Reduzierung der Netzverluste im Rahmen von Investitionstätigkeiten im elektrischen Versorgungsnetz im Bereich Niederspannung


Diplomarbeit, 2013
101 Seiten, Note: 2,0

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Danksagung

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Themenauswahl und Motive zur Diplomarbeit
1.2 Hypothesen und Zielsetzung der Arbeit
1.3 Zusammensetzung der Arbeit
1.4 Werkzeuge zur Erstellung der Diplomarbeit

2 Die Wertschöpfungskette
2.1 Wertschöpfungskette
2.1.1 Erzeugung
2.1.2 Übertragung
2.1.3 Verteilung
2.1.3.1 Freileitungen
2.1.3.2 Kabelleitungen
2.2 Netzzustand
2.2.1 Einfluss der kommerziellen Verluste auf den Netzzustand
2.2.2 Fernwärme; eine Herausforderung für Elektrizitätsversorger in Mazedonien

3 Netzverluste
3.1 Definition von Netzverlusten
3.2 Bestreben der Verlustreduktion im Verteilnetz
3.3 Gliederung der Netzverluste
3.3.1 Technische Netzverluste
3.3.1.1 Lastunabhängige Verluste
3.3.1.2 Lastabhängige Verluste
3.3.2 Nichttechnische Netzverluste
3.3.2.1 Datenverarbeitungsfehler
3.3.2.2 Kommerzielle Verluste
3.4 Verluste im Gebiet von Mazedonien
3.5 Messtechnische Erhebung der Netzverluste
3.5.1 Regionsebene
3.5.2 Trafostations- und Abzweigebene

4 Anleitung und Handlungsempfehlungen zur Reduzierung der Netzverluste
4.1 Einleitung zu den Handlungsempfehlungen
4.1.1 Projektdefinition
4.1.2 Projektmanagement des Projektes
4.1.3 Das Projektportfolio im Einklang mit den Maßnahmen
4.2 Gruppenzählplatzversetzung
4.2.1 Eingesetzte Materialien
4.2.1.1 Im Jahr „1“ der Implementierung
4.2.1.2 Die Folgejahre
4.2.2 Evaluierung der potenziellen Regionen/Trafostationen
4.2.3 Grundlagen der Projektbewertung
4.2.3.1 Allgemeine Projektbewertungskriterien
4.2.3.2 Projektbewertungskriterien in Bezug auf die Gruppenzähl-platzversetzung
4.2.3.3 Projektbewertung anhand von Wirtschaftlichkeitsrechnungen
4.2.4 Behördliche Einreichung des Projektes und Erhalten der Genehmigungen
4.2.5 Nachhaltige Analyse der Ergebnisse der Realisierung
4.2.5.1 Verlustanalyse
4.2.5.2 Analyse der Einbringlichkeit
4.2.6 Einfluss auf die Netzverluste
4.3 Einzelzählplatzversetzung
4.3.1 Verwendete Materialien
4.3.2 Evaluierung der potenziellen Kunden
4.3.3 Nachhaltige Analyse der Ergebnisse
4.4 Zählertauschprogramm
4.4.1 Nutzen des Zählertausches
4.4.2 Dynamik des Tauschprogramms

5 Schlussbemerkung/Resümee
5.1 Zusammenfassung
5.2 Diskussion der Hypothesen
5.3 Diskussion der Handlungsempfehlungen
5.4 Ausblick

6 Quellenverzeichnis

7 Anhangverzeichnis

8 Lebenslauf

9 Eidesstattliche Erklärung

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Der Energiesektor entlang der Wertschöpfungskette

Abbildung 2: Struktur der Energieerzeugung in der Republik Mazedonien

Abbildung 3: Bedarf an Grund- Mittel und Spitzenlast an einem Sommer- beziehungsweise Wintertag

Abbildung 4: Leistungsformel

Abbildung 5: Niederspannungsfreileitungsmast mit vier A2Y - Leiter

Abbildung 6: Niederspannungskabel 0,6/1kV NAYY-J 4x35mm²

Abbildung 7: Vergleich Abmeldung Fernwärmenetz vs. notwendige Netzleistung

Abbildung 8: Formel und Definition der Verlustenergie

Abbildung 9: Gliederung der Netzverluste

Abbildung 10: Tagesbelastungskurve bei (1) Umspanner 110/10kV (2) Transformator 10/0,4kV und (3) Vollelektrifiziertes Vierfamilienhaus

Abbildung 11: Erläuterung der Register im elektronischen Zähler welche zur Evaluierung dienen

Abbildung 12: Monatlicher Verbrauch vor und nach der Manipulation

Abbildung 13: Erläuterung der ersten Manipulationsmöglichkeit

Abbildung 14: Erläuterung der zweiten Manipulationsmöglichkeit

Abbildung 15: Bypass in einem Mehrparteienhaus

Abbildung 16: Bypass am Dachstuhl (der rote Pfeil ist der Bypass)

Abbildung 17: Bypass mit automatischer Abschaltung durch einen Schütz

Abbildung 18: Direktanschluss an das Versorgungsnetz ohne Messeinrichtung

Abbildung 19: Energiebilanz der Wertschöpfungskette 2006/

Abbildung 20: Bilanzmessung mit Abzweigmessung

Abbildung 21: Magisches Dreieck des Projektmanagements

Abbildung 22: Gegenüberstellung von Programm, Einzelprojekten und Projektportfolio

Abbildung 23: Modem zur Fernauslesung, „Alarmbaugruppe“

Abbildung 24: Topologie der „Alarmbaugruppe(n)“ - alt

Abbildung 25: Zählerkästen der alten Generation (in Rot umrahmt ist die Alarmbaugruppe

Abbildung 26: Zählerkasten der neuen Generation mit 9 Zählplätzen (in Rot ist das Gehäuse für die Alarmbaugruppe umrahmt)

Abbildung 27: Zählerkasten der neuen Generation mit Schaufenster (in Rot ist das Gehäuse für die Alarmbaugruppe umrahmt)

Abbildung 28: Überwachungszentrum für die Zählerkästen der Gruppenzählplatzprojekte

Abbildung 29: Neue Alarmbaugruppe (in Rot eingezeichnet ist das Kommunikationsmodem)

Abbildung 30: Topologie der „Alarmbaugruppe(n)“ - neu

Abbildung 31: Basis Station für Kommunikation zwischen den Projekten und den Überwachungszentrum

Abbildung 32: Generelle Struktur der Firma ADD von SMART – metering

Abbildung 33: Meistverwendeter drei Phasen Zähler – SMART – meter von ADD

Abbildung 34: Netztopologie bei „Markierung“ zur Verlustanalyse

Abbildung 35: Mittelfristige Planung von Gruppenzählplatzversetzungen

Abbildung 36: Visualisierung der eindimensionalen Projektbewertungsverfahren

Abbildung 37: Verlustentwicklung vor- und nach der Projektrealisierung

Abbildung 38: Tägliche Verlustbilanz von SMART – meter System

Abbildung 39: Zählerkasten für einen Zählplatz – MRO

Abbildung 40: Konstruktionsschema des MRO 1 (in Rot eingezeichnet ist das Kommunikationsmodem)

Abbildung 41: MRO – KU genutzt für Einzelzählplatzversetzung

Abbildung 42: Visuelle Darstellung einer Einzelzählplatzversetzung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Strukturdaten des Mazedonischen Stromnetzes

Tabelle 2: Eingabeblatt für Wirtschaftlichkeitsberechnung

Tabelle 3: Auswirkungen der Gruppenzählplatzversetzung

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Themenauswahl und Motive zur Diplomarbeit

In den vergangenen Jahren hat es eine verstärkte Investitionstätigkeit in weiten Teilen der SEE Region aufgrund von Privatisierungen staatlicher Energiebetriebe. Insbesondere fehlende Liquidität kombiniert mit fehlender Energieproduktionskapazität hat zu diesen Privatisierungen und letztendlich zu ausländischen Investments geführt.

Reine Energieversorgungsunternehmen sahen in ihren angestammten Kernmärkten kein Wachstumspotenzial mehr; vorhandene Liquidität konnte nun zum Erwerb von Energieversorgungsunternehmen oder Produktionskapazitäten in der SEE Region eingesetzt werden. Da ein Großteil der Investitionen vor dem Ausbruch der weltweiten Wirtschafts-, Finanz- und jetzt Schuldenkrise getätigt wurden, sind die Investoren von anhaltend überdurchschnittlich hohen (im Vergleich zu jenen im Mitteleuropa) Wachstumsraten für die SEE Region ausgegangen.

Einige Jahre später hat sich das Bild deutlich gewandelt. Mitunter haben einige Investoren die Märkte bereits wieder verlassen, da die positiven Zukunftsperspektiven der Realität gewichen sind. In vielen ehemaligen Ostblockländern sind ausländische Investoren mit instabilen politischen und rechtlichen Rahmenbedingungen konfrontiert. Zudem herrscht in vielen dieser Länder eine enorme Arbeitslosigkeit gepaart mit einem sehr geringen Bruttoinlandsprodukt. Da es in diesen Regionen kaum funktionierende Sozialprogramme gibt, findet man sich als Investor – insbesondere als Energieversorger – direkt in einer Sozialdebatte wider, wobei diese Diskussion in der Regel sehr populistisch geführt wird und der Investor als Spielball zwischen regierender und in Opposition befindlicher Partei „herhalten“ muss.

Da in vielen dieser Länder Strom oftmals noch immer als Allgemeingut gesehen wird sowie in der Vergangenheit keine Konsequenzen für das Nichtbezahlen der Stromrechnung aber auch für das Stehlen von Strom erfolgten, sind Energieversorger mit einer Folge von Herausforderungen konfrontiert. Fehlendes Inkasso führt zu fehlender Liquidität und damit wiederum zu verringerten Investitionen und zu schlechtem Zahlungsverhalten seitens der Energieversorger. Nur Schritt für Schritt können Handlungsmaßnahmen ergriffen werden welche zur Erhöhung der Inkassoquote dienen, da oftmals die nicht korrekten rechtlichen Umfelder gegeben sind. Selbiges gilt für Stromdiebstahl durch Manipulation der Stromzähler oder illegale Anschlüsse an das Stromnetz. Das Vorgehen gegen diese illegale Stromversorgung bedarf eines klaren rechtlichen Rahmens. Diese Rahmenbedingungen werden von Seiten der Politik aber auch nicht von heute geschaffen, da natürlich jede Maßnahme zur Erhöhung der Inkassoquote beziehungsweise Verringerung der Stromdiebstähle sofort den Protest weiter Teile der Bevölkerung nach sich zieht. Diese Diplomarbeit wird sich insbesondere mit den Problemen der Stromdiebstähle und der somit verursachten Netzverluste (vor allem den kommerziellen Netzverlusten) befassen.

In der Vergangenheit hat sich gezeigt, dass Energieversorgungsunternehmen den Eintritt in den SEE Markt nicht nur in einem Land gewagt haben; einige der großen Energieversorger findet man in mehreren Ländern gleichzeitig als Investoren. Obwohl sie in fast allen SEE Ländern mit der gleichen Problemstellung der Netzverluste konfrontiert waren, gelang es jedoch nicht immer, die bereits gewonnen Erfahrungen im Bereich der Netzverlustreduktion richtig zu nutzen und Synergien zu generieren.

Ausgehend von den bereits erläuterten Problemen mit welchen ausländische Investoren konfrontiert sind und den damit verbundenen Finanzproblemen sind Unternehmen gezwungen, systematisch strategische Maßnahmen auszuarbeiten und diese in ihrem Umfeld Schritt für Schritt umzusetzen. Gleiches trifft insbesondere auf die Problematik der Netzverluste zu, da nur das konsequente Auseinandersetzen mit dieser Thematik nachhaltig zu einer Stabilisierung der wirtschaftlichen Situation beiträgt.

Der Kampf gegen die Netzverluste muss auf mehreren Ebenen geführt werden. Technische Maßnahmen wie der Zählertausch (Austausch alter mechanischer Ferraris Zähler auf neue elektronische Zähler) oder die Zählplatzversetzung in Gebieten mit erhöhten Netzverlusten sind Maßnahmen, die finanziert werden müssen. Darum ist eine Auseinandersetzung mit den wirtschaftlichen Effekten die Basis für jede Maßnahme. Konnte man nachweisen, dass eine Verringerung der Netzverluste einen positiven Beitrag zum Unternehmenserfolg liefern wird und dies ein Return on Investment (Rentabilitätsnachweis) nachweisen kann, dann kann mit der Umsetzung/Realisierung der einzelnen Maßnahmen begonnen werden. Es ist besonders wichtig hervorzuheben, dass die Verringerung der Netzverluste nicht mit der Beschaffung von neuen Zählern oder mit der Zählplatzversetzung erfolgreich beendet ist; um eine nachhaltige Verringerung zu erzielen bedarf es einer Vielzahl von Sekundärmaßnahmen, welche ich im Laufe der Arbeit näher erläutern werde. Nur eine nachhaltige Verringerung der Netzverluste kann das Eintreten der gewünschten Effekte wie geplant sicherstellen!

Diese Diplomarbeit soll unter anderem die Notwendigkeit der Reduktion der Netzverluste in der SEE Region hervorheben sowie ein beträchtliches Hauptaugenmerk auf die im Moment vorhandenen Maßnahmen legen. Die Fragen nach dem „wie kann die Netzverlustreduktion erfolgen“ und „wie kann ich diese nachhaltig erzielen“ sollen in dieser Diplomarbeit diskutiert werden.

Für mich als Ersteller der Diplomarbeit hat das Thema „Reduktion der Netzverluste“ die höchste berufliche Aufmerksamkeit, da ich seit einigen Jahren in einer Tochtergesellschaft eines niederösterreichischen Energie- und Umweltdienstleistungsunternehmens – der EVN Macedonia – tätig bin. Zusammen mit meinem Team, welches sich hauptsächlich aus einheimischen Kollegen zusammensetzt bin ich für sämtliche Maßnahmen zur Reduktion der Netzverluste verantwortlich. Die Entscheidungsorgane des Mutterunternehmens sowie das örtliche Management leisten für das gesamte Projektteam eine sehr wertvolle und wirkungsvolle Unterstützungsrolle bei der Umsetzung des Projektes. Neben Maßnahmen welche direkt meiner persönlichen Entwicklung zu Gute kommen, wurden länder- und bereichsübergreifende Veranstaltungen organisiert, welche dem Erfahrungsaustausch und dem „voneinander lernen“ dienen. Bei solchen Veranstaltungen geht es aber nicht immer nur um Fachspezifika; insbesondere der kulturelle Austausch aller im Konzern tätigen Mitarbeiter steht dabei durchaus auch im Vordergrund um eine gemeinsame Firmenkultur zu entwickeln, die dann von allen Personen auch gelebt wird.

Aus meiner oben beschriebenen Tätigkeit ergab sich für mich der Wunsch, meine Diplomarbeit zu diesem für mich sehr interessanten Thema zu verfassen. Dabei soll ein besonderes Augenmerk auf jene Personen gelegt werden, die über Erfahrungen im Bereich der Netzverlustthematik im SEE Raum verfügen, jedoch kein spezielles Wissen über Maßnahmen zur Reduktion dieser und insbesondere zur Aufdeckungen und Vermeidung von Stromdiebstahl haben.

1.2 Hypothesen und Zielsetzung der Arbeit

In der vorliegenden Diplomarbeit soll auf die Reduktion der Netzverluste durch verschiedenste Investitionsmaßnahmen eingegangen werden; dabei wird der Großteil der Aufmerksamkeit auf die nachhaltige Reduktion der kommerziellen Netzverluste gelegt werden, welche im Gebiet der Republik Mazedonien auftreten. Es soll demonstriert werden, was man prinzipiell unter dem allgemeinen Begriff der Netzverlustreduktion versteht und im Weiteren wie man diese durch gezielte Investitionstätigkeiten absenken kann. Diese Arbeit verfolgt nicht das Ziel, das elektrische Versorgungsnetz (von der Trafostation 20/0,4kV bis zum Endkunden[1] ) bis ins kleinste Detail auf technische Verluste zu analysieren, da eine Trennung von technischen und kommerziellen Verlusten ohnehin kaum möglich ist[2], sondern legt sein Hauptaugenmerk auf die Reduktion der kommerziellen Netzverluste und die außerordentlichen Analysen welche vor und nach den Tätigkeiten im Zusammenspiel mit der Verlustreduktion stehen.

Mit dieser Arbeit sollen für mich folgend geltende Hyperthesen überprüft werden

- Eine exakte Trennung beziehungsweise Abgrenzung zwischen technischen und kommerziellen Verlusten ist nicht möglich
- Es besteht ein Zusammenhang zwischen dem Einfluss der durchgeführten Maßnahmen auf die Gesamtverluste im elektrischen Versorgungsnetz
- Strategische Planung muss lange vor der operativen Umsetzung geschehen
- Die Vorgehensweise der notwendigen Maßnahmen der Netzverlustreduktion kann nach strategischer Planung Individuell in geplanten operativen Schritten umgesetzt und realisiert werden

Als Ersteller dieser Diplomarbeit setzte ich mir selbst das Ziel, mittels einer wissenschaftlichen Ausarbeitung dieses Themengebietes, meine praktischen Erfahrungen sowie vorhandenen Kenntnisse im Zusammenhang mit der Reduktion der Netzverluste um das theoretische Wissen zu erweitern. Letztendlich soll die Zusammenführung der bestehenden wissenschaftlichen Ansätze und meiner eigenen Erfahrungen gelingen. In weiterer Folge will ich für mich selbst überprüfen, ob die von meinem Team und mir erarbeiteten und umgesetzten Maßnahmen jenen aus der existierenden Literatur entsprechen und falls es Abweichungen geben sollte, in welchen Punkten sich die Ansätze unterscheiden.

1.3 Zusammensetzung der Arbeit

Durch das Kapitel 1 meiner Diplomarbeit erfolgt eine kurze Einleitung durch eine Klärung und Aufklärung hin zur Unabwendbarkeit, die Reduktion der Netzverluste voranzutreiben um wirtschaftlich überlebensfähig zu sein. Des Weiteren führe ich aus, warum ich mich für dieses Thema entschlossen habe, welche Zielstellungen ich damit verfolgen möchte und wie diese Ziele erreicht werden sollen.

Kapitel 2 in welcher ich die Wertschöpfungskette mit der Begriffsdefinition des Stromnetzes verbinde, stellt die Gliederung des Stromnetzes dar und diskutiert dann detaillierter die Produktion (Erzeugung) und Versorgung (Verteilung) der elektrischen Energie an die Endkunden. Die Debatte mit dem Begriff Versorgungsnetz und das demonstrieren der Wichtigkeit für eine stabile Verlustbasis stellt für mich die Grundlage dieser Arbeit dar, da dies in gewisser Weise der Ursprung der Verluste in einem energetischen System ist.

Durch das Kapitel 3 folgt die Definierung der Netzverluste; dabei werden diese – soweit das möglich ist – in ihre „Bestandteile“ aufgeteilt, untersucht und evaluiert. Des Weiteren wird auf den Begriff der kommerziellen Verluste genauer eingegangen. Dabei fokussiere ich insbesondere darauf, wie diese kommerziellen Netzverluste entstehen, was die Kunden unternehmen um möglichst einfach den Strom illegal zu verbrauchen und wie man die Softwaresysteme und Hardware soweit es geht aufrüsten kann, um die Diebstähle zu entdecken, diese nachhaltig zu senken beziehungsweise sie gar nicht erst aufkommen zu lassen.

Kapitel 4 kann als Kern meiner Arbeit bezeichnet werden. Nach den erfolgten Begriffsdefinitionen in den vorangegangenen Kapiteln möchte ich nun Anleitungen und Handlungsempfehlungen zur Reduzierung der Netzverluste ausarbeiten, die dieser Diplomarbeit den von mir angestrebten praktischen Mehrwert geben soll. Stützend auf die theoretischen Betrachtungsweisen erfolgt eine allmähliche Aufarbeitung der notwendigen Stufen zur optimalen Reduktion der Netzverluste. Obendrein werden diese Handlungsempfehlungen durch mein über Jahre erlangtes praktisches Wissen welches ich im Gebiet der SEE Region aufgenommen habe ergänzt, sodass am Ende ein praxisrelevanter Netzverlustreduktionplan entsteht.

In Kapitel 5 wird die Arbeit abgerundet und kurz zusammengefasst; ebenso werden persönliche Anschauungen zu den von mir gewählten Diplomarbeitsthema gegeben.

1.4 Werkzeuge zur Erstellung der Diplomarbeit

Die Grundlage für diese Diplomarbeit bilden:

- Existierende Fachliteratur
- Aktuelle Internetquellen
- Persönliche Erfahrungen

Im Zusammenhang der Arbeit soll mithilfe von Literaturrecherchen theoretische Behauptungen aufgearbeitet werden sowie um persönlich gewonnene Kenntnisse eingebracht und komplettiert werden.

Als wissenschaftstheoretische Grundlage für diese Diplomarbeit wurde von mir die durchaus bekannte Methode der „Grounded Theory“ ausgewählt. Besonders die Berücksichtigung verschiedenster Datenquellen, welche in der „Grounded Theory“ als praktischen Teil der Forschungsarbeit betrachtet werden, hat sich als unersetzlich für meine Arbeit herausgestellt. Das Zusammenspielen von Datenerhebung und der darauffolgenden Analyse unter Miteinbeziehung vorhandener Fachliteratur aber mitunter auch meiner persönlichen Erfahrungen ist auch Teil der Arbeitsmethode „Grounded Theory“. Im Gegensatz zu diversen anderen qualitativen Methoden, welche Daten „nur“ wiedergeben, geschieht auch eine umfangreiche Interpretation durch den Autor dieser Arbeit.

2 Die Wertschöpfungskette

Energieversorgungsunternehmen fungieren als Bindeglied zwischen der Stromerzeugung und letztendlich dem Endverbraucher/Konsumenten.[3] Nachfolgend wird die Wertschöpfungskette von der Erzeugung bis zur Energielieferung detailliert dargestellt und insbesondere auf die Thematik der Netzinfrastruktur eingegangen. Des Weiteren wird ein besonderer Fokus auf die Eigenheiten des mazedonischen Energiemarkts gelegt.

2.1 Wertschöpfungskette

Jene Energie, welche letztendlich vom Endverbraucher „konsumiert“ wird, hat einen langen Weg hinter sich. Beginnend mit der Erzeugung, welche in Mazedonien hauptsächlich durch kalorische Kohlekraftwerke und Wasserkraft erfolgt, wird die Energie – abhängig von der Art des Endverbrauchers – nur über das Hochspannungsnetz oder aber auch über das Mittel- und Niederspannungsnetz transportiert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Der Energiesektor entlang der Wertschöpfungskette[4]

2.1.1 Erzeugung

Die Energieerzeugung wird in der Republik Mazedonien hauptsächlich vom staatlichen Unternehmen ELEM durchgeführt. Wie viel Energie von den Kunden aus den verfügbaren Ressourcen angefordert wird, hängt von der jahreszeitspezifischen Tageslast ab. Während der Nacht kommt es zu der geringsten Nachfrage von elektrischer Energie, während unter Tags teilweise die Grenzen des Versorgungsnetzes erreicht werden. Die transportierte Leistung in den Nachtstunden stellt die Grundlast dar.[5] Diese Grundlast wird im Regelfall von den thermischen Kraftwerken

- TPP Bitola, mit einer Leistung von 675 MW[6] sowie
- TPP Oslomej, mit einer Leistung von 125 MW[7]

generiert.

Während des Tages, vor allem während der Früh-, Mittags- und Abendzeit nimmt der Energiebedarf zu. Zusätzlich zu den tagesüblichen Verbrauchsspitzen kommt es in Mazedonien auch saisonal bedingt zu erhöhter Nachfrage, da ein Großteil der Endkunden im Winter mit elektrischer Energie heizt und im Sommer kühlt.[8]

Zur Abdeckung dieser Verbrauchsspitzen gibt es in der Republik Mazedonien insgesamt sieben größere Wasserkraftwerke mit einer Gesamtproduktionskapazität von 507 MW.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Struktur der Energieerzeugung in der Republik Mazedonien[9]

Die im Land zur Verfügung stehenden Produktionskapazitäten reichen insbesondere in den kalten Wintermonaten nicht aus, um die gesamte Nachfrage nach elektrischer Energie zu decken. Insbesondere die Produktionskapazitäten durch die Wasserkraftwerke sind im Winter deutlich geringer, da die Wasserführung in den kalten Monaten stark abnimmt. Deshalb ergibt sich die Notwendigkeit, Energie über den Großhandelsmarkt zuzukaufen. Da sich der SEE Großhandelsmarkt in gewisser Weise unabhängig und teils gegenläufig zum mitteleuropäischen Markt entwickelt, stellt die Beschaffung eine gewisse Herausforderung für die t ä tigen Unternehmen dar, da auch viele (z.B. in Österreich vorhandenen) Stromprodukte nicht verfügbar sind.

Erschwerend kommt hinzu, dass seit der Stilllegung von den Blöcken drei und vier des bulgarischen Kernenergiekraftwerkes Kosloduj[10] Energiekapazitäten im Gebiet von Bulgarien fehlen was jenen Effekt nach sich zieht, dass auch Bulgarien seine Energie teilweise aus den Nachbarstaaten importieren muss. Für Länder wie Mazedonien, welche in der Erzeugung nicht besonders gut aufgestellt sind bedeutet dies, dass sie die Energie zu einen sehr hohen Preis über den SEE Großhandelsmarkt importieren müssen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Bedarf an Grund- Mittel und Spitzenlast an einem Sommer- beziehungsweise Wintertag[11]

Basierend auf der Nachfrage nach elektrischer Energie entwickelt sich letztendlich ein täglicher Fahrplan, auf Basis derer die Kraftwerke Strom produzieren müssen, um die Spannung und die Frequenz im Netz stabil zu halten. Die strikte Einhaltung der vorab definierten Energiemenge in Höhe des Bedarfs an elektrischer Energie ist eine wichtige Grundvoraussetzung um einen stabilen Betrieb des elektrischen Versorgungsnetzes zu garantieren.[12]

2.1.2 Übertragung

Da in dem heutigen Markt die Ressourcen immer knapper werden, die Energiepreise steigen, sind die Energieversorger, welche zumeist in dem Sektor marktfern(er) beziehungsweise staatsnah(er) Unternehmungen aufzufinden sind[13], mehr oder weniger gezwungen, verantwortungsvoll mit der elektrischen Energie umzugehen und sich somit mit der Reduzierung der technischen Netzverluste zu befassen.[14]

Das Übertragungsnetz, welches als dreiphasiger Wechselstrom oder auch bekannt als Drehstrom ausgeführt ist, dient der überregionalen Versorgung mit elektrischer Energie von den vorhandenen Produktionskapazitäten hin zu den örtlichen Endkunden. Im Gebiet der Republik Mazedonien beträgt die Länge des Übertragungsnetzes rund 2.000 km, beinhaltet 73 Umspannwerke und wird von dem mazedonischen Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB oder Englisch TSO, Transmission System Operator) MEPSO betrieben.[15] Die durch die MEPSO übertragene Leistung, welche das Produkt aus Spannung und Stromstärke[16] ist, muss dabei der von den Kunden angeforderten und letztendlich bezogenen Leistung entsprechen. Je höher die angeforderte Leistung und damit verbunden die Stromstärke in Ampere, desto höher fallen die technischen Netzverluste aus. Diese Aussage kann anhand der elektrischen Leistungsformel nachgewiesen werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Leistungsformel[17]

Diese als Leistungsformel bezeichnete Berechnung zeigt, dass mit steigender Stromstärke die Verlustleistung quadratisch zunimmt.[18] Als Konsequenz dieser Aussage werden die Übertragungsnetze mit einer Nennspannung U > 110kV betrieben, um die hohen Lasten so verlustarm wie möglich zu den Umspannwerken überregional zu transportieren.

In Mazedonien gibt es nicht viele Endverbraucher die an solch hohen Spannungsebenen angeschlossen sind,[19] zum Beispiel Stahlwerke, welche ihren Strom von dieser Netzebene beziehen. Weitere wichtige Elemente im Übertragungsnetz sind die Übergabestellen, welche die Verbindung für den Energieaustausch beziehungsweise den Bezug von Energie aus dem europäischen Hochspannungsnetz[20] sicherstellen.

2.1.3 Verteilung

Das mazedonische Verteilnetz wird von einem Verteilnetzbetreiber (VNB oder Englisch DSO, Distribution System Operator), der EVN Macedonia, betrieben und umfasst eine Gesamtlänge von mehr als 26.000 km und beinhaltet rund 8.000 Trafostationen welche die Stromversorgung sicherstellen.[21]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Strukturdaten des Mazedonischen Stromnetzes[22]

Für den Großteil der rund 700.000 Kunden in Mazedonien wird durch den Einsatz von Umspannwerken stufenweise die Spannung herabtransformiert, welche dann im Verteilnetz zur Verfügung steht. In diesem Zusammenhang versteht man den Transport der elektrischen Energie mit Mittel- (6 bis 30kV) und Niederspannung (0,23 bis 0,69kV) zu den Endkunden.[23]

Wie bereits erwähnt, führt die Übertragung von elektrischer Energie über die verschiedenen Verteilnetze zwangsläufig zu technischen Netzverlusten. In den nun folgenden Unterkapiteln möchte ich kurz auf die verwendeten Übertragungstechnologien eingehen.

Dabei geht es mir weniger um den Wert auf eine technische Spezifikationen; ich möchte eine kurze Einführung auf die in Mazedonien verwendeten Technologien zur Energieübertragung geben. In weiterer Folge finden diese Begriffe Verwendung in dieser Arbeit und sollen deshalb vorab definiert werden.

2.1.3.1 Freileitungen

Die wohl bekannteste und auch älteste Übertragungstechnik stellen wohl die Freileitungen dar. Ein Freileitungsnetz besteht im Regelfall aus mehreren Masten, den Leitern und den entsprechend der Spannungsebene dazugehörigen Isolatoren falls es sich um eine nicht isolierte Freileitung handelt. Insbesondere die relativ geringen Wartungs- und Instandsetzungskosten haben sich als Vorteil dieser Übertragungsmethode erwiesen.

Prinzipiell werden Freileitungen auf der Niederspannung in der heutigen Zeit in westeuropäischen Ländern nur mehr selten verbaut. Trotzdem sind sie nach wie vor allgegenwärtig (sowohl in Österreich als auch in Mazedonien). Im Zuge meiner Diplomarbeit werde ich später mehrmals auf isolierte Freileitungen verweisen, da sich diese bei der Reduzierung der Netzverluste – insbesondere im Verbindung mit der Bekämpfung von Energiediebstahl als Teil der Netzverluste – am besten behauptet haben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Niederspannungsfreileitungsmast mit vier A2Y - Leiter[24]

2.1.3.2 Kabelleitungen

Kabelleitungen dienen als direkte Alternative zu den meistens optisch nicht sehr ansprechenden Freileitungen. Die heutigen isolierenden Technologien, auf welche derzeit zurückgegriffen werden sind aus vernetzten Polyethylen (VPE). Kabelleitungen, welche auf ihre Länge durch die Kabeltrommeln stark begrenzt sind, werden mit Muffen der entsprechenden Spannungsebene verlängert. Diese Verlängerung ist technisch aufwendig und birgt einige Fehlerquellen in sich; bei dem Einbau einer Muffe muss daher genauestens auf eine technisch saubere Durchführung geachtet werden, da es sonst zu Problemen mit der Nutzungsdauer des Kabels kommen kann. Eine weitere Problemstellung ist die Möglichkeit von Störungen aufgrund von Baumwurzeln, Baggerarbeiten etc. Diese Faktoren führen dazu, dass die Wartungs- und Instandsetzungskosten doch deutlich höher als jene von Freileitungen ausfallen.

Der Fokus auf Kabelleitungen hat sich im Verbund mit der Thematik „Reduktion der kommerziellen Verluste“ nicht so stark durchgesetzt wie jener auf isolierte Freileitungen. Ein Grund ist unter anderem die erschwerte Suche nach unbefugten Stromentnahmen, da sich Kunden – wie Erfahrungen gezeigt haben – während der Projektrealisierung mit einem T – Stück illegal an das neu errichtete Versorgungsnetz anschließen. Ebenso die längere Dauer der Projektrealisierung sowie die höheren Kosten sind Ausschließungsfaktoren für die Verwendung von Kabelleitungen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Niederspannungskabel 0,6/1kV NAYY-J 4x35mm²[25]

2.2 Netzzustand

Im Versorgungsnetz werden derzeit jährlich mehr als 5.200 GWh[26] zu den Endkunden des Versorgungsnetzbetreibers übertragen. Als die EVN AG im Kalenderjahr 2006 als ausländischer Investor 90 % des staatlichen Energieversorgers „ESM“ übernahm, war das Versorgungsnetz in einem technisch schlechten Zustand.

Einer der Hintergründe für die Privatisierung lag wohl in der fehlenden Liquidität für Instandhaltungs- und Investitionsarbeiten im Verteilnetz. Aufgrund der nicht durchgeführten Revisionen und Investitionen, was bei einem Verteilnetz mit einem Durchschnittsalter von derzeit mehr als 50ig Jahren ein großes Problem darstellt, haben sich für die EVN als ausländischer Investor zwei große Probleme herauskristallisiert, welche ich gerne im Folgenden näher erläutern möchte.

2.2.1 Einfluss der kommerziellen Verluste auf den Netzzustand

Das ursprünglich schon in einem schlechten Zustand befindliche Übertragungs- und Versorgungsnetz und die damit verbundenen technischen Anlagen wie z.B. Trafostationen werden durch die illegale Stromentnahme (z.B. durch selbstständiges Anschließen an das Versorgungsnetz) zusätzlich belastet. Dieser Stromdiebstahl spiegelt sich in gesteigerten Netzverlusten wider und erweist sich zusehends als großes Problem für die Versorgungssicherheit und die Spannungsqualität.

Das ohnehin schon in einem schlechten Zustand befindliche Verteilnetz befindet sich bereits ohne illegale Anschlüsse an seinem Übertragungslimit. Jede zusätzliche illegale Stromentnahme führt zu einer ungenaueren Planbarkeit (Stichwort Fahrplan mit ELEM) und verursacht letztendlich laufend Defekte im Verteilnetz und den angeschlossenen technischen Anlagen.

Insbesondere die Thematik des Stromdiebstahls (kommerzielle Netzverluste) wird in den nachfolgenden Kapiteln noch detaillierte behandelt werden.

2.2.2 Fernwärme; eine Herausforderung für Elektrizitätsversorger in Mazedonien

Der Großteil der Einwohner Mazedoniens heizt mit Strom. Lediglich in Skopje existiert ein großes Fernwärmenetz (Toplofikacija), welches es Kunden ermöglicht, mit Fernwärme zu heizen.

Heizen mit Fernwärme ist in Mazedonien verglichen mit dem verfügbaren Haushaltseinkommen sehr teuer, was wiederum dazu führt, dass immer mehr Personen/Haushalte heizen mit Strom jenem mit Fernwärme vorziehen. Des Weiteren ist das Fernwärmenetz nicht auf einem hochwertigen technischen Stand, was dazu führt, dass die Störungsanfälligkeit sehr hoch ist. Momentan beziehen in Skopje rund 50.000 Kunden Fernwärme (die Erhebung aktueller und genauer Zahlen war nicht möglich, da die Fernwärmegesellschaft seit 2008 keine Berichte mehr veröffentlicht).[27]

Je mehr Kunden sich allerdings dazu entschließen mit Strom zu heizen, desto größer ist die Belastung für das Stromverteilnetz sowie die dazugehörigen technischen Anlagen; es kann somit zu einer Überlastung dieser Anlagen kommen.

Aufgrund des beschriebenen Sachverhalts habe ich eine vereinfachte Berechnung angestellt. Ich gehe als Basisannahme davon aus, dass sich jeder Fernwärmekunde ein elektrisches Heizgerät mit einer Anschlussleistung von 4,8 kW beschafft. Daraus kann in weiterer Folge abgeleitet werden, wie weit der Verteilnetzbetreiber sein Verteilnetz verstärken müsste um eine störungsfreie Versorgung zu gewährleisten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Vergleich Abmeldung Fernwärmenetz vs. notwendige Netzleistung[28]

Wie man anhand der Grafik schön erkennen kann, steigt die zusätzlich benötigte Leistung linear zum erhöhten Stromverbrauch an; im schlimmsten Fall würde der Wechsel aller rund 50.000 Kunden eine Leistungsverstärkung von zirka 240 MW bedeuten.

3 Netzverluste

Mit dem dritten Kapitel beginnt der Hauptteil meiner Diplomarbeit. Zunächst werde ich den Begriff „Netzverluste“ näher definieren. Anschließend folgt auf Basis existierender wissenschaftlicher Literatur eine Darstellung und Differenzierung der technischen und kommerziellen Netzverluste sowie jener Netzverluste, die durch Fehlfunktionen im Verteilnetz entstehen. Es muss jedoch bereits vorab darauf hingewiesen sein, dass diese Differenzierung eigentlich nur theoretisch möglich ist; in der Praxis kann diese Unterscheidung nur sehr schwer und auf Basis verschiedenster Annahmen getroffen werden.

Den großen Fokus werde ich bei diesem Kapitel auf die die kommerziellen Netzverluste legen; wie können diese ermittelt werden, welche Möglichkeiten bestehen technische Netzverluste von den kommerziellen Verlusten abzugrenzen und wie kann ich diese in den jeweiligen Versorgungsgebieten lokalisieren. Darüber hinaus werde ich praxisrelevante Handlungsempfehlungen zur Reduktion der kommerziellen Netzverluste erarbeiten, welche dann anschließend im Kapitel 4 detailliert erläutert werden.

3.1 Definition von Netzverlusten

Unter dem Begriff Netzverluste versteht man die gesamte Arbeit in Kilowattstunden welche im Verteilnetz über einen definierten Betrachtungszeitraum verloren geht. Man kann sie als die Differenz zwischen der abgelesenen Energiemenge an den Einspeisestellen (dies können Landesgrenzen, Elektrizitätsversorgungsunternehmensgrenzen, Kraftwerke oder Umspannwerke sein) und der verrechneten Energie bei den Endverbrauchen ansehen.[29]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Formel und Definition der Verlustenergie[30]

3.2 Bestreben der Verlustreduktion im Verteilnetz

Der Weg der elektrischen Energie, die vom Kraftwerk über ein mehr oder weniger gut erhaltenes sowie gegebenenfalls weitläufiges Versorgungsnetz an den Endverbraucher geliefert wird ist prinzipiell immer mit Verlusten behaftet. Dies führt in logischer Konsequenz dazu, dass in den Kraftwerken der zusätzliche Mehraufwand der Energie – entstanden aus den Netzverlusten – erzeugt werden muss. Das hat jenen Effekt, dass mehr Energie in das Netz eingespeist werden muss als dann tatsächlich auch verbraucht wird.

Betriebswirtschaftlich gesehen ergeben sich daraus mehrere Nachteile:

- Es werden für die Energieerzeugung mehr Rohstoffe benötigt, was zum einen zusätzliche finanzielle Belastungen für das Erzeugungs-unternehmen darstellt sowie auf der anderen Seite auch einen erhöhten Ausstoß an Treibhausgasen zur Folge hat
- Unnötig hohe Netzbelastungen; insbesondere in den Leitungen und Transformatoren
- Schlechtere Spannungsqualität sowie Versorgungssicherheit
- Teile der Generatorkapazität müssen für die Verlustenergieerzeugung verwendet werden, was damit zur Folge hat, dass die Erzeugung für nutzbare Arbeit entfällt
- Preisanpassungen bei den Endkundenpreisen, da Netzverluste (teilweise) Anerkennung in den Tarifen finden
Dem gegenüber führt eine erfolgreiche Reduktion der Netzverluste zu nachfolgend dargestellten positiven Entwicklungen:
- Es werden die Eigenkosten, also die reduzierten Kosten an Brennstoffen auf die nutzbare Kilowattstunde reduziert
- Geringere CO2 Belastung durch reduzierte (kalorische) Produktionsmengen
- Freiwerdende Leitungs- und Trafokapazitäten
- Erhöhung der Spannungsqualität und Versorgungssicherheit
- Erhöhung des Anteils jener Generatorkapazitäten, welche zur Erzeugung von nutzbarer Arbeit verwendet werden[31]

3.3 Gliederung der Netzverluste

Wie bereits im Vorfeld erwähnt, kann man die entstandenen Netzverluste in zwei große Gruppen unterteilen; jene der technischen Netzverluste und jene der kommerziellen Netzverluste.

Als Beispiele für jene Verluste, die ihren Ursprung technischer Natur haben können angeführt werden: Eisenverluste, Ohm’sche Verluste, etc. Als Beispiel für kommerzielle Verluste können Großteils jene Verluste angeführt werden, die durch Stromdiebstahl auf Basis einer Manipulation entstehen. Der Hauptteil dieser Arbeit wird sich mit der Kategorie der kommerziellen Verluste beschäftigen und wird in Folge dessen im Unterkapitel 3.3.2 nach ausführlicher behandelt werden.

Nachfolgend soll eine visuelle Darstellung der Netzverluste und eine damit verbundene Gruppierung für eine bessere Übersicht sorgen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Gliederung der Netzverluste[32]

Auf Basis dieser Darstellung möchte ich nun mit der detaillierten Beschreibung der jeweiligen Verlustgruppen beginnen. Zunächst widme ich mich den technischen Netzverlusten; im Anschluss daran werden die nichttechnischen Netzverluste behandelt.

[...]


[1] vgl. e-control Österreich, Das österreichische Strommarktmodell, 5

[2] vgl. e-control Österreich, Das österreichische Strommarktmodell, 25

[3] vgl. Keller, Netznutzungspreise in liberalisierten Elektrizitätsmärkten, 34

[4] vgl. Keller, Netznutzungspreise in liberalisierten Elektrizitätsmärkten, 34ff.

[5] vgl. Beitrag auf Amprion über Grundlast, Mittellast, Spitzenlast, www.amprion.net,

link: http://www.amprion.net/grundlast-mittellast-spitzenlast, 23.11.2012

[6] vgl. Beitrag von ELEM über TPP Bitola, www.elem.com.mk,

link: http://www.elem.com.mk/en/thermal-plants/121, 23.11.2012

[7] vgl. Beitrag von ELEM über TPP Oslomej, www.elem.com.mk,

link: http://www.elem.com.mk/en/thermal-plants/122, 23.11.2012

[8] vgl. Beitrag auf Der Standard, www.derstandard.at, EVN will in Mazedonien investieren,

link: http://derstandard.at/2581066, 08.01.2013

[9] vgl. Beitrag auf ELEM Energy Map of RM, www.elem.com.mk,

link: http://www.elem.com.mk/en/energy-map-of-rm, 23.11.2012

[10] vgl. Beitrag auf Global 2000, Atomkraft in Bulgarien, www.global2000.at,

link: http://www.global2000.at/site/de/wissen/atom/atomeuropa/article-akwbulgarien.htm, 17.02.2013

[11] vgl. Beitrag auf Amprion über Grundlast, Mittellast, Spitzenlast, www.amprion.net, link:

http://www.amprion.net/grundlast-mittellast-spitzenlast, 23.11.2012

[12] vgl. Kunz, Erneuerbare im Netz - Die notwendige Anpassung der Versorgungsinfrastruktur, 8 ff.

[13] vgl. Monstadt & Neumann, Netzgebundene Infrastrukturen unter Veränderungsdruck – Sektoranalyse Stromversorgung, 2003

[14] vgl. Mehlhorn, Moderne Netzanalyse, 1

[15] vgl. MEPSO Annual Report, Transmission System Operator, Intro, 1

[16] vgl. Kories/ Schmidt – Walter, Taschenbuch der Elektrotechnik, 7

[17] vgl. Ose, Elektrotechnik für Ingenieure, 25

[18] vgl. Mehlhorn, Moderne Netzanalyse, 1

[19] vgl. Straub, Der Zugang zu den Elektrizitätsnetzen in Europa und der Schweiz, 8

[20] vgl. Beitrag auf N-TV, Energiemarkt unter Strom, www.n-tv.de,

link: http://www.n-tv.de/wirtschaft/Energiemarkt-unter-Strom-article583870.html, 03.11.2012

[21] vgl. Beitrag auf EVN Macedonia AD über die Kennzahlen der EVN Macedonia, www.evn.mk,

link: http://www.evn.mk/de/evnmazedonien/index.asp, 03.11.2012

[22] Eigene Darstellung, vgl. MEPSO Annual Report, Transmission System Operator, Intro, 1 und vgl. Kennzahlen der EVN Macedonia AD, www.evn.mk, link: http://www.evn.mk/de/evnmazedonien/index.asp, 03.11.2012

[23] vgl. Straub, Der Zugang zu den Elektrizitätsnetzen in Europa und der Schweiz, 9

[24] vgl. Beitrag auf Europoles, Freileitungsmasten Niederspannung, www.europoles.de,

link: www.europoles.de/energie/uebertragung/freileitungsmasten-niederspannung/, 23.11.2012

[25] vgl. Beitrag auf Hochschule Karlsruhe, Niederspannungskabel 0,6/1kV, http://www.hs-karlsruhe.de/,

link: http://www.home.hs-karlsruhe.de/~lagu0001/lehre_exponate_kabel_niederspannungskabel.htm, 23.11.2012

[26] vgl. Beitrag auf EVN Macedonia AD über die Kennzahlen der EVN Macedonia, www.evn.mk,

link: http://www.evn.mk/de/evnmazedonien/index.asp, 03.11.2012

[27] vgl. Annual Report Toploficatija Skopje, 5

[28] selbst angestellte Darstellung aus Berechnung mit einer Leistung pro Kunde von 5 kW

[29] vgl. Zebisch, Netzverluste, 9

[30] eigene Darstellung anhand des Textes

[31] vgl. Zebisch, Netzverluste, 9f

[32] eigene Darstellung, vgl. Zebisch, Netzverluste, 10

Ende der Leseprobe aus 101 Seiten

Details

Titel
Reduzierung der Netzverluste im Rahmen von Investitionstätigkeiten im elektrischen Versorgungsnetz im Bereich Niederspannung
Hochschule
Wilhelm Büchner Hochschule Private Fernhochschule Darmstadt
Note
2,0
Autor
Jahr
2013
Seiten
101
Katalognummer
V275440
ISBN (eBook)
9783656677383
ISBN (Buch)
9783656677420
Dateigröße
2607 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Netzverluste, Projektmanagement, Netzqualität, Niederspannung
Arbeit zitieren
Stefan Trost (Autor), 2013, Reduzierung der Netzverluste im Rahmen von Investitionstätigkeiten im elektrischen Versorgungsnetz im Bereich Niederspannung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/275440

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