Untersuchung der Kraftwerkreserve im Verbundsystem PDF
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FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr. 2816/F achgruppe Bergbau/Energie Herausgegeben vom Minister fur Wissenschaft und Forschung Prof. Dr. techno Kurt W. Edwin Dr. -lng. Hans-Dieter Kochs Dr. -lng. Gunter Traeder Institut fUr Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen Untersuchung der Kraftwerkreserve im Verbundsystem Westdeutscher Verlag 1979 Dr.-Ing. H.-D. Kochs und Dr.-Ing. G. Traeder waren zur Zeit der Erstellung dieses Forschungsberichtes Wissenschaftliche Assistenten am Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft der RWTH Aachen. CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Edwin, Kurt w.: Untersuchung der Kraftwerkreserve im Verbund system / Kurt W. Edwin ; Hans-Dieter Kochs Günter Traeder. - Opladen : Westdeutscher Verlag, 1979. (Forschungsberichte des Landes Nordrhein Westfalen ; Nr. 2816 : Fachgruppe Bergbau, Energie) ISBN 978-3-531-02816-3 ISBN 978-3-322-88468-8 (eBook) DOI 10.1007/978-3-322-88468-8 NE: Kochs, Hans-Dieter:; Traeder, Günter: © 1979 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag INHALTSVERZEICHNIS O. VERZEICHNIS DER VERWENDETEN FORMELZEICHEN VI 1. PROBLEMANALYSE UND ZIEL DER ARBEIT 1.1 EinfUhrung 1.1.1 Entwicklung der Leistung irn deutschen Verbundsystern 3 1.1.2 Aufgaben des Verbundsysterns 7 1.1.3 Wandel irn Verbundbetrieb 9 1.2 Reservebedarf und Reservebereitstellung 10 1.2.1 Gebrauchliche Begriffe auf dern Gebiet der Leistungsreserve 10 1.2.2 Reservebedarf fUr die Verbraucher 13 1.2.3 Reservebedarf fUr die Kraftwerke 14 1.2.4 Zeitliche Gesichtspunkte des Reserve- bedarfs 16 1.2.5 Reservebereitstellung 17 1.2.6 Derzeit bekannte Verfahren zur Errnittlung des Reservebedarfs 27 1.3 Ziel der Arbeit 28 2. BETRIEB VON KRAFTWERKSSYSTEMEN 1M VERBUNDNETZ 31 2.1 Norrnalbetrieb 31 2.2 Betrieb irn Starungsfall 32 2.2.1 Das Leistungsverhalten von Kraftwerks- blacken 32 2.2.2 Reaktion des Verbundnetzes und Leistungs- reserven nach Ausfallen 34 2.2.3 Grundrnodell fUr den Reserveeinsatz 36 - IV - 3. MATHEMATISCHE GRUNOLAGEN ZUR BESCHREIBU~G DER ZUVERLASSIGKEIT VON KRAFTWERKSBLOCKEN UNO KRAFTWERKSSYSTEMEN 38 3.1 KenngroBen zur Beschreibung der Zuverlassig- keit von Kraftwerksblocken 38 3.1 . 1 KenngroBen der Betriebsdauer 40 3.1 .2 KenngroBen der Instandsetzungsdauer 42 3.1. 3 KenngroBen der Oringlichkeit der Stillstande 45 3.1. 4 KenngroBen der Zugriffszeit zur Stundenreserve 47 3.1. 5 Berlicksichtigung der Ungenauigkeit in der KenngroBenbestirnrnung 50 3.2 Mathernatische Verfahren zur Berechnung der Zuverlassigkeit von Kraftwerksblocken 54 3.2.1 Beschreibung des stochastischen Leistungs- verhaltens als ErneuerungsprozeB 54 3.2.2 Oer Markoffsche ProzeB 58 3.2.3 Oer Nicht-Markoffsche ProzeB 63 3.2.4 Oas Verfahren der Zustandsstufen 68 3.3 Mathernatische Verfahren zur Berechnung der Leistungsreserve von Kraftwerksblocken 86 3.3.1 Modell zur Berechnung der Gesarntreserve 86 3.3.2 Modell zur Berechnung der Minutenreserve und Stundenreserve 91 3.3.3 Berlicksichtigung der Oatenungenauigkeiten 96 3.4 Mathernatische Verfahren zur Berechnung der Leistungsreserve von Kraftwerkssystemen 98 3.4.1 Kombinationsrnethode 99 3.4.2 Faltungsmethode - Verfahren der rekursiven kurnulativen Ausfallwahrscheinlichkeit 103 3.4.3 Verfahren der rekursiven kurnulativen Aus fallwahrscheinlichkeit unter Berlicksichti- gung der Oatenungenauigkeit 105 3.4.4 Berticksichtigung von vertraglichen Be- zugsleistungen 108 3.4.5 Auswirkungen bei Vernachlassigung von Verbundleitungen 110 - v - 3.4.6 Interpretation zeitabhangiger Wahr scheinlichkeiten 111 4. LEISTUNGSRESERVE BEl DER AUSBAUPLANUNG VON 115 KRAFTWERKSSYSTEMEN 4.1 Bestirnmung des Bedarfes der technisch \V'irtschaftlichen Gesamtreserve 115 4.1.1 Notwendige Eingangsdaten 115 4.1.2 Interpretation des Risikobegriffes bei der Ausbauplanung der Gesamt reserve 117 4.1.3 Berechnung der Gesamtreserve realer Kraftwerkssysteme der Bundesrepublik Deutschland 118 4.2 Bestirnmung des Bedarfes der Minutenreserve 126 4.2.1 Notwendige Eingangsdaten 126 4.2.2 Interpretation des Risikobegriffes bei der Ausbauplanung der Minuten reserve 127 4.2.3 Berechnung der Minutenreserve realer Kraftwerkssysteme der Bundesrepublik Deutschland 127 4.3 Bestimmung des Bedarfes der Stundenreserve 141 4.3.1 Stundenreserve bei Minutenreserve mit unbegrenztem Arbeitsvermogen 142 4.3.2 Stundenreserve bei Minutenreserve mit begrenztem Arbeitsvermogen 143 5. LEISTUNGSRESERVE BEl DER BETRIEBSPLANUNG VON KRAFTWERKSSYSTEMEN 144 5.1 Bestimmung des Bedarfes der technisch wirtschaftlichen Gesamtreserve 146 5.1.1 Notwendige Eingangsdaten 146 5.1.2 Interpretation des Risikobegriffs bei der Betriebsplanung der Gesamt reserve 147 - VI - 5.1.3 Grundsatzliche Uberlegungen zur Be rechnung der taglich notwendigen Gesamtreserve 148 5.1.4 Berechnung der taglich notwendigen Gesamtreserve von Kraftwerkssystemen 151 5.2 Bestimmung des Bedarfes der Minutenreserve 156 5.2.1 Notwendige Eingangsdaten 156 5.2.2 Interpretation des Risikobegriffes bei der Betriebsplanung der Minuten- reserve 157 5.2.3 Grundsatzliche Uberlegungen zur Be rechnung der taglich notwendigen Minu- tenreserve 157 5.2.4 Berechnung der taglich notwendigen Minutenreserve von Kraftwerkssystemen 159 5.3 Bestimmung des Bedarfes der Stundenreserve 162 5.3.1 Stundenreserve bei Minutenreserve mit unbegrenztem Arbeitsvermogen 162 5.3.2 Stundenreserve bei Minutenreserve mit begrenztem Arbeitsvermogen 162 6. UBERWACHUNG UND STEUERUNG DER LEISTUNGSRESERVE BEl DER BETRIEBSFUHRUNG 164 6.1 Notwendige Eingangsdaten 164 6.2 Berechnung der kumulativen Ausfallwahrschein- lichkeit als Funktion der Zeit 165 6.3 Berticksichtigung von kalten Reserveeinheiten (stand-by-Reserve) 166 6.4 Berticksichtigung von vertraglichen Bezugs- leistungen 169 6.5 Berechnung der Wahrscheinlichkeit von Leistungs- defiziten eines EVU im Verbundsystem 170 6.5.1 Berechnung der Wahrscheinlichkeit von fik tiven Leistungsdefiziten (keine Bertick- sichtigung des Verbundbetriebes) 170 6.5.2 EinfluB der Ungenauigkeit der'Prognose der Belastung 172 - VII - 6.5.3 Berechnung der Wahrscheinlichkeit tatsachlicher Leistungsdefizite 174 6.5.4 Berechnung der Wahrscheinlichkeit fur nicht zeitgerechten Ersatz der ausgefallenen Leistung (vereinbarte Dauern der Aushilfszeit) 185 6.5.5 Bedeutung der hergeleiteten zeitab hangigen Wahrscheinlichkeiten als technisch-wirtschaftliche Risiken 187 6.6 Anwendungsbeispiele fur die Einsatzrnoglich keiten der Kurzzeit-Zuverlassigkeitsberech- nung als Hilfsrnittel fur den Lastverteiler 189 7. ZUSAMMENFASSUNG 202 8. ANHANG 205 Anhang I 205 Anhang II 209 Anhang III 212 Anhang IV 215 Anhang V 218 Anhang VI 232 Anhang VII 233 Anhang VIII 234 Anhang IX 236 Anhang X 239 Anhang XI 240 Anhang XII 242 9. SCHRIFTTUM 244 - VIII - O. VERZEICHNIS OER FORMELZEICHEN Ubergangsraten ai, k A Ubergangsmatrix A. Koeffizienten l c Blockleistung cEA Variationskoeffizient der mittleren Instandsetzungs dauer cEB Variationskoeffizient der mittleren Betriebsdauer cEZH Variationskoeffizient der mittleren Zugriffszeit zur Stundenreserve Variationskoeffizient der SchnellschluBfalle COO Variationskoeffizient der bis zu 5 Stunden dispo COS nib len Stillstande d Wahrscheinlichkeitsdichte der Oringlichkeiten der Stillstande 0 Wahrscheinlichkeitsverteilung der Oringlichkeiten der Stillstande 0 Mittlere, akkumulierte Ausfalldauer (Kapitel 3.4.6) DO Wahrscheinlichkeit von SchnellschluBfallen Wahrscheinlichkeit von bis zu 5 Stunden disponiblen 05 Stillstanden E Erwartungswert, Mittelwert EA Mittlere Instandsetzungsdauer EB Mittlere Betriebsdauer ED Mittlere disponible Dauer von Stillstanden Mittlere Zugriffszeit zur Stundenreserve EZH I Ek E Systemzustandsdauern O-k E _ _ O k j - IX - f Wahrscheinlichkeitsdichte Wahrscheinlichkeitsdichte der Zugriffszeit zur Stundenreserve F Wahrscheinlichkeitsverteilung Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zugriffszeit zur Stundenreserve Wahrscheinlichkeitsverteilungen von Systemzustanden h Erneuerungsdichte H Mittlere Haufigkeit H Erneuerungsfunktion (Kapitel 3.2.4) k Verfugbarkeit von Kraftwerksblocken k Wahrscheinlichkeitsverteilung von Zustandsdauern (Kapitel 3.2.1) m Wahrscheinlichkeitsdichte der Instandsetzungsdauern M Wahrscheinlichkeitsverteilung der Instandsetzungs dauern MTTF Mean Time To Failure MTTR Mean Time To Repair Anzahl der Ausfalldauern Anzahl der Betriebsdauern Anzahl der disponiblen Stillstande Anzahl der Zugriffszeiten zur Stundenreserve Anzahl von Ereignissen NV NichtverlaBlichkeit eines Kraftwerksblockes p Wahrscheinlichkeit Wahrscheinlichkeit, daB sich der Kraftwerksblock im ausgefallenen Zustand befindet Wahrscheinlichkeit, daB sich der Kraftwerksblock im Betriebszustand befindet P. Systemzustandswahrscheinlichkeit J - x - Zuverlassigkeitsgrenzwert fUr die Gesamtreserve Auf das Jahr bezogener Zuverlassigkeitsgrenzwert fUr die Gesamtreserve Zuverlassigkeitsgrenzwert fUr die Minutenreserve Zuverlassigkeitsniveau fUr die Gesamtreserve Zuverlassigkeitsniveau fUr die Minutenreserve Wahrscheinlichkeitsverteilung der Betriebsdauer r Koeffizient der Streuung R Uberlebenswahrscheinlichkeit Leistungsvermogen der Leistungsstufe k Zufallsvariable des Leistungsdefizites, das durch Gesamtreserve gedeckt werden muB Zufallsvariable des Leistungsdefizites, das durch Minutenreserve gedeckt werden muB Zufallsvariable des Leistungsdefizites, das durch durch Stundenreserve gedeckt werden muB SAR Gesamtreserve SMR Minutenreserve SHR Stundenreserve tA Ausfalldauer tB Betriebsdauer tD disponible Betriebsdauer tR Reservedauer tpl Wartungsbedingte Stillstandsdauer TA Zufallsvariable der Ausfalldauer TB Zufallsvariable der Betriebsdauer TD Zufallsvariable der disponiblen Betriebsdauer Zufallsvariable der Zugriffszeit zur Stundenreserve TZH TAj Zufallsvariable der Systemzustandsdauer, die mit Gesan,treserve gedeckt werden muB Zufallsvariable der Systemzustandsdauer, die mit ,-1inutenreserve gedeckt werden muB
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