Kostenoptimale Prognose von Lasten in der Energiewirtschaft:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Lohmar ; Köln
Eul
2002
|
| Schriftenreihe: | Reihe: quantitative Ökonomie
126 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XIV, 136 S. graph. Darst. 21cm |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis XI
Tabellenverzeichnis XIII
1 Einleitung 1
1.1 Problemstellung 1
1.2 Aufbau der Arbeit 2
2 Die Situation auf dem Strommarkt 5
2.1 Ausgangssituation 5
2.1.1 Rechtliche Situation 5
2.1.2 Struktur der bundesdeutschen Elektrizitätswirtschaft 7
2.1.3 Marktvolumen und Marktstellung des Stroms in Deutschland 8
2.1.4 Interne Struktur der Versorgungsunternehmen 10
2.2 Liberalisierung des Strommarkts 11
2.2.1 Neue Rahmenbedingungen im Strommarkt 11
2.2.2 Anforderungen an die interne Struktur der Energieversorger 14
2.3 Kosten für die Netznutzung 15
2.3.1 Allgemeine Kosten 16
2.3.2 Kosten für Fahrplanabweichungen 17
2.4 Bilanzkreisbildung 18
3 Klassifizierung einzelner Lastzeitreihen 21
3.1 Zusammenfassung von Wochentagen zu Tagestypen 23
3.1.1 Beispiel für die Tagestypenerkennung 24
3.1.2 Informationsverfügbarkeit 26
3.1.3 Hierarchische Varianzanalyse 27
3.2 Zusammenfassung von Zeitpunkten zu Regimes 34
3.2.1 Notwendigkeit der Regimebildung 34
3.2.2 Verfahren der K Means Clusteranalyse 35
3.3 Ergebnis der Klassifikationen 41
VII
4 Prognose des Stromverbrauchs 43
4.1 Der variable LAG Operator 43
4.2 Der exponentielle Filter Operator 44
4.3 ARX Modell 46
4.3.1 Modell formulierung 47
4.3.2 Berechnung der Prädiktoren 48
4.3.3 Prognose mit Regressionsmodellen 50
4.4 Das explorative Faktormodell 51
4.4.1 Faktormodellbaum (explorativ) 53
4.4.2 Berechnung von Mittelwerten zur Trend Bereinigung 54
4.4.3 Berechnung und Zerlegung der Kovarianzmatrix 56
4.4.4 Prognose mit dem Faktormodell 58
5 Problematik der praktisch eingesetzten Kostenfunktionen 61
5.1 Struktur der Kosten funktionen flir Fahrplanabweichungen 61
5.1.1 Technische Aspekte bei Fahrplanabweichungen 61
5.1.2 Berechnung des Toleranzbandes 63
5.1.3 Abweichungen im Toleranzband 63
5.1.4 Größere Abweichungen 64
5.1.5 Verwendete Preise und Grenzen 64
5.2 Dimensionen der Kostenfiinktion 66
5.3 Dimensionsreduktion der Kostenfunktion 68
5.3.1 Schätzung des Bezugswerts 69
5.3.2 Schätzung des maximalen Fehlers 72
5.3.3 Umlage des Leistungs auf den Arbeitspreis 72
6 Kostenoptimale Anpassung der Prognosen 75
6.1 Kostenoptimale Lastprognosen 75
6.1.1 Kostenoptimale Prognosen im Lin Lin Fall 75
6.1.2 Kostenfiinktion bei Lastprognosen 78
6.1.3 Schätzung der Kostenfunktion 79
6.2 Verallgemeinerung der stückweisen zur einfachen Lin Lin Funktion 80
6.2.1 Saldierung von Fehlern 81
6.2.2 Berechnung einer mittleren Steigung 82
6.3 Iterative Initialisierung einer kostenoptimalen Prognose 83
6.3.1 Notwendigkeit der Simulation 83
6.3.2 Abbruchkriterium 87
VIII
7 Anwendung des Prognosesystems auf Kundendaten eines Stromversorgers. 89
7.1 Implementierung 89
7.2 Verwendete Daten 89
7.2.1 Daten Grundlage 90
7.2.2 Praktische Restriktionen flir die Anwendung des Verfahrens 91
7.3 Referenzverfahren 92
7.4 Ergebnisse des Verfahrens 94
7.4.1 Ergebnisse im Initialisierungszeitraum 94
7.4.2 Ergebnisse im Zeitraum der rollierenden Prognose 103
7.4.3 Beurteilung der Maximaprognosen 109
8 Diskussion 111
Anhang 115
A.l Kunde 4 116
A.2 Kunde 5 118
A.3 Kunde 6 120
A.4 Kunde 7 122
A.5 Kunde 8 124
A.6 Kunde 9 126
A.7 Kunde 10 128
A.8 Kunde 11 130
Literaturverzeichnis 133
IX
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Struktur der Elektrizitätswirtschaft der öffentlichen Versorgung 8
Abbildung 2: Wirtschaftliche Leistungen und Marktstufen in der
Elektrizitätswirtschaft 10
Abbildung 3: Durchschnittliche Tageslastgänge an Wochentagen ohne Feiertage 25
Abbildung 4: Durchschnittliche Lastgänge identifizierter Tagestypen ohne Feiertage .26
Abbildung 5: Regimes ftlr den Bilanzkreis PreussenElektra {Arbeitstag Di, Mi, Do} ..35
Abbildung 6: Ablauf der Faktormodell Prognose 53
Abbildung 7: Preisblatt des Netzbetreibers PreussenElektra zu
Fahrplanabweichungen 65
Abbildung 8: Lin Lin Kostenfunktion 76
Abbildung 9: Beispiel einer stückweise linearen Kostenfunktion 78
Abbildung 10: Ablauf der Ex Ante Simulation zur Initialisierung der Opt. Prognose ...85
Abbildung 11: Ablaufplan eines Prognosesystems zur Energieprognose 86
Abbildung 12: Betrachtete Datenmenge der 4 wöchigen Prognosezeiträume 92
Abbildung 13: Last des Kunden 1 im April 2000 95
Abbildung 14: Vergleich der Fehler beider Verfahren und Toleranzband des
Kunden 1 97
Abbildung 15: Last des Kunden 2 im April 2000 98
Abbildung 16: Vergleich der Fehler beider Verfahren und Toleranzband des
Kunden 2 99
Abbildung 17: Last des Kunden 3 (Bilanzkreis) im April 2000 100
Abbildung 18: Vergleich der Fehler beider Verfahren und Toleranzband des
Kunden 3 102
Abbildung 19: Lasten des Kunden 1 im Mai 2000 103
Abbildung 20: Vergleich der Fehler und Toleranzband des Kunden 1 im Mai 2000... 104
XI
Abbildung 21: Lasten des Kunden 2 im Mai 2000 105
Abbildung 22: Vergleich der Fehler und Toleranzband des Kunden 2 im Mai 2000... 106
Abbildung 23: Lasten des Kunden 3 im Mai 2000 107
Abbildung 24: Vergleich der Fehler und Toleranzband des Kunden 3 im Mai 2000... 108
Abbildung 25: Last des Kunden 4 im April Mai 2000 116
Abbildung 26: Vergleich der Fehler des Kunden 4 im April Mai 2000 117
Abbildung 27: Last des Kunden 5 im April Mai 2000 118
Abbildung 28: Vergleich der Fehler des Kunden 5 im April Mai 2000 119
Abbildung 29: Last des Kunden 6 im April Mai 2000 120
Abbildung 30: Vergleich der Fehler des Kunden 6 im April Mai 2000 121
Abbildung 31: Last des Kunden 7 im April Mai 2000 122
Abbildung 32: Vergleich der Fehler des Kunden 7 im April Mai 2000 123
Abbildung 33: Last des Kunden 8 im April Mai 2000 124
Abbildung 34: Vergleich der Fehler des Kunden 8 im April Mai 2000 125
Abbildung 35: Last des Kunden 9 im April Mai 2000 126
Abbildung 36: Vergleich der Fehler des Kunden 9 im April Mai 2000 127
Abbildung 37: Last des Kunden 10 im April Mai 2000 128
Abbildung 38: Vergleich der Fehler des Kunden 10 im April Mai 2000 129
Abbildung 39: Last des Kunden 11 im April Mai 2000 130
Abbildung 40: Vergleich der Fehler des Kunden 11 im April Mai 2000 131
XII
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Aufkommen und Verwendung von Elektrizität in Deutschland 9
Tabelle 2: Anteile der Energieträger bei Endverbrauchern 9
Tabelle 3: Datenstruktur der Lastwerte 22
Tabelle 4: Datenstruktur der Tagestyp und Regimeinformation 41
Tabelle 5: Kosten für Fahrplanabweichungen im Netzbereich PreussenElektra 66
Tabelle 6: Kostenentwicklung im Initialisierungszeitraum für Kunden 1 96
Tabelle 7: Kostenentwicklung im Initialisierungszeitraum für Kunden 2 98
Tabelle 8: Kostenentwicklung im Initialisierungszeitraum für Kunden 3 101
Tabelle 9: Maxima Prognosen der drei Kunden 109
Tabelle 10: Anpassung und Kosten Kunde 4 116
Tabelle 11: Anpassung und Kosten Kunde 5 118
Tabelle 12: Anpassung und Kosten Kunde 6 120
Tabelle 13: Anpassung und Kosten Kunde 7 122
Tabelle 14: Anpassung und Kosten Kunde 8 124
Tabelle 15: Anpassung und Kosten Kunde 9 126
Tabelle 16: Anpassung und Kosten Kunde 10 128
Tabelle 17: Anpassung und Kosten Kunde 11 130
XIII
|
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Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis XI
Tabellenverzeichnis XIII
1 Einleitung 1
1.1 Problemstellung 1
1.2 Aufbau der Arbeit 2
2 Die Situation auf dem Strommarkt 5
2.1 Ausgangssituation 5
2.1.1 Rechtliche Situation 5
2.1.2 Struktur der bundesdeutschen Elektrizitätswirtschaft 7
2.1.3 Marktvolumen und Marktstellung des Stroms in Deutschland 8
2.1.4 Interne Struktur der Versorgungsunternehmen 10
2.2 Liberalisierung des Strommarkts 11
2.2.1 Neue Rahmenbedingungen im Strommarkt 11
2.2.2 Anforderungen an die interne Struktur der Energieversorger 14
2.3 Kosten für die Netznutzung 15
2.3.1 Allgemeine Kosten 16
2.3.2 Kosten für Fahrplanabweichungen 17
2.4 Bilanzkreisbildung 18
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3.1 Zusammenfassung von Wochentagen zu Tagestypen 23
3.1.1 Beispiel für die Tagestypenerkennung 24
3.1.2 Informationsverfügbarkeit 26
3.1.3 Hierarchische Varianzanalyse 27
3.2 Zusammenfassung von Zeitpunkten zu Regimes 34
3.2.1 Notwendigkeit der Regimebildung 34
3.2.2 Verfahren der K Means Clusteranalyse 35
3.3 Ergebnis der Klassifikationen 41
VII
4 Prognose des Stromverbrauchs 43
4.1 Der variable LAG Operator 43
4.2 Der exponentielle Filter Operator 44
4.3 ARX Modell 46
4.3.1 Modell formulierung 47
4.3.2 Berechnung der Prädiktoren 48
4.3.3 Prognose mit Regressionsmodellen 50
4.4 Das explorative Faktormodell 51
4.4.1 Faktormodellbaum (explorativ) 53
4.4.2 Berechnung von Mittelwerten zur Trend Bereinigung 54
4.4.3 Berechnung und Zerlegung der Kovarianzmatrix 56
4.4.4 Prognose mit dem Faktormodell 58
5 Problematik der praktisch eingesetzten Kostenfunktionen 61
5.1 Struktur der Kosten funktionen flir Fahrplanabweichungen 61
5.1.1 Technische Aspekte bei Fahrplanabweichungen 61
5.1.2 Berechnung des Toleranzbandes 63
5.1.3 Abweichungen im Toleranzband 63
5.1.4 Größere Abweichungen 64
5.1.5 Verwendete Preise und Grenzen 64
5.2 Dimensionen der Kostenfiinktion 66
5.3 Dimensionsreduktion der Kostenfunktion 68
5.3.1 Schätzung des Bezugswerts 69
5.3.2 Schätzung des maximalen Fehlers 72
5.3.3 Umlage des Leistungs auf den Arbeitspreis 72
6 Kostenoptimale Anpassung der Prognosen 75
6.1 Kostenoptimale Lastprognosen 75
6.1.1 Kostenoptimale Prognosen im Lin Lin Fall 75
6.1.2 Kostenfiinktion bei Lastprognosen 78
6.1.3 Schätzung der Kostenfunktion 79
6.2 Verallgemeinerung der stückweisen zur einfachen Lin Lin Funktion 80
6.2.1 Saldierung von Fehlern 81
6.2.2 Berechnung einer mittleren Steigung 82
6.3 Iterative Initialisierung einer kostenoptimalen Prognose 83
6.3.1 Notwendigkeit der Simulation 83
6.3.2 Abbruchkriterium 87
VIII
7 Anwendung des Prognosesystems auf Kundendaten eines Stromversorgers. 89
7.1 Implementierung 89
7.2 Verwendete Daten 89
7.2.1 Daten Grundlage 90
7.2.2 Praktische Restriktionen flir die Anwendung des Verfahrens 91
7.3 Referenzverfahren 92
7.4 Ergebnisse des Verfahrens 94
7.4.1 Ergebnisse im Initialisierungszeitraum 94
7.4.2 Ergebnisse im Zeitraum der rollierenden Prognose 103
7.4.3 Beurteilung der Maximaprognosen 109
8 Diskussion 111
Anhang 115
A.l Kunde 4 116
A.2 Kunde 5 118
A.3 Kunde 6 120
A.4 Kunde 7 122
A.5 Kunde 8 124
A.6 Kunde 9 126
A.7 Kunde 10 128
A.8 Kunde 11 130
Literaturverzeichnis 133
IX
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Struktur der Elektrizitätswirtschaft der öffentlichen Versorgung 8
Abbildung 2: Wirtschaftliche Leistungen und Marktstufen in der
Elektrizitätswirtschaft 10
Abbildung 3: Durchschnittliche Tageslastgänge an Wochentagen ohne Feiertage 25
Abbildung 4: Durchschnittliche Lastgänge identifizierter Tagestypen ohne Feiertage .26
Abbildung 5: Regimes ftlr den Bilanzkreis PreussenElektra {Arbeitstag Di, Mi, Do} .35
Abbildung 6: Ablauf der Faktormodell Prognose 53
Abbildung 7: Preisblatt des Netzbetreibers PreussenElektra zu
Fahrplanabweichungen 65
Abbildung 8: Lin Lin Kostenfunktion 76
Abbildung 9: Beispiel einer stückweise linearen Kostenfunktion 78
Abbildung 10: Ablauf der Ex Ante Simulation zur Initialisierung der Opt. Prognose .85
Abbildung 11: Ablaufplan eines Prognosesystems zur Energieprognose 86
Abbildung 12: Betrachtete Datenmenge der 4 wöchigen Prognosezeiträume 92
Abbildung 13: Last des Kunden 1 im April 2000 95
Abbildung 14: Vergleich der Fehler beider Verfahren und Toleranzband des
Kunden 1 97
Abbildung 15: Last des Kunden 2 im April 2000 98
Abbildung 16: Vergleich der Fehler beider Verfahren und Toleranzband des
Kunden 2 99
Abbildung 17: Last des Kunden 3 (Bilanzkreis) im April 2000 100
Abbildung 18: Vergleich der Fehler beider Verfahren und Toleranzband des
Kunden 3 102
Abbildung 19: Lasten des Kunden 1 im Mai 2000 103
Abbildung 20: Vergleich der Fehler und Toleranzband des Kunden 1 im Mai 2000. 104
XI
Abbildung 21: Lasten des Kunden 2 im Mai 2000 105
Abbildung 22: Vergleich der Fehler und Toleranzband des Kunden 2 im Mai 2000. 106
Abbildung 23: Lasten des Kunden 3 im Mai 2000 107
Abbildung 24: Vergleich der Fehler und Toleranzband des Kunden 3 im Mai 2000. 108
Abbildung 25: Last des Kunden 4 im April Mai 2000 116
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Abbildung 29: Last des Kunden 6 im April Mai 2000 120
Abbildung 30: Vergleich der Fehler des Kunden 6 im April Mai 2000 121
Abbildung 31: Last des Kunden 7 im April Mai 2000 122
Abbildung 32: Vergleich der Fehler des Kunden 7 im April Mai 2000 123
Abbildung 33: Last des Kunden 8 im April Mai 2000 124
Abbildung 34: Vergleich der Fehler des Kunden 8 im April Mai 2000 125
Abbildung 35: Last des Kunden 9 im April Mai 2000 126
Abbildung 36: Vergleich der Fehler des Kunden 9 im April Mai 2000 127
Abbildung 37: Last des Kunden 10 im April Mai 2000 128
Abbildung 38: Vergleich der Fehler des Kunden 10 im April Mai 2000 129
Abbildung 39: Last des Kunden 11 im April Mai 2000 130
Abbildung 40: Vergleich der Fehler des Kunden 11 im April Mai 2000 131
XII
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Aufkommen und Verwendung von Elektrizität in Deutschland 9
Tabelle 2: Anteile der Energieträger bei Endverbrauchern 9
Tabelle 3: Datenstruktur der Lastwerte 22
Tabelle 4: Datenstruktur der Tagestyp und Regimeinformation 41
Tabelle 5: Kosten für Fahrplanabweichungen im Netzbereich PreussenElektra 66
Tabelle 6: Kostenentwicklung im Initialisierungszeitraum für Kunden 1 96
Tabelle 7: Kostenentwicklung im Initialisierungszeitraum für Kunden 2 98
Tabelle 8: Kostenentwicklung im Initialisierungszeitraum für Kunden 3 101
Tabelle 9: Maxima Prognosen der drei Kunden 109
Tabelle 10: Anpassung und Kosten Kunde 4 116
Tabelle 11: Anpassung und Kosten Kunde 5 118
Tabelle 12: Anpassung und Kosten Kunde 6 120
Tabelle 13: Anpassung und Kosten Kunde 7 122
Tabelle 14: Anpassung und Kosten Kunde 8 124
Tabelle 15: Anpassung und Kosten Kunde 9 126
Tabelle 16: Anpassung und Kosten Kunde 10 128
Tabelle 17: Anpassung und Kosten Kunde 11 130
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