Simulation von Investitionsentscheidungen im Wasserkraftgebiet: Fallstudien zur Entwicklung und Sanierung vorhandener Anlagen auf der grünen Wiese

Einführung

Dieses Whitepaper untersucht die Methoden und Tools, die zur Simulation von Investitionsentscheidungen für Wasserkraft verwendet werden, und beleuchtet, wie diese hochauflösenden Simulationen die finanziellen Ergebnisse optimieren und die Entscheidungsprozesse verbessern können.

Strategische Investitionen in Wasserkraft spielen eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung nachhaltiger Energiesysteme der Zukunft. Ganz gleich, ob es um die Entwicklung eines neuen Wasserkraftwerks (HPP) oder die Modernisierung eines bestehenden geht, die getroffenen Entscheidungen in der Planungsphase haben langfristige Auswirkungen auf die finanzielle Tragfähigkeit, die Betriebseffizienz und die Auswirkungen auf die Umwelt.

Die Entwicklung neuer HPPs — vom ersten Konzept bis zum Betrieb — dauert in der Regel lange, oft über ein Jahr oder länger. Dies gilt insbesondere für mittlere und große Projekte, bei denen komplexe Genehmigungsverfahren, Umweltprüfungen, Verhandlungen mit Interessenvertretern und Infrastrukturplanung durchgeführt werden müssen. Jede Phase erfordert eine sorgfältige Bewertung der technischen Machbarkeit, der Marktbedingungen und der regulatorischen Rahmenbedingungen.

Für bestehende Wasserkraftanlagen stellen Sanierungs- und Modernisierungsprojekte eine Reihe anderer Herausforderungen dar. Bei diesen Initiativen müssen die historische Leistungsfähigkeit der Standorte, die bestehende Infrastruktur und die Betriebsanforderungen berücksichtigt werden. Darüber hinaus muss jede Investition in die bestehenden Produktions- und Handelsstrategien abgestimmt sein, um sicherzustellen, dass Modernisierungen den laufenden Betrieb verbessern und nicht stören.

In beiden Kontexten ist die Szenarioanalyse sehr gefragt, arbeits- und zeitintensiv, aber zunehmend unverzichtbar. Die Simulation von Anlagenentscheidungen (IDS) löst eine wiederkehrende Herausforderung in diesem Prozess: die Abhängigkeit von manuell erstellten hydrologischen Modellen in tabellenkalkulationen. Mit IDS haben Analysen nun Zugriff auf eine schnellere, interaktive Alternative, die Schrittdaten aggregiert und Betriebsszenarien mit hoher Präzision simuliert, die nicht viele hydrologische Systeme haben, sind in Excel oder Tools ähnlich. Digitale Tools wie HYDROGRID Insight bieten einen transformativen Ansatz, der es ermöglicht, mehrere Szenarien schnell, interaktiv und eingehend zu bewerten.

Die Wirkung

Die Simulation von Investitionsentscheidungen in der Wasserkraft ist ein komplexer Analyseprozess, d. h. Entwickler, Betreiber und Berater können die finanziellen und betrieblichen Auswirkungen verschiedener strategischer Entscheidungen bewerten. Dies unterstützt sichere, datenbasierte Entscheidungen, integrale digitale Simulationen, reale Daten und fortschrittliche Modellierungstechniken, um sichere, datenbasierte Entscheidungen zu unterstützen und die Analyse auf die Umsetzung zu konzentrieren.

In The Core integriert die Methode eine Reihe von Variablen, darunter:

• Telemetriedaten aus bestehenden Vermögenswerten;
• Historische Zuflussaufzeichnungen und Strommarktdaten, aus öffentlich zugänglichen Quellen und internen Aufzeichnungen;
• Hydrologische und betriebliche Einschränkungen spezifisch für jeden Standort;
• Wirkungsgradkurven sowohl die aktuellen als auch die betrachteten Hardwarekonfigurationen;
• Saisonaler Zufluss Trendentwicklung und
• Wasserwertberechnungen die den wirtschaftlichen Wert von gespeichertem oder wiedererzeugtem Wasser unter verschiedenen Marktbedingungen widerspiegeln.

Diese Eingaben werden von der Plattform THE HYDROGRID INSIGHT verarbeitet, die auf einer soliden Basis basiert, die speziell für den Betrieb von Wasserkraftwerken entwickelt wurde. Das Ergebnis dieser hohen Simulation ist eine Reihe detaillierter, interaktiver Berichte, in denen die Kapitalrendite (ROI) anhand mehrerer Wetter- und Marktszenarien quantifiziert wird. Dies ermöglicht den Beteiligten, Entscheidungen mit Sicherheit zu treffen und den Fokus der Fähigkeitsanalyse auf die Umsetzungsplanung zu legen. So können IDS-Datensätze mit der Investitionsanalyse einen Mehrwert bieten:

Beteiligte Technologien

(Digitaler Zwilling) Modellierung von Topologie und Wassersystem

With the digital twin technology was created an virtual analysis an water power plant, with the Developer and operator can simulating the behavior in real time under different technical and market conditions.

Dazu gehört die Modellierung verschiedener Anlagenlayouts, Turbinenkonfigurationen und Investitionsszenarien mit stündlicher Auflösung. Digitale Zwillinge spiegeln den aktuellen Betrieb wider — einschließlich Schwankungen der Zuflüsse, Einsatzbeschränkungen und Marktdynamiken — und ermöglichen so das präzise Testen von Upgrade-Optionen, Betriebsstrategien und der langfristigen Leistung — und das alles vor der physischen Implementierung.

Greenfield-Projekte werden direkt in die Plattform integriert, wobei verschiedene Szenarien verwendet werden, die in Vormachbarkeits- und Machbarkeitsstudien vorgestellt wurden.

Berücksichtigung harter und weicher Beschränkungen, Wirkungsgradkurven und Strompreisschätzungen

Der Betrieb von Wasserkraftwerken unterliegt einer komplexen Mischung von Restriktionen — einige sind solide, wie z. B. offizielle Grenzwerte, und andere flexibel, wie z. B. marktorientierte Einsatzstrategien.

Diese Einschränkungen stehen oft auf einer Seite zusammen, auch der Bereich optimaler Betriebsbedingungen. Die Simulationswerkzeuge helfen dabei, diese Komplexität zu kontrollieren, wenn sie sowohl harte als auch weiche Beschränkungen beinhalten und sie in der Grafik und den aktuellen Preiswerten miteinander in Beziehung stehen, um die tatsächlichen Betriebsstrategien zu ermitteln.

Es ist hervorragend, historische Leistungsdaten mit regulatorischen Anforderungen und technischen Parametern zu vergleichen und verschiedene Eingangsszenarien und das Verhalten der Turbinenkonfiguration zu bewerten. Auf diese Weise können Entwickler die am besten geeigneten Hardware- und Betriebseinrichtungen für einen bestimmten Standort ermitteln und sicherstellen, dass die Entscheidungen sowohl technisch fundiert als auch wirtschaftlich optimiert sind.

Erweiterte ML-basierte Zuflussprognosen unter Verwendung historischer Daten

Eines der prägenden Merkmale der Wasserkraft ist ihre Abhängigkeit vom Wasserfluss, der aufgrund der Wetterbedingungen und der saisonalen Muster der Natur variabel ist. Diese Variabilität wirkt sich direkt auf die Stromerzeugung und auch auf die Einnahmen aus dem Stromverkauf aus — insbesondere bei Projekten mit fließendem Wasser, wenn die Speicherkapazität begrenzt ist und Schwankungen des Stromzugangs Auswirkungen auf den Betrieb haben.

Durch die Beziehung saisonaler Zuflusstrends, historischer hydrologischer Daten und auf maschinelles Lernen basierender Prognosen ermöglicht IDS den Beteiligten, modellieren, wie sich verschiedene Wetterszenarien auf das Erzeugungspotenzial und den Umsatz auswirken.

Diese Simulationen liefern detaillierte ROI-Berichte für eine Reihe von hydrologischen Bedingungen. Entwickler und Betreiber investieren mit mehr Sicherheit und Präzision.

Die Simulationsengine kombiniert fortschrittliche, auf maschinellem Lernen basierende Zuflussprognosen, die Modellierung digitaler Zwillinge und die Fähigkeit, sowohl harte als auch weiche Beschränkungen zu berücksichtigen, um regulatorische, technische und ökologischen Gegebenheiten zu berechnen. Digitale Zwillingsmodellierung der aktuellen Betriebsabläufe und Investitionsmöglichkeiten.

Anwendungen bei der Entwicklung neuer Projekte

Machbarkeits- und Szenariotests für Greenfield-Projekte

Verfügbarkeits- und Machbarkeitsstudien müssen wichtige Planungs- und Investitionsentscheidungen auf der Grundlage standortspezifischer Bedingungen wie verfügbares Wasser, saisonale Schwankungen, Marktansprüche und Topographie entwickeln. Diese Entscheidungen — wie die beste Speicherkapazität oder die Wahl der geeigneten Förderhöhe festgelegt werden — wirken sich direkt auf das Anlagenlayout, die Wahl der Turbinen und die langfristige Leistung aus.

In dieser Phase bieten hochauflösende Simulationstools wertvolle Unterstützung, da die Teams es ermöglichen, mehrere Designkonfigurationen anhand realistischer Zufluss- und Marktszenarien zu testen. Anstatt ausschließlich auf statische Annahmen zu verzichten, können Entwickler untersuchen, wie verschiedene technische Konfigurationen unter unterschiedlichen Bedingungen auftreten, was dazu führt, dass Risiken frühzeitig erkannt und wichtige Parameter optimiert werden. Dies muss eine robustere Projektplanung durchsetzen und für eine bessere Finanzierung und Umsetzung sprechen.

Ein aktuelles Beispiel für diesen Ansatz ist der Fall von Hyvity, das mithilfe von Investment Decision Simulation verschiedene Layouts für ein Pumpspeicherprojekt mit geschlossenem Kreislauf in einer Wüstenregion evaluiert hat. Der einzigartige Kontext des Projekts, dass es sich zuvor um eine große Batterie handelte, erforderte eine sorgfältige Bewertung der Größe der Stausees und die Wahl der Förderhöhe, um den geologischen Gegebenheiten und der Marktdynamik der Standorte gerecht zu werden.

Die Simulationen von Hyvity konzentrierten sich auf die Optimierung der Leistungsfähigkeit des Systems, übermäßig viel Sonnenenergie zu speichern und sie übertragen nachts zu Spitzenzeiten, wobei die deutliche Preisspanne genutzt wurde, die durch den hohen Solarmarktanteil der Region entsteht. Die Modellierung berücksichtigte die Zykluseffizienz und stellte sicher, dass die Energieverluste beim Pumpen und Generieren durch ausreichende Preisunterschiede ausgeglichen wurden.

Darüber hinaus berücksichtigte die Simulation Verdunstungsverluste, ein kritischer Faktor angesichts des trockenen Klimas und der offenen Wasseroberflächen. Durch den Test verschiedener Reservoirgrößen und Förderhöhenkonfigurationen war Hyvity in der Lage, ein Layout zu identifizieren, das die Rentabilität maximierte und gleichzeitig die betriebliche Belastbarkeit beibehielt. Das Ergebnis war eine datenbasierte Designstrategie, die die technische Fähigkeit mit den Marktveränderungen Schritt hält und demonstriert, wie IDS komplexe ökologische und ökonomische Variablen in übersetzbare Anlagenperspektiven umwandeln kann.

Abstimmung und Zustimmung der Interessengruppen

Die Finanzierung neuer Wasserkraftprojekte ist eine Vielzahl wasserspezifischer Merkmale der Natur. Dazu gehören die Variabilität der Hydrologie, das Potenzial von Kostenüberschreitungen und Verspätungen beim Bau sowie der langfristige Charakter der Vorteile, die sich oft über Jahrzehnte erstrecken. Diese Faktoren führen zu Unsicherheiten, die Investoren und Kreditgeber in der frühen Phase der Planung vorsichtig machen können.

Die Simulation von Anlageentscheidungen (Investment Decision Simulation, IDS) bietet eine effiziente Methode, um diesen Fragen aus dem Weg zu gehen, da sie transparente, datengestützte Belege für die Kapitalallokation bietet. IDS generieren detaillierte Prognosen der finanziellen Rendite unter verschiedenen Wetter- und Marktszenarien, wann diese fließen, Marktkosten, Betriebsbeschränkungen und Hardwareleistung stark modellieren. Auf diese Weise können Entwickler quantifizierte risikobereinigte ROI-Prognosen vorlegen, die das Vertrauen stärken sollten, als es die Abhängigkeit von statischen oder berechneten Werten sein könnte. Im Folgenden finden Sie nur drei Beispiele dafür, wie IDS den branchenüblichen Berechnungen von Finanzanalysen einen Mehrwert verleihen kann:

Anwendungen in der Optimierung — ältere Projekte

Offener Betrieb vorhandener Wasserkraftanlagen bieten einzigartige Möglichkeiten zur Optimierung, Reinvestition und strategischen Planung. Die Investment Decision Simulation (IDS) unterstützt diese Bemühungen, indem sie detaillierte Szenariotests für Nachfrage, Neuzulassungen und Anlagenüberprüfungen ermöglicht. So können Betreiber überhöhte Werte ausgleichen und so die langfristige Performance verbessern.

Operative Upgrades und Ausrüstungen

Das norwegische Wasserkraftunternehmen CADRE AS hat mit HYDROGRID zur Bewertung des Potenzials eines bestehenden Systems das IDS von HYDROGRID Insight genutzt, um eine zusätzliche Turbine zu erweitern, verglichen mit einer einfachen Turbinenaktualisierung der bestehenden Anlage. Dabei wurden die finanziellen und betrieblichen Auswirkungen der Modernisierung auf der Grundlage realer Betriebsdaten ermittelt.

Erste Leistungsberechnung für CADRE

Mithilfe von HYDROGRID Insight war CADRE in der Lage, Betriebsdaten aus drei Jahren in nur drei Tagen zu simulieren. Das Team entschied sich dafür, drei Wetterszenarien zu modellieren: ein trockenes Jahr, ein durchschnittliches Zuflussjahr und ein besonders nasses Jahr. Dies wurde durch die digitale Zwillingstechnologie der Plattform, reale Strömungsdaten, Marktpreisprognosen und Betriebsanforderungen in ein hochauflösendes, interaktives Modell integriert. Die Simulation bot einen ausführlichen und transparenten Überblick über die Leistung der Anlage in verschiedenen Szenarien.

Die drei Wetterszenarien wurden auf die betrachteten Hardware-Updates und die Möglichkeit angewendet, die bestehende Konfiguration um eine zweite Turbine zu erweitern. Die Ergebnisse waren überzeugend: die Analyse prognostizierte einen Anstieg des Jahresumsatzes um 14,5% resultiert aus dem Hinzufügen einer Turbine zur bestehenden Anlage. Dies ermöglicht CADRE eine sichere, datenbasierte Anlagenentscheidung und verlagert den Fokus auf die Umsetzung.

Dieser Fall zeigt, wie die Simulation von Anlagenentscheidungen schnelles, tiefgründiges Wissen, die langwierig berechneten Prozesse, unter Verwendung von Durchschnittswerten und Schätzungen liefern kann. In diesem Fall verkürzte der Einsatz von Simulationen die Projektzeitpläne erheblich, sodass der Entwickler klar und präzise handeln konnte.

Simulations-Dashboard — Stündliche Granularitätssimulation

‍Simulation einer weiteren Turbine mit der besten Leistung

M&A und Vermögensüberprüfung

Anstatt Hardwarekonfigurationen zu testen, verlagert sich der Schwerpunkt bei M&A-Simulationen auf die Bewertung von Betriebsstrategien, Zuflussschwankungen und Marktpreisschwankungen. Normale Verfahren zur Bewertung von Wasserkraftanlagen können zeitaufwändig und zu stark vereinfacht sein, da sie stark auf historische Durchschnittswerte und statische Berechnungen stützen. IDS bietet eine dynamische und transparente Alternative.

Sobald die ursprüngliche Anlagentopologie modelliert ist — einschließlich technischer Spezifikationen, betrieblicher Einschränkungen und Umgebungsgrenzen — ermöglicht IDs schnelle, interaktive Simulationen mehrerer Szenarien. Diese Simulationen sind vollständig dokumentiert und können so konzipiert werden, dass sie auf das realistische Schiffsverhalten, die regulatorischen Bedingungen und die Marktdynamik zugeschnitten sind.

Dieser Ansatz ermöglicht es dem Kunden, anhand der Herstellerdaten den tatsächlichen Wert einer Anlage mit bestem Betrieb zu ermitteln und zu ermitteln. IDS ermöglicht die Reduzierung des Akquisitionsrisikos durch Quantifizierung der Leistung unter einer Reihe von Bedingungen, Unterstützung durch Wartung und Stärkung der Bearbeitungspositionen anhand unterstützter Daten.

Strategische und finanzielle Vorteile

Die Investitionsentscheidungssimulation (IDS) wurde zu einer äußerst attraktiven Implementierung von Dokumentations- und Analyseprozessen in einer Reihe von Wasserkraftinvestitionskontexten entwickelt — ganz gleich, ob es eine Machbarkeitsstudie für ein Projekt auf der grünen Wiese, eine Sanierungsinitiative, eine Neulizenzierung oder eine Bewertung von Fusionen und Übernahmen (M&A) durchführen. Seine Vielfältigkeit liegt in seiner Fähigkeit, hochauflösende, szenariobasierte Daten zu generieren, die traditionelle Finanzkennzahlen wie FIRR, NPV und LCOE ergänzen und stärken.

Einer der wertvollsten Beiträge von IDS ist seine feine Granularität. Danach wurden jährliche Durchschnittswerte oder statische Berichte, simulierte IDS-Standardprozesse, Zugangs- und Marktbedingungen simuliert. Diese Detailebene ermöglicht es, die Teilnehmer als Projekt unter veränderten Witterungsbedingungen, regulatorischen Restriktionen und Marktpreisschwankungen zu testen. Dadurch entsteht ein sehr klares Bild der Risiken und Chancen.

Durch die Erweiterung herkömmlicher Schätzungen durch dynamische, datenreiche Simulationen schafft IDS Vertrauen in Anlageentscheidungen. Es hilft zu validieren, versteckte Risiken abzudecken und die Solidität der finanziellen Ansichten eines Projekts zu überprüfen. Für Investoren, Kreditgeber und Aufsichtsbehörden kann diese zusätzliche Transparenz und Präzision der entscheidende Faktor sein, um ein Projekt voranzubringen.

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Quellen:

[1] Wasserkraft — Ein Leitfaden für Entwickler und Investoren, Weltbank

https://ppp.worldbank.org/public-private-partnership/sites/default/files/2021-10/Hydroelectric Power — Ein Leitfaden für Entwickler und Investors.pdf

[2] Bewertung der Finanzmodellierung: Erstellung und Verwendung von Finanzsimulationen und -szenarien, schnelleres Kapital

https://fastercapital.com/content/Financial-Modeling-Assessment--How-to-Build-and-Use-Financial-Simulations-and-Scenarios.html