K u rzfassu n g sb an d - Graz University of Technology

142 Energieinnovation 2006
5.4.4 „Bewertung der Effizienz der Instandhaltung elektrischer
Energienetze auf Basis von Risikoindizes“
Gerhard Theil, Besim Demiri (TU-Wien/Institut für Elektrische Anlagen
und Energiewirtschaft) 1
Aktuelle Entwicklungen in der Energiepolitik und bei Verfügbarkeit und -Kosten von Primärenergie
sowie Auswirkungen von Klimaänderungen verursachen Rückwirkungen auf sämtliche Sektoren der
Elektrizitätsversorgung, somit auch auf den Bereich der Übertragungs- und Verteilungsnetze. Die
Netzgesellschaften sehen sich mit den gegensätzlichen Forderungen konfrontiert, einerseits Netzgebühren
zu reduzieren, andererseits die Netze so auszulegen, dass sie erhöhte Energietransporte
bewältigen und Umwelteinflüssen wie extremer Witterung standhalten können. Zur Bewältigung dieser
Aufgabe sind herkömmliche Methoden der strategischen Planung nicht mehr geeignet, es werden
vielmehr komplexere Modelle zur Abbildung des Betriebsverhaltens und der Zuverlässigkeit der Betriebsmittel,
der Mechanismen der Instandhaltungsprozesse sowie der resultierenden Kosten benötigt.
Die vorliegende Arbeit ist dem Thema der Instandhaltungsoptimierung gewidmet. Das Problem
"Instandaltung" sollte immer im Zusammenhang mit der Zuverlässigkeit des Systems betrachtet
werden, denn Zweck von Instandhaltungsmaßnahmen ist es, eine möglichst gleich bleibende Systemzuverlässigkeit
aufrecht zu erhalten. Das Ziel der Instandhaltungsoptimierung ist es also, Instandhaltungskosten
zu minimieren und gleichzeitig die durch Ausfälle verursachten Kosten nicht gelieferter
Energie möglichst gering zu halten.
Ein zentrales Problem der zuverlässigkeitsorientierten Instandhaltungsplanung besteht darin, den
Einfluss der Instandhaltungsintensität auf die Ausfallrate der Betriebsmittel zu modellieren. Dies erfolgt
mit Hilfe von statistischen Verteilungsfunktionen, welche die Lebensdauer und den zeitlichen Abstand
zwischen reparierbaren Fehlern (Zyklusdauer) beschreiben. Diese Verteilungsfunktionen werden
mathematisch so formuliert, dass die Instandhaltungsintensität darin als Variable enthalten ist. Somit
lässt sich ihre Auswirkung auf Lebens- und Zyklusdauer und damit auf die entsprechenden
Ausfallraten mathematisch beschreiben. Unter Instandhaltungsintensität ist die Zeit bis zum Austausch
eines gealterten Betriebsmittels oder der zeitliche Abstand zwischen Wartungen, welche zur
Verlängerung von Lebens- und Zyklusdauer durchgeführt werden, zu verstehen.
Die Lebens- und Zyklusdauerverteilungsfunktionen werden mit Hilfe von Methoden der Erneuerungstheorie
[1] zu Erneuerungsdichten verarbeitet. Die Erneuerungsdichte gibt den Erwartungswert der
Anzahl der Erneuerungen (durch Austausch oder Reparatur) innerhalb einer gegebenen Zeitperiode
(z.B. 1 Jahr) an. Kombiniert man die Erneuerungsdichte mit den ereignisorientierten Erneuerungskosten
(Kosten für Austausch und Ausfall) und mit den Wartungskosten, so erhält man eine Größe zur
Bewertung des mit einer Veränderung der Instandhaltungsintensität verbundenen Risikos [2]. Dieses
wird im Rahmen der Instandhaltungsoptimierung als Zielfunktion verwendet.
Die vorliegende Arbeit ist im Speziellen den Betriebsmitteltypen "Masten" und "Seile" der 20-kV-
Spannungsebene gewidmet. Die Berechnungen werden mit Daten, welche von einem österreichischen
Energieversorgungsunternehmen zur Verfügung gestellt wurden, durchgeführt. Sie umfassen
Errichtungszeiten der Betriebsmittel, Lebensdauern, Kosten für Errichtung und Instandhaltung. Für
einen speziellen Netzausschnitt wurden auch die für eine System-Zuverlässigkeitsuntersuchung
benötigten Daten wie Netzstruktur, eingesetzte Netztechnik, Verbrauchertyp und Lasten, erfasst.
Unter Verwendung dieser Daten werden die Lebensdauerhistogramme der betrachteten Betriebsmitteltypen
ermittelt. Auf Basis der Histogramme werden die Parameter der Lebensdauerverteilungsfunktionen
geschätzt. Dies erfolgt mit Hilfe einer evolutionsstrategischen Optimierung, wobei die
Quadratsumme der Abstände zwischen Dichtefunktion und Histogramm durch Anpassung der Dichtefunktionsparameter
minimiert wird [3]. Am Beispiel des Betriebsmittels "20kV-Holzmansten" wird (in
der Langfassung der vorliegenden Arbeit) ein Resultat dieser Prozedur präsentiert. Da in den
verfügbaren Datenbeständen keine Angaben über Störungen und dadurch verursachte Ausfälle
existieren, ist es nicht möglich, Zyklusdauerverteilungen zu ermitteln. Folglich müssen die vorliegenden
Untersuchungen auf die Abschätzung der Wirkung der Instandhaltungsmaßnahmen "Austausch"
und "Wartung zur Verlängerung der Lebensdauer" beschränkt werden.
1 Technische Universität Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft,
1040 Wien, Gußhausstraße 25, Tel.: +43-1-58801-37317, Fax.: +43-1-58801-37399,
e-mail.: gerhard.theil@tuwien.ac.at , demiri@ea.tuwien.ac.at;