Windkraft Wirtschaftlichkeitsrechnung - eine ... · PDF fileHamburg; Diplomica, 2007. Literaturverzeichnis CIB – Simon Redlinger . Title: Folie 1 Author: ruß Created Date: 11/13/2014

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Windkraft

Wirtschaftlichkeitsrechnung -

eine systemdynamische Analyse

Vortrag zur Masterthesis im Rahmen der CIB 2014

im Studiengang: Industrial Management

bearbeitet von: Simon Redlinger

Betreuung durch: 1. Prof. Dr.-Ing. Axel Löffler

2. Prof. Dr. oec. Robert Rieg

CIB – Simon Redlinger

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1. Motivation / Problemstellung

2. System Dynamics – Methodik

3. Einfaches NPV-Modell

4. Dynamisches NPV-Modell

5. Risikoanalyse

6. Zusammenfassung / Ausblick


Inhalt

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5. Risikoanalyse



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Motivation / Problemstellung

● Entscheidungsprozess im Konflikt unterschiedlicher Zielvorstellungen der

beteiligten Parteien.


Kommunen

z. B.

Kommunalpolitische Ziele

Bürger

z. B.

Landschaftsbildliche

Ziele

Politik

z. B.

Energiepolitische Ziele

Investoren

z. B.

Monetäre Ziele

Abschnitt 1 – Motivation / Problemstellung

● Bewertung der Investitionsentscheidung anhand monetärer Ziele.

● Möglichkeiten der Investitionsentscheidung für Windkraftprojekt:

Ja/Nein-Entscheidung

Auswahlentscheidung

● Kapitalwert als entscheidungsrelevante Zielgröße.

● Ziel: Zahlungsströme dynamisch abbilden.

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Ja / Nein

Entscheidung

Standort A Standort B Auswahl-

entscheidung

Standort A Standort B

WKA Typ 1 Ja / Nein Ja / Nein WKA Typ 1

WKA Typ 2 Ja / Nein Ja / Nein WKA Typ 2

Motivation / Problemstellung – Zielgröße


Abschnitt 1 – Motivation / Problemstellung

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5. Risikoanalyse



Gewinnziel

Gewinndifferenz

Verkaufsanstrengung

RealisierterGewinn

+

+

+

-

B

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Methodik

● Abbildung und Analyse von komplexen Systemen aus Wirtschaft, Technik,

Umwelt und Gesellschaft mit Hilfe der System Dynamics (SD).

● Qualitative Beschreibung der Wirkungsstrukturen (mit Rückkopplungen)

durch Wirkungsgraphen erklärendes Modell vs. beschreibendes Modell.

Quelle: Sterman, John D.: Business Modeling, 2000, S. 52

Quelle: eigene Darstellung nach: Homepage HTW Aalen


Abschnitt 2 – System Dynamics – Methodik

● Übergang zu quantitativer Modellbeschreibung (graphisch und mathematisch)

mit Hilfe von Systemgrößen.

● allgemein:

● Beispiel:

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Quantitative Modelle

Quelle: Sterman, John D.: Business Modeling, 2000, S. 52



Systemgrößen zur quantitativen Modellbeschreibung:

1. Vorgabegrößen:

• konstant oder zeitabhängig, jedoch ohne Reaktion auf Systementwicklung.

2. Zwischengrößen:

• Verbindunggrößen zwischen Zustandsgrößen, Vorgabegrößen und anderen

Zwischengrößen. Beschreibung durch algebraische oder logische Funktionen.

3. Zustandsgrößen:

• Speichergrößen, die die Geschichte des Systems beschreiben. Werden durch

Differentialgleichung repräsentiert:

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Systemgrößen

Quelle: eigene Darstellung nach Bossel, Hartmut: Systeme, Dynamik, Simulation, 2004, S.89

BevölkerungGeburten Sterbefälle

+ +R B

GEBURTENRATE STERBERATE

+ +



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5. Risikoanalyse



Kapitalwertdiskontierte

Einzahlungendiskontierte

Auszahlungen

konformerunterjähriger Zinssatz

KALKULATIONSZINSSATZ

+

- -<Time>

<TIME STEP>

Einspeiseerlöse Betriebskosten

+ +

Qualitatives Teilmodell zur Berechnung des Kapitalwerts:

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Zustandsgröße Kapitalwert


Abschnitt 3 – Einfaches NPV-Modell

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Matrix der Zahlungskomponenten

Quelle: eigene Darstellung nach Stefan, Tobias: Investitionsrechnung von Projekten in Windkraftanlagen, 2007, S. 36

Zeitlicher Wiederholungscharakter

einmalig periodisch

Zah

lun

gskate

go

rie

Au

szah

lun

g Anschaffungsauszahlung:

- Kaufpreis der Anlage

- Kosten f. Netzanbindung & Verkabelung

- Kosten für Baumaßnahmen

- Kosten der Projektentwicklung

- Sonstige Kosten

Zahlungswirksame Betriebskosten:

- Instandhaltungskosten

- Versicherungskosten

- Grundstückskosten

- Steuern

- Nebenkosten

Ein

zah

lun

g

--- Einspeiseerlöse



Ausgewählte wichtige Modellannahmen:

Anlage wird schlüsselfertig gekauft. Alle davor anfallenden Kosten werden

zur Anschaffungsauszahlung zusammengefasst.

Betriebsbeginn am 01. Januar eines Jahres.

Steuerliche Wirkungen bleiben unberücksichtigt.

Keine Preissteigerungen.

Kein Resterlös nach Betriebsende.

Erhalt der Einspeiseerlöse erfolgt kontinuierlich.

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Modellannahmen



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Zwischengrößen / Vorgabegrößen

Schnittstelle

Einzahlungen (Folie 11)

Einspeiseerlöse

EEG Grundvergütung

+

+

PachtkostenBetriebskosten

Versicherungs

kosten

+

+

+

+

PACHTQUOTE

+

Theoretischer

Energieertrag

Instandhaltungskosten

TECHNISCHE

VERFÜGBARKEIT

tatsächlicher

Energieertrag

++

<Time>

+

+

+

EEG-REFERENZERTRAG

verlängerte

Laufzeit

-+

+

EEG-Anfangsvergütung

+

SPEZIFISCHEINSTANDHALTUNGS

KOSTEN

+

<ANSCHAFFUNGSAUSZAHLUNG>

SDL-BONUS

+

Maschinenversicherung

Betriebsunterbrechungsversicherung

HAFTPFLICHTVERSICHERUNG

+

+

+

++

Sonstige Kosten

+

+

VERSICHERUNGS

QUOTE

QUOTE SONSTIGE

KOSTEN

+

+

+



Schnittstelle

Auszahlungen (Folie 11)

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Zwischenfazit – Basismodell NPV

● Zusammenhänge größtenteils aus gesetzlichen Regelungen und pauschalen

Literaturwerten und Zusammenhängen.

● Keine Rückkopplungen.

● Zahlungsströme sind statisch Rentenbarwertformel (bei gleichbleibender

Vergütung).

● Instandhaltungskosten und somit zentraler Teil der Betriebskosten ergeben

sich nicht aus Systemstruktur „black box“.

● Ziel: Zahlungsströme dynamisch implementieren/ zeitliche Struktur abbilden.

R



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5. Risikoanalyse



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Modellerweiterung – dynamische Zahlungsströme

● Struktur größtenteils vorgegeben, d.h. zum Beispiel durch gesetzliche

Regelungen.

● Dynamik auf Ein- und Auszahlungsseite vor allem durch Energieertrag und

Instandhaltungskosten.

Energieertrag unterliegt stochastischen Prozessen, d.h. Wetter bzw.

Klimavorgängen und der technischen Verfügbarkeit.

Instandhaltungskosten sind abhängig vom Instandhaltungskonzept, Alter

der Anlage etc.

● Zusammenhänge der technischen Verfügbarkeit und der

Instandhaltungskosten erkennen und strukturell abbilden (erweitertes NPV-

Modell).


Abschnitt 4 – Dynamisches NPV-Modell

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Modellerweiterung – Literatur (Stand der Technik)

Ansatz zur beschreibenden Modellierung der Betriebskosten:

0 5 10 15 200

5

10

15

20

25

30

Betriebsjahr [Jahr]

spez

ifis

che

Bet

rieb

sko

sten

[€

/MW

h/J

ahr]

Stufenfunktion nach BWE 2002 Studie

Exponentialfunktionsansatz, C1(t)

Quelle: eigene Darstellung nach Albers, Axel: O&M Cost Modelling, Technical Losses and Associated Uncertainties, 2009, S. 2



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Modellerweiterung – SD-Ansatz

jährlicheVerfügbarkeitszeit

Einspeiseerlöse

Betriebskosten

THEORETISCHERENERGIEERTRAG

Abnutzung undDefekte

Instandhaltung

Notwendigkeit fürInstandhaltung

JAHRESSTUNDENZAHL

-

+

Instandhaltungsaufwand

technischeVerfügbarkeit

-

+

VERSCHLEIßRATE

spezifischeInstandhaltungskosten

Instandhaltungsbudget <Time>

MIN SPEZIFISCHEINSTANDHALTUNGSKOSTEN

B1

+

+

B2

R1

+

+tatsächlicherEnergieertrag

+

-

+

+

BUDGETQUOTE

+

+

+

+

+



Ansatz zur erklärenden Modellierung der Betriebskosten (eNPV-Modell):

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Simulationsergebnis – technische Verfügbarkeit

technische Verfügbarkeit

1

0.975

0.95

0.925

0.9

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Betriebsjahr [Jahr]

Dm

nl

technische Verfügbarkeit: eNPV-Referenzszenario

technische Verfügbarkeit: Kapitel 4.3.1



Betriebskosten

30,000

22,500

15,000

7,500

0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Betriebsjahr [Jahr]

€/Y

ear

Instandhaltungsbudget : eNPV-Referenzszenario

Versicherungskosten : eNPV-Referenzszenario

Pachtkosten : eNPV-Referenzszenario

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Simulationsergebnis – Betriebskosten



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Simulationsergebnis – Kapitalwert



Kapitalwert

0

-750,000

-1.5 M

-2.25 M

-3 M

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Time (Year)

€

Kapitalwert : eNPV-Referenzszenario

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Kurzzusammenfassung

● Im einfachen Kapitalwertmodell werden Zusammenhänge aus den Grundlagen

und den Zahlungsströmen eines Windkraftprojekts dargestellt.

● Da Kapitalwertmethode Betrachtung der zeitlichen Struktur benötigt, werden

Instandhaltungskosten und technische Verfügbarkeit dynamisch

betrachtet.

● Im Gegensatz zum Literaturansatz wird Verhalten erklärt und nicht nur

beschrieben.



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5. Risikoanalyse



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Risikoanalyse – Einführung

Unsicherheiten der zukünftigen Zahlungsströme:

Anschaffungsauszahlung: Risiko durch Modellannahme eliminiert.

Absatzpreis und -menge: durch EEG-Regelung kein Risiko.

Verlauf der Versicherungs- und Pachtkosten an Anschaffungsauszahlung

bzw. Einspeiseerlöse gekoppelt. Instandhaltungskosten durch Modellstruktur

determiniert.

Einspeiseerlöse: hohes Risiko, da an Windaufkommen gekoppelt.

Anwendung der Risikoanalyse am Referenzszenario:

Normalverteilte Unsicherheit beim berechneten Energieertrag von +/- 10 %.

Damit kann Erwartungswert und Standardabweichung festgelegt werden.


Abschnitt 5 – Risikoanalyse

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Risikoanalyse – Ergebnis

Risikoanalyse eNPV-Modell

50% 75% 95% 100%

Kapitalwert

0

-750,000

-1.5 M

-2.25 M

-3 M0 5.000 10.00 15.00 20.00

Time (Jahr)


Abschnitt 5 – Risikoanalyse

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5. Risikoanalyse



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Zusammenfassung – Modellerweiterung

● Bewertung eines Windkraftprojekts erfolgt auf Basis des Kapitalwertes.

● Dazu notwendig ist Betrachtung des Cashflows. Dynamik wird v.a. bestimmt

durch Windaufkommen und Instandhaltungskosten.

● System Dynamics - Methodik zur Modellierung der Instandhaltungskosten, da

Wind durch stochastische Verhalten nicht durch Wirkungsbeziehungen zu

beschreiben ist.


Abschnitt 6 – Zusammenfassung / Ausblick

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● Integration der Zielvorstellung einer Kommune. Zusammenhang über Pacht-

und Steuerzahlungen und evtl. freiwilligen Leistungen des Inverstors.

● Verknüpfung mit Modellen die die Verbreitung der Windkraft beschreiben.

● Detailliertere Beschreibung des Instandhaltungsprozesses um daraus

Instandhaltungsstrategien abzuleiten Einsparpotential.

● Generell große Anwendungsmöglichkeiten der System Dynamics für das

Controlling Prof. Dr. Robert Rieg, HTW Aalen.

Ausblick – Möglichkeiten


Abschnitt 6 – Zusammenfassung / Ausblick

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Vielen Dank !

AufmerksamkeitInteresse

+

Verständnis+

+

R


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● Albers, Axel: O&M Cost Modelling, Technical Loses and Associated

Uncertainties, 2009.

● Bossel, Hartmut: Systeme, Dynamik, Simulation; Norderstedt: Books on

Demand, 2004a.

● HTW Aalen: Flyer Studiengang Applied System Dynamics; URL:

http://www.htw-aalen.de/dynamic/img/content/studium/asd/asd_flyer.pdf, 2014.

● Sterman, John: Business dynamics; Boston: Irwin/McGraw-Hill, 2000.

● Tobias, Stefan: Investitionsrechnung von Projekten in Windkraftanlage;

Hamburg; Diplomica, 2007.

Literaturverzeichnis


http://www.htw-aalen.de/dynamic/img/content/studium/asd/asd_flyer.pdf



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