Die strategische Planung von Hub-and-Spoke-Netzen ist ein transportlogistisches Optimierungsproblem: Eine Menge an Depots soll untereinander Sendungen austauschen. Direktverbindungen von jedem Depot zu jedem anderen Depot sind in vielen Anwendungsfällen zu kostspielig. Stattdessen werden einige wenige Hubstandorte zur Konsolidierung der Sendungsströme errichtet. Die Sendungen werden auf ihrem Weg vom Start- zum Zieldepot über bis zu zwei Hubknoten geroutet. Dieses Vorgehen lohnt sich, falls die Skaleneffekte durch Transportbündelung die erforderlichen Kosten zur Errichtung und zum Betrieb der Hubstandorte übersteigen.
Eine Herausforderung bei der strategischen Planung von Transportnetzen ist aufgrund schwankender Transportmengen auf den einzelnen Quelle-Senke-Verbindungen die Integration von verschiedenen Nachfrageszenarios. Im Konzept der variablen Zuordnung werden die Zuordnungen von den Depot- zu den Hubknoten dynamisch an aktuelle Nachfrageszenarien angepasst.
Zur Lösung des vorliegenden Optimierungsproblems wurden Dekompositionsverfahren entwickelt. Durch Zerlegung in eine zweistufige Formulierung werden die Entscheidungsvariablen sowohl auf verschiedenen Planungsebenen als auch zwischen den unterschiedlichen Nachfrageszenarien entkoppelt. Die Auswertung der numerischen Experimente legt dar, dass durch die vorgeschlagenen Dekompositionsverfahren optimale Lösungen um ein Vielfaches schneller als unter Verwendung von klassischer Optimierungssoftware gefunden werden.
Aktualisiert: 2023-03-16
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Verteilnetzbetreiber stehen heutzutage vor der Herausforderung, unter hohem Kostendruck und steigenden technischen Anforderungen eine kosteneffiziente und versorgungssichere Energieversorgung zu gewährleisten. Durch die zunehmenden dezentralen Erzeugungsanlagen und die Veränderungen im Verbraucherverhalten werden Investitionen in den Um- und Ausbau der Verteilnetze zwingend erforderlich. Gleichzeitig stehen die Netzbetreiber vor einem hohen Erneuerungsbedarf. Aufgrund von langfristigen Planungsunsicherheiten sind Investitionen jedoch mit finanziellen Risiken verbunden. Eine effiziente Netzentwicklung verlangt daher die strategische Ausrichtung der Planung, die sowohl die Synergien einer integrierten Erneuerungs- und Erweiterungsplanung als auch die Flexibilität, auf unerwünschte Entwicklungen reagieren zu können, gleichermaßen berücksichtigt. Das Ziel der Arbeit liegt in der Erforschung eines Ansatzes zur Identifikation optimaler Entscheidungen für die integrierte Planung von Erneuerungs- und Erweiterungsinvestitionen unter Unsicherheit. Die Bewertung der Handlungsflexibilität ermöglicht dabei, Risiken abzuschwächen und die Effizienz langfristiger Planungsentscheidungen zu steigern. Durch die Anwendung der Realoptionsanalyse wird der Netzplaner in der Optimierung des Zeitpunkts und der Folge abhängiger Entscheidungen unterstützt. Zusammengefasst beschreibt die vorliegende Arbeit einen theoretischen Planungsansatz und eröffnet eine neue Perspektive für den Umgang mit Unsicherheit und Risiko in der strategischen Planung elektrischer Netze.
Aktualisiert: 2019-08-12
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