In dieser Arbeit wird die Möglichkeit der Kosteneinsparung durch Reduzierung von Leistungsspitzen in einem Gleichspannungsnetz untersucht. Alle Untersuchungen beziehen sich auf ein speziell aufgebautes Gleichspannungsnetz, wie es bei der üstra Hannoversche Verkehrbetriebe AG, vorzufinden ist.
Im Wesentlichen umfasst die Arbeit Untersuchungen zu Leistungsspitzen im Netz und deren Ursachen, sowie technische und betriebswirtschaftliche Lösungskonzepte zur Kosteneinsparung bei auftretenden Leistungsspitzen.
Die üstra betreibt das Netz für den öffentlichen Personennahverkehr in der Region Hannover und beförderte im Jahr 2008 insgesamt 157,1 Millionen Fahrgäste Rund 125 Millionen Kunden nutzten die Stadtbahnen.
Das Unternehmen setzt derzeit 135 Omnibusse und 291 Stadtbahnwagen ein. Die Streckenlänge des Stadtbahnnetzes beträgt insgesamt 119,7 km. Die Stadtbahnen sind strombetrieben, wodurch der Betrieb eines eigenen Stromnetzes zur Fahrstromversorgung notwendig wird. Das vorhandene Netz ist mit 49 Gleichrichterwerken (GLW) versehen, die die Stromversorgung der jeweiligen Streckenabschnitte gewährleisten.
Bis auf wenige Ausnahmen werden die Streckenabschnitte beidseitig gespeist. Energieversorger für den Großteil der Gleichrichterwerke sind die Stadtwerke. Daher beziehen sich alle folgenden Ausführungen nur auf diesen Anbieter.
Inhaltsverzeichnis
1 Aufgabenstellung
3 Einleitung
4 Das Gleichspannungsnetz der üstra
5 Netznutzungsentgelt
6 Problemaufriss
7 Entstehung von Leistungsspitzen
8 Lösungsansätze zur Kosteneinsparung
8.1 Technische Lösungsansätze
8.1.1 Speicherung von Energie
8.1.2 Versorgung durch eigenes Mittelspannungsnetz
8.1.3 Energieverteilung durch Abschaltung von Streckenabschnitten
8.1.4 Energieverteilung durch Anpassung der Trafostufen
8.1.5 Energieverteilung durch Leistungselektronik
8.2 Betriebswirtschaftliche Lösungsansätze
8.2.1 Verhandlung der Abrechnungsmethode
8.2.2 Verschiebung der Nachfrage durch Preisdifferenzierung
9 Wirtschaftlichkeit
10 Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung und Identifikation technischer sowie betriebswirtschaftlicher Möglichkeiten zur Reduzierung von Leistungsspitzen in einem Gleichspannungsnetz, um die Netznutzungskosten der üstra Hannoversche Verkehrsbetriebe AG zu senken.
- Analyse der Ursachen für Leistungsspitzen im Netz der üstra.
- Untersuchung technischer Konzepte zur Glättung der Leistungsabnahme (Speicherung, Energieverteilung).
- Bewertung betriebswirtschaftlicher Optimierungsansätze wie Vertragsanpassungen und Preisdifferenzierung.
- Wirtschaftlichkeitsanalyse der implementierten technischen Lösungen inklusive Investitionsrechnung.
Auszug aus dem Buch
8.1.5 Energieverteilung durch Leistungselektronik
Gelingt es die Spannung jedes GLW schnell und präzise steuern zu können, so ist eine Leistungsregelung möglich.
In jedem GLW wird ein Regelkreis aufgebaut, der anhand der Spannung (Stellglied) die Leistung auf einen vorgegebenen Sollwert regelt. Der Sollwert muss für jedes GLW individuell, anhand von Erfahrungswerten, eingestellt werden.
Jede Regelung versucht nun die Leistung des jeweiligen GLW, durch Anpassen der Spannung, auf den Sollwert zu halten. Übersteigt die abgegebene Leistung den Sollwert, so wird die Spannung automatisch verringert. Das entsprechende GLW übernimmt einen geringeren Anteil der benötigten Leistung um zurück auf den Sollwert zu kommen.
Liegt die momentan abgegebene Leistung unter dem vorgegebenen Sollwert, so wird die Regelung die Spannung erhöhen. Eine Erhöhung ist aber nur bis zu einem bestimmten Wert möglich. Die Regelung wird die Spannung auf den maximalen Wert einstellen, so lange die abgegebene Leistung unter dem Sollwert bleibt. Dies bedeutet zugleich, dass beim Vorhandensein von Reserven automatisch der maximale Anteil der benötigten Leistung zur Verfügung gestellt wird. Es bedarf keinerlei Information über die Zustände anderer GLW, auch der Zählimpuls ist zunächst nicht erforderlich, da die Leistung im optimalen Fall zu jeder Zeit konstant ist.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Aufgabenstellung: Diese Einleitung beschreibt den energieintensiven Betrieb der Stadtbahnen und die daraus resultierende Belastung der Netzinfrastruktur, was die Notwendigkeit einer Kostenoptimierung begründet.
3 Einleitung: Dieses Kapitel liefert den Kontext über die Bedeutung effizienter Energienutzung und den Strombedarf des Unternehmens, während der wirtschaftliche Druck durch steigende Strompreise aufgezeigt wird.
4 Das Gleichspannungsnetz der üstra: Hier werden der technische Aufbau des Gleichspannungsnetzes, der Einsatz von Gleichrichterwerken und die Transformation der Spannung erläutert.
5 Netznutzungsentgelt: Die rechtlichen und ökonomischen Rahmenbedingungen zur Berechnung von Netznutzungskosten, inklusive der Relevanz der Jahresbenutzungsdauer, werden detailliert dargelegt.
6 Problemaufriss: Es wird die Problematik kurzzeitiger, hoher Leistungsspitzen als Bemessungsgrundlage für die Kosten diskutiert und die Notwendigkeit der Ursachenforschung betont.
7 Entstehung von Leistungsspitzen: In diesem Kapitel wird der Zusammenhang zwischen dem Fahrbetrieb der Stadtbahnen und den Leistungsspitzen mittels Wageneinsatzkurven analysiert.
8 Lösungsansätze zur Kosteneinsparung: Ein umfassender Katalog an technischen und betriebswirtschaftlichen Lösungsansätzen wird präsentiert, von Energiespeicherung bis hin zur leistungselektronischen Regelung.
9 Wirtschaftlichkeit: Dieser Abschnitt bewertet die finanzielle Rentabilität der vorgeschlagenen technischen Maßnahmen durch eine detaillierte Liquiditätsrechnung.
10 Fazit und Ausblick: Eine abschließende Synthese der Ergebnisse bestätigt, dass die Investition in steuerbare Gleichrichter sinnvoll ist, sofern die Laborversuche die Simulationsergebnisse stützen.
Schlüsselwörter
Leistungsspitzen, Gleichspannungsnetz, Netznutzungskosten, Energieverteilung, Leistungselektronik, Stadtbahn, Strombedarf, Wirtschaftlichkeit, Lastgang, Energieeinsparung, Investitionsrechnung, Wirkleistung, Regelkreis, Gleichrichterwerk, Preisdifferenzierung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Bachelorarbeit untersucht Möglichkeiten, wie die üstra Hannoversche Verkehrsbetriebe AG ihre Netznutzungskosten durch die Reduzierung von Leistungsspitzen im eigenen Gleichspannungsnetz senken kann.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Arbeit fokussiert sich auf die technische Analyse des Gleichspannungsnetzes, die rechtlichen Grundlagen der Netzentgeltabrechnung sowie die Entwicklung und wirtschaftliche Bewertung von Lösungsansätzen zur Lastoptimierung.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist es, ein technisch realisierbares und wirtschaftlich sinnvolles Konzept zu finden, um durch die Glättung von Leistungsspitzen die Netznutzungskosten nachhaltig zu reduzieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt die Analyse von Lastgängen im Vergleich zu Wageneinsatzkurven sowie die computergestützte Simulation (u.a. WinFACT 7 und SwCAD III), um das Verhalten von Regelkreisen in einem vernetzten System zu prüfen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die Entstehung von Leistungsspitzen, evaluiert technische Ansätze (z.B. Energieverteilung durch Leistungselektronik) und diskutiert betriebswirtschaftliche Strategien wie Verhandlungen über Abrechnungsmethoden.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind unter anderem Leistungsspitzen, Gleichspannungsnetz, Netznutzungskosten, Energieverteilung, Leistungselektronik und Wirtschaftlichkeit.
Warum ist die Speicherung von Energie in den Gleichrichterwerken nicht umsetzbar?
Die Analyse ergab, dass die notwendigen Energiemengen zur Glättung der Spitzen nur mit einem technisch nicht vertretbaren Aufwand (Platzbedarf, Herstellungskosten) realisierbar wären.
Welche Rolle spielt die Leistungselektronik für die vorgeschlagene Lösung?
Die Leistungselektronik ermöglicht durch den Einsatz gesteuerter Gleichrichter eine schnelle und präzise Leistungsregelung, wodurch eine gleichmäßigere Energieaufnahme erreicht und somit die Leistungsspitze effektiv geglättet werden kann.
Wie sicher ist die vorgeschlagene Investition laut Wirtschaftlichkeitsrechnung?
Die Investitionsrechnung zeigt eine durchschnittliche Rentabilität von ca. 5,2 % pro Jahr, wobei Sicherheitsfaktoren wie eine Annahme von nur 90 % Funktionserfüllung der Energieverteilung bereits berücksichtigt wurden.
- Citar trabajo
- Alexander Weber (Autor), 2009, Reduzierung von Leistungsspitzen in einem Gleichspannungsnetz. Technische und betriebswirtschaftliche Lösungsansätze, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/151588
