TY - THES

T1 - Evaluierung und Optimierung von Simulationsinstrumenten in der Gasflusssteuerung

AU - Lehbauer, Thomas

N1 - gesperrt bis 03-12-2020

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - In der Erdgaslogistik wird der effizienten und versorgungssicheren Gasflusssteuerung zur Erfüllung der technisch und geschäftlich komplexen Transportaufgabe eine bedeutende Rolle zugesprochen. Dafür sind eine möglichst genaue Prognose über die zu transportierenden Gasmengen sowie eine zutreffende Simulation bezüglich der situationsbedingt günstigsten Fahrweisen von großer Relevanz. Die Gestaltung der Prognoseverfahren ist zu einem bedeutenden Anteil von der Marktstruktur und entsprechenden rechtlichen Rahmenbedingungen abhängig. Für den Gastransport im österreichischen Fernleitungsnetz ist aufgrund der geltenden Gesetze und Richtlinien eine absolut sichere Prognose über die zu transportierende Menge Erdgas nur für eine Dauer von zwei Stunden möglich. Über diesen Zeitraum hinausgehende Annahmen sind mit zunehmender Prognosedauer mit einer steigenden Unsicherheit behaftet. Für die Wahl der im operativen Bereich eingesetzten Simulationsinstrumente stellen sowohl die für die Durchführung der Simulationen benötigten Eingabe- und Berechnungszeiten als auch die Genauigkeit des angewandten Algorithmus entscheidende Faktoren dar. Das Erzielen nahezu punktgenauer Ergebnisse steht dabei aufgrund der dafür benötigten komplexen Rechenvorgänge im Widerspruch mit den zur Unterstützung einer raschen Entscheidungsfindung erforderlichen kurzen Eingabe- und Berechnungszeiten. Deshalb werden in Bezug auf Genauigkeit der verwendeten Berechnungsalgorithmen oftmals Kompromisse akzeptiert. Dies führt jedoch wiederrum dazu, dass in Situationen, in welchen zwei oder mehrere unterschiedliche Fahrweisen eine ähnliche Effizienz aufweisen, das erhöhte Risiko besteht, dass aufgrund der in ihrer Genauigkeit eingeschränkten Ergebnisse eine im Vergleich zur optimalen Lösung ungünstige Alternative gewählt wird. Mit dem Ziel, eine Evaluierung und Optimierung der in der operativen Gasflusssteuerung eingesetzten Simulationsinstrumente durchzuführen, werden in dieser Arbeit zunächst sowohl die allgemeinen Grundlagen zur Analyse von Gasleitungsnetzen, als auch die Anforderungen an angewandte Prognoseverfahren untersucht. Anschließend werden, aufgrund der Spezifikationen des österreichischen Fernleitungsnetzes und der geltenden Marktregeln, die grundlegenden Anforderungen sowie Rahmenbedingungen für den Benchmark von Simulationsinstrumenten zur Unterstützung der operativen Gasflusssteuerung definiert. Es wird eine Auswahl an zur Verfügung stehenden Simulationsinstrumenten auf die Erfüllung der festgelegten Anforderungen sowie die Möglichkeit ihrer Implementierung in die vorhandene Systemlandschaft überprüft. Zu diesem Zweck werden unter konsistenten Voraussetzungen mehrere Simulationsreihen anhand eines ausgewählten Leitungssystems durchgeführt und die notwendigen Schnittstellen zu anderen Systemkomponenten, vor allem jene des zur Gasflusssteuerung eingesetzten SCADA-Systems, im Hinblick auf Anpassungsfähigkeit und Praktikabilität untersucht. Des Weiteren werden die im Rahmen der Simulationsreihen erzielten Ergebnisse unter den Aspekten des zur Durchführung der Simulationen benötigten Eingabe- und Berechnungsaufwandes miteinander verglichen und die Ursachen für auftretende Ergebnisabweichungen analysiert. Durch einen direkten Vergleich zwischen im Rahmen des Benchmarks untersuchten Tools werden die Stärken und Schwächen der angewandten Simulationsinstrumente verdeutlicht. Auch eine wirtschaftliche Betrachtung wird durchgeführt. Aufgrund der durch den Benchmark hervorgebrachten Erkenntnisse ist es schließlich möglich, verschiedene Strategien und Optimierungspotentiale abzuleiten. Sowohl für die weitere Ausgestaltung des Prognoseverfahrens als auch für die Weiterentwicklung des angewandten Simulationsinstrumentes können schließlich Verbesserungsvorschläge konzipiert und Empfehlungen abgegeben werden.

AB - In der Erdgaslogistik wird der effizienten und versorgungssicheren Gasflusssteuerung zur Erfüllung der technisch und geschäftlich komplexen Transportaufgabe eine bedeutende Rolle zugesprochen. Dafür sind eine möglichst genaue Prognose über die zu transportierenden Gasmengen sowie eine zutreffende Simulation bezüglich der situationsbedingt günstigsten Fahrweisen von großer Relevanz. Die Gestaltung der Prognoseverfahren ist zu einem bedeutenden Anteil von der Marktstruktur und entsprechenden rechtlichen Rahmenbedingungen abhängig. Für den Gastransport im österreichischen Fernleitungsnetz ist aufgrund der geltenden Gesetze und Richtlinien eine absolut sichere Prognose über die zu transportierende Menge Erdgas nur für eine Dauer von zwei Stunden möglich. Über diesen Zeitraum hinausgehende Annahmen sind mit zunehmender Prognosedauer mit einer steigenden Unsicherheit behaftet. Für die Wahl der im operativen Bereich eingesetzten Simulationsinstrumente stellen sowohl die für die Durchführung der Simulationen benötigten Eingabe- und Berechnungszeiten als auch die Genauigkeit des angewandten Algorithmus entscheidende Faktoren dar. Das Erzielen nahezu punktgenauer Ergebnisse steht dabei aufgrund der dafür benötigten komplexen Rechenvorgänge im Widerspruch mit den zur Unterstützung einer raschen Entscheidungsfindung erforderlichen kurzen Eingabe- und Berechnungszeiten. Deshalb werden in Bezug auf Genauigkeit der verwendeten Berechnungsalgorithmen oftmals Kompromisse akzeptiert. Dies führt jedoch wiederrum dazu, dass in Situationen, in welchen zwei oder mehrere unterschiedliche Fahrweisen eine ähnliche Effizienz aufweisen, das erhöhte Risiko besteht, dass aufgrund der in ihrer Genauigkeit eingeschränkten Ergebnisse eine im Vergleich zur optimalen Lösung ungünstige Alternative gewählt wird. Mit dem Ziel, eine Evaluierung und Optimierung der in der operativen Gasflusssteuerung eingesetzten Simulationsinstrumente durchzuführen, werden in dieser Arbeit zunächst sowohl die allgemeinen Grundlagen zur Analyse von Gasleitungsnetzen, als auch die Anforderungen an angewandte Prognoseverfahren untersucht. Anschließend werden, aufgrund der Spezifikationen des österreichischen Fernleitungsnetzes und der geltenden Marktregeln, die grundlegenden Anforderungen sowie Rahmenbedingungen für den Benchmark von Simulationsinstrumenten zur Unterstützung der operativen Gasflusssteuerung definiert. Es wird eine Auswahl an zur Verfügung stehenden Simulationsinstrumenten auf die Erfüllung der festgelegten Anforderungen sowie die Möglichkeit ihrer Implementierung in die vorhandene Systemlandschaft überprüft. Zu diesem Zweck werden unter konsistenten Voraussetzungen mehrere Simulationsreihen anhand eines ausgewählten Leitungssystems durchgeführt und die notwendigen Schnittstellen zu anderen Systemkomponenten, vor allem jene des zur Gasflusssteuerung eingesetzten SCADA-Systems, im Hinblick auf Anpassungsfähigkeit und Praktikabilität untersucht. Des Weiteren werden die im Rahmen der Simulationsreihen erzielten Ergebnisse unter den Aspekten des zur Durchführung der Simulationen benötigten Eingabe- und Berechnungsaufwandes miteinander verglichen und die Ursachen für auftretende Ergebnisabweichungen analysiert. Durch einen direkten Vergleich zwischen im Rahmen des Benchmarks untersuchten Tools werden die Stärken und Schwächen der angewandten Simulationsinstrumente verdeutlicht. Auch eine wirtschaftliche Betrachtung wird durchgeführt. Aufgrund der durch den Benchmark hervorgebrachten Erkenntnisse ist es schließlich möglich, verschiedene Strategien und Optimierungspotentiale abzuleiten. Sowohl für die weitere Ausgestaltung des Prognoseverfahrens als auch für die Weiterentwicklung des angewandten Simulationsinstrumentes können schließlich Verbesserungsvorschläge konzipiert und Empfehlungen abgegeben werden.

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