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13.11.2014 1
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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13.11.2014 2
1. Motivation / Problemstellung
2. System Dynamics – Methodik
3. Einfaches NPV-Modell
4. Dynamisches NPV-Modell
5. Risikoanalyse
6. Zusammenfassung / Ausblick
CIB – Simon Redlinger
Inhalt
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13.11.2014 3
1. Motivation / Problemstellung
2. System Dynamics – Methodik
3. Einfaches NPV-Modell
4. Dynamisches NPV-Modell
5. Risikoanalyse
6. Zusammenfassung / Ausblick
CIB – Simon Redlinger
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13.11.2014 4
Motivation / Problemstellung
● Entscheidungsprozess im Konflikt unterschiedlicher Zielvorstellungen der
beteiligten Parteien.
CIB – Simon Redlinger
Kommunen
z. B.
Kommunalpolitische Ziele
Bürger
z. B.
Landschaftsbildliche
Ziele
Politik
z. B.
Energiepolitische Ziele
Investoren
z. B.
Monetäre Ziele
Abschnitt 1 – Motivation / Problemstellung
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● Bewertung der Investitionsentscheidung anhand monetärer Ziele.
● Möglichkeiten der Investitionsentscheidung für Windkraftprojekt:
Ja/Nein-Entscheidung
Auswahlentscheidung
● Kapitalwert als entscheidungsrelevante Zielgröße.
● Ziel: Zahlungsströme dynamisch abbilden.
13.11.2014 5
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
CIB – Simon Redlinger
Abschnitt 1 – Motivation / Problemstellung
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13.11.2014 6
1. Motivation / Problemstellung
2. System Dynamics – Methodik
3. Einfaches NPV-Modell
4. Dynamisches NPV-Modell
5. Risikoanalyse
6. Zusammenfassung / Ausblick
CIB – Simon Redlinger
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Gewinnziel
Gewinndifferenz
Verkaufsanstrengung
RealisierterGewinn
+
+
+
-
B
13.11.2014 7
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
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Abschnitt 2 – System Dynamics – Methodik
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● Übergang zu quantitativer Modellbeschreibung (graphisch und mathematisch)
mit Hilfe von Systemgrößen.
● allgemein:
● Beispiel:
13.11.2014 8
Quantitative Modelle
Quelle: Sterman, John D.: Business Modeling, 2000, S. 52
CIB – Simon Redlinger
Abschnitt 2 – System Dynamics – Methodik
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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:
13.11.2014 9
Systemgrößen
Quelle: eigene Darstellung nach Bossel, Hartmut: Systeme, Dynamik, Simulation, 2004, S.89
BevölkerungGeburten Sterbefälle
+ +R B
GEBURTENRATE STERBERATE
+ +
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Abschnitt 2 – System Dynamics – Methodik
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13.11.2014 10
1. Motivation / Problemstellung
2. System Dynamics – Methodik
3. Einfaches NPV-Modell
4. Dynamisches NPV-Modell
5. Risikoanalyse
6. Zusammenfassung / Ausblick
CIB – Simon Redlinger
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Kapitalwertdiskontierte
Einzahlungendiskontierte
Auszahlungen
konformerunterjähriger Zinssatz
KALKULATIONSZINSSATZ
+
- -<Time>
<TIME STEP>
Einspeiseerlöse Betriebskosten
+ +
Qualitatives Teilmodell zur Berechnung des Kapitalwerts:
13.11.2014 11
Zustandsgröße Kapitalwert
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Abschnitt 3 – Einfaches NPV-Modell
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13.11.2014 12
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
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Abschnitt 3 – Einfaches NPV-Modell
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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.
13.11.2014 13
Modellannahmen
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Abschnitt 3 – Einfaches NPV-Modell
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13.11.2014 14
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
+
+
+
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Abschnitt 3 – Einfaches NPV-Modell
Schnittstelle
Auszahlungen (Folie 11)
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13.11.2014 15
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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Abschnitt 3 – Einfaches NPV-Modell
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13.11.2014 16
1. Motivation / Problemstellung
2. System Dynamics – Methodik
3. Einfaches NPV-Modell
4. Dynamisches NPV-Modell
5. Risikoanalyse
6. Zusammenfassung / Ausblick
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13.11.2014 17
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).
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Abschnitt 4 – Dynamisches NPV-Modell
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13.11.2014 18
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
Abschnitt 4 – Dynamisches NPV-Modell
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13.11.2014 19
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
+
+
+
+
+
CIB – Simon Redlinger
Abschnitt 4 – Dynamisches NPV-Modell
Ansatz zur erklärenden Modellierung der Betriebskosten (eNPV-Modell):
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13.11.2014 20
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
CIB – Simon Redlinger
Abschnitt 4 – Dynamisches NPV-Modell
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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
13.11.2014 21
Simulationsergebnis – Betriebskosten
CIB – Simon Redlinger
Abschnitt 4 – Dynamisches NPV-Modell
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13.11.2014 22
Simulationsergebnis – Kapitalwert
CIB – Simon Redlinger
Abschnitt 4 – Dynamisches NPV-Modell
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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13.11.2014 23
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.
CIB – Simon Redlinger
Abschnitt 4 – Dynamisches NPV-Modell
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13.11.2014 24
1. Motivation / Problemstellung
2. System Dynamics – Methodik
3. Einfaches NPV-Modell
4. Dynamisches NPV-Modell
5. Risikoanalyse
6. Zusammenfassung / Ausblick
CIB – Simon Redlinger
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13.11.2014 25
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.
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Abschnitt 5 – Risikoanalyse
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13.11.2014 26
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)
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Abschnitt 5 – Risikoanalyse
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13.11.2014 27
1. Motivation / Problemstellung
2. System Dynamics – Methodik
3. Einfaches NPV-Modell
4. Dynamisches NPV-Modell
5. Risikoanalyse
6. Zusammenfassung / Ausblick
CIB – Simon Redlinger
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13.11.2014 28
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.
CIB – Simon Redlinger
Abschnitt 6 – Zusammenfassung / Ausblick
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13.11.2014 29
● 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
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Abschnitt 6 – Zusammenfassung / Ausblick
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13.11.2014 30
Vielen Dank !
AufmerksamkeitInteresse
+
Verständnis+
+
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CIB – Simon Redlinger
![Page 31: Windkraft Wirtschaftlichkeitsrechnung - eine ... · PDF fileHamburg; Diplomica, 2007. Literaturverzeichnis CIB – Simon Redlinger . Title: Folie 1 Author: ruß Created Date: 11/13/2014](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051721/5a79cb307f8b9afa378cd978/html5/thumbnails/31.jpg)
13.11.2014 31
● Albers, Axel: O&M Cost Modelling, Technical Loses and Associated
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● 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
CIB – Simon Redlinger