Ansätze zur betriebsergebnisgestützten Optimierung der Verfügbarkeit von Kraftwerken PDF
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Jürgen Zell Ansätze zur betriebsergebnisgestützten Optimierung der Verfügbarkeit von Kraftwerken Wirtschaftswissenschaft ~ Jürgen Zell Ansätze zur betriebs· ergebnisgestützten Optimierung der Verfügbarkeit von Kraftwerken Deutscher Universitäts-Verlag Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Zell, Jürgen: Ansätze zur betriebsergebnisgestützten Optimierung der Verfügbarkeit von Kraftwerken / Jürgen Zell. - Wiesbaden: DUV, Dt. Univ.-Verl., 2000 (DUV : Wirtschaftswissenschaft) Zugl.: Aachen, RWTH, Diss., 1999 D82 (Diss. RWTH Aachen) Alle Rechte vorbehalten © Deutscher Universitäts-Verlag GmbH, Wiesbaden, 2000 Lektorat: Ute Wrasmann / Ronald Dietrich Der Deutsche Universitäts-Verlag ist ein Unternehmen der Fachverlagsgruppe BertelsmannSpringer. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzu I.ässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. www.duv.de Höchste inhaltliche und technische Qualität unserer Produkte ist unser Ziel. Bei der Produktion und Verbreitung unserer Bücher wollen wir die Umwelt schonen. Dieses Buch ist deshalb auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die Einschweiß folie besteht aus Polyäthylen und damit aus organischen Grundstoffen, die weder bei der Herstellung noch bei der Verbrennung Schadstoffe freisetzen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besandere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. ISBN 978-3-8244-0500-8 ISBN 978-3-322-89615-5 (eBook) DOI 10. I 007/978-3-322-896 15-5 Vorwort Lange Zeit hatten die Kraftwerksbetreiber das Ziel, die Verfügbarkeit ihrer Kraft werke unter Wahrung der Wirtschaftlichkeit möglichst hoch zu halten. Ausreichend vorhandene Kraftwerkskapazitäten und der seit 1998 in Deutschland gültige wettbe werblich ausgerichtete Ordnungsrahmen für die Elektrizitätswirtschaft bringt für die Kraftwerksbetreiber unter anderem das Erfordernis einer stärkeren Kosten-Nutzen Optimierung der Verfügbarkeit mit sich. Da trotz langjähriger Forschung immer noch ein beträchtliches Defizit hinsichtlich quantitativer produktionstheoretischer Ansätze zum betrieblichen Teilprozeß "Herstellung von Verfügbarkeit" besteht, stellt sich für die Kraftwerksbetreiber die Frage, wie diese verfügbarkeitsbezogene Optimierungs aufgabe zu lösen ist. In der vorliegenden Arbeit werden angesichts dieser Problemstellung für ver schiedene Marktformen in der Praxis umsetzbare Ansätze erarbeitet, die die Kraft werksbetreiber bei der Erreichung der bezüglich ihres Betriebsergebnisses optimalen Verfügbarkeit ihrer Kraftwerke unterstützen können. Für die gegenwärtig existieren den bilateralen Verträge zwischen den Kraftwerken und ihren Stromkunden wird hierzu ein Steuerungsinstrument für die Kraftwerksleitung in Form eines modular aufgebauten Vergütungsmodells für Verfügbarkeit entwickelt. Hinsichtlich einer Op timierung der Verfügbarkeit in einer möglichen Weiterentwicklung des deutschen Elektrizitätsmarkts, dem Pool-System, werden Empfehlungen für die verfügbarkeits bezogene Betriebsführung in eigenständig am Markt operierenden Kraftwerken so wie in Kraftwerken, die in einen aus mehreren Anlagen eines Elektrizitätsversor gungsunternehmens bestehenden Park eingebunden sind, abgeleitet. Die erfolgreiche Bearbeitung einer derartigen AufgabensteIlung neben der berufli chen Tätigkeit erfordert in besonderem Maße das Zusammenwirken günstiger Um stände. Daher möchte ich mich bei denjenigen bedanken, die diese Umstände her beigeführt haben. Für die Betreuung meiner Arbeit möchte ich mich besonders bei Herrn Univ.-Prof. Dr. Harald Dyckhoff bedanken. Er hat nicht nur die Unwägbarkeiten, die mit der Be treuung eines externen Doktoranden verbunden sind, auf sich genommen und mich bei Bedarf in die hochschulinternen Lehrstuhlaktivitäten integriert, sondern auch durch wertvolle Anregungen das Spektrum der wissenschaftlichen Ergebnisse über die praxisorientierten Aspekte hinaus noch breiter werden lassen. Herrn Univ.-Prof. Dr. Hartwig Steffenhagen danke ich herzlich für die bereitwillige Übernahme des Kor- v referats. Mein Dank gebührt aber auch Herrn Dr. Rainer Souren, der mir jederzeit in allen abwicklungstechnischen Fragen mit Rat und Tat zur Seite stand. Einen wichtigen Beitrag zum Gelingen der Arbeit haben FÜhrungskräfte und Kol legen der RWE Energie AG im Rahmen meiner beruflichen Tätigkeit geleistet. Mein Dank gilt im besonderen Herrn Dr. Gerd Jäger und Herrn Dr. Johannes Heithoff für die Anregung zur Auseinandersetzung mit der bearbeiteten ThemensteIlung sowie für die Gewährung der erforderlichen Freiräume auch in Zeiten hoher Arbeitsbela stung. Frau Christiane Kaspari leistete wertvolle Hilfe durch die Erstellung des Ma nuskripts und die kompetente Unterstützung in allen Fragen der Text- und Graphik verarbeitung. Dafür schulde ich ihr großen Dank. Zu ganz besonderem Dank verplichtet bin ich meiner Familie, ohne deren Unter stützung ich die AufgabensteIlung nicht hätte erfolgreich bearbeiten können. Meine Frau Ute hat mir viele Verpflichtungen abgenommen, einen oftmals übelgelaunten und gestreßten Ehemann ertragen und immer wieder psychologische Aufbauarbeit in schwierigen Phasen geleistet. Auf meine Eltern Elisabeth und Jakob Zell war jeder zeit Verlaß, wenn es darum ging, Unterstützung im alltäglichen familiären Umfeld zu bekommen. Jürgen Zell VI Inhaltsübersicht Symbol-und Abkürzungsverzeichnis XI Abbildungsverzeichnis XIV Tabellenverzeichnis XVI A Einführung 1 1 Einleitung und AufgabensteIlung 1 2 Aufbau und Gang der Untersuchung 7 B Die Verfügbarkeit von Kraftwerken im Rahmen der traditionellen Elektrizitätsversorgung 11 3 Versorgung mit elektrischer Energie 11 3.1 Technisch-wirtschaftliche Besonderheiten der Stromversorgung 11 3.2 Ordnungsrahmen der deutschen Elektrizitätswirtschaft 13 3.3 Struktur des Elektrizitätsversorgungssystems 16 3.4 Produktionssystem "Kraftwerk" 22 3.4.1 Anforderungen an den Betrieb von Kraftwerken 22 3.4.2 Charakteristika des Produktionssystems "Kraftwerk" 24 3.4.2.1 Klassifikation von Kraftwerken 24 3.4.2.2 Ausprägung von Input, Output und Throughput 27 3.4.2.3 Grobstruktur des Betriebs von Kraftwerken 30 3.5 Betriebsergebnisrechnung für Kraftwerke 38 4 Ökonomische Bedeutung der Verfügbarkeit im Rahmen des Kraftwerksbetriebs 51 4.1 Begriffe und Inhalte zur Verfügbarkeit 51 4.2 Verfügbarkeit in der Literatur 59 VII 4.3 Produktionstheoretische Überlegungen zur Herstellung von Verfügbarkeit 71 4.3.1 Quantitative Ansätze 71 4.3.2 Qualitative Ansätze 81 4.4 Verfügbarkeit von Kraftwerken aus Endkundensicht 85 C Verfügbarkeitsoptimierung in traditionellen bilateralen Verträgen mittels eines Modells zur Vergütung von Kraftwerksverfügbarkeit 89 5 Spezifikation des Modells 89 5.1 Aufgabe und Einordnung in den betriebswirtschaftlichen Rahmen 89 5.1.1 Merkmale der Kraftwerk-Kunde-Beziehungen 89 5.1.2 Funktion des Vergütungsmodells 94 5.1.3 Abgrenzung und Merkmale des Vergütungsmodells 98 5.2 Anforderungen an das Vergütungsmodell 100 5.3 Abgrenzung des Untersuchungsgegenstands 106 6 Gestaltung des Vergütungsmodells 107 6.1 Grobstruktur des Modells 107 6.2 Preisansätze für Verfügbarkeit 114 6.2.1 Verrechnungspreise 115 6.2.2 Preispolitische Ansätze für Industriegüter und Dienstleistungen 119 6.3 Auswahl eines Preisbildungsprinzips 124 6.4 Ermittlung des Preises für Verfügbarkeit 126 6.4.1 Verfügbarkeitsänderungsbedingte Kostenänderungen 126 6.4.1.1 Konstante Kapazität 126 6.4.1.2 Kapazitätsänderungen 132 6.4.2 Nutzen von Verfügbarkeit für verschiedene Kundensegmente 142 6.4.3 Methodik zur Ermittlung des Maximalpreises für Verfügbarkeit 146 6.4.4 Auswahl eines Preises für Verfügbarkeit 151 VIII 6.5 Ausgestaltung des Vergütungsmodells 158 6.5.1 Einflußgrößen auf den Kundennutzen 158 6.5.2 Modellübersicht 163 6.5.3 Module des Vergütungsmodells 166 6.5.3.1 Modul A: Abnutzungsentwicklung 166 6.5.3.2 Modul V: Einfacher Verfügbarkeitserlös 171 6.5.3.3 Modul PI-API: Einfache Plan-Außerplan-NV-Differenzierung 175 6.5.3.4 Modul V/Z: Verfügbarkeitserlös mit mehreren Zeitzonen 177 6.5.3.5 Modul PI-API/Z: Plan-Außerplan-NV-Differenzierung mit mehreren Zeitzonen 179 6.5.3.6 Modul VIF: Verfügbarkeitserlös mit unterschiedlicher Gültigkeitsdauer von Preisen und Normalwerten 180 6.5.3.7 Modul PI-API/F: Plan-Außerplan-NV-Differenzierung mit unterschiedlicher Gültigkeitsdauer von Preisen und Normalwerten 184 6.5.3.8 Modul VIZlF: Verfügbarkeitserlös mit mehreren Zeitzonen und unterschiedlicher Gültigkeitsdauer von Preisen und Normalwerten 185 6.5.3.9 Modul PI-APIIZlF: Plan-Außerplan-NV-Differenzierung mit mehreren Zeitzonen und unterschiedlicher Gültigkeitsdauer von Preisen und Normalwerten 187 6.5.4 Modifikation der Module 188 6.5.5 Modulauswahl 190 6.6 Probleme der Datenerfassung 190 6.7 Vergütung für Verfügbarkeit als Versicherungsprämie 193 7 Analyse ausgewählter Stromlieferbeziehungen und Schlußfolgerungen für den Kraftwerksbetrieb 199 7.1 Vergütung für Verfügbarkeit in fiktiven Kraftwerk-Kunde-Beziehungen 199 7.1.1 Innerbetriebliche Transaktion in einem vertikal integrierten Verbund unternehmen 200 7.1.2 Freie Transaktion zwischen Kraftwerk und einem Industrieunternehmen 214 7.2 Empfehlungen zur Verfügbarkeitsoptimierung 221 IX D Verfügbarkeitsoptimierung im Pool-System 227 8 Ausgewählte wettbewerbs orientierte Märkte für Elektrizität in der Europäischen Union 227 8.1 Pool-System in England und Wales 227 8.2 Organisation des norwegischen Strommarkts 233 9 Instrumente zur Verfügbarkeitsoptimierung 239 9.1 Merkmale eines grundlegenden fiktiven Pool-Systems 239 9.2 Verfügbarkeitssteuerung von eigenständigen Kraftwerken 241 9.3 Verfügbarkeitssteuerung in einer Zentrale-Kraftwerk-Beziehung 251 E Resümee 265 10 Zusammenfassung und Ausblick 265 Literaturverzeichnis 273 x
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