfallverhaltens nach «heutigem besten Wissenstand» - dieser ist nicht vollständig (Unsicherheiten v.a. bei «jungen» Materialien) Asset-Bewertung und Simulation in Modellumgebung Bewertung auf Projektebene überaus sinnvoll 14
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 15
Anhang 16
Nutzen /Meter/Jahr Value Driven Asset Management Kosten-Nutzen-Betrachtung Kosten-Nutzen Betrachtung Minimale Nutzungsdauer Nutzungsdauer = 40 Jahre Standard Nutzungsdauer Nutzungsdauer = 60 Jahre Maximale Nutzungsdauer Nutzungsdauer = 120 Jahre 0 5 10 15 20 25 30 Kosten [CHF/Meter/Jahr] Leitung A (Faserzement) Mit dem «Prinzip des gleichen Grenznutzens» lassen sich: Optimale Technologien identifizieren Optimale Nutzungsdauern bestimmen Optimale Priorisierung für Massnahmen bestimmen (insbesondere Ersatz) 17