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Optimierung der Wirtschaftlichkeit von Sanierungsentscheidungen auf Basis der Substanzwertentwicklung von Entwässerungssystemen

22.12.2016

Planer und Betreiber von Abwasseranlagen sind bisher davon ausgegangen, dass die Planungs- und Bemessungsdaten für die kalkulierte Betriebsdauer für Zeiträume von 40 bis 50 Jahren für die Schmutzwasser- und Niederschlagswasserbehandlungsanlagen und von 50 bis 80 Jahren [KVR2012] für die Entwässerungssysteme angesetzt werden können. Hierbei werden die technische (d.h. die tatsächliche) und die wirtschaftliche Nutzungsdauer gleichgesetzt.

Die wirtschaftlichen, Zwänge denen die Netzbetreiber ausgesetzt sind, und der politische Wille, Abwassergebühren niedrig zu halten, führen häufig zu geringen Sanierungsinvestitionen und damit zu einem Substanzverzehr beim Anlagevermögen. Die Konsequenzen aus der Abweichung von kalkulatorischer zu tatsächlicher Nutzungsdauer und den dadurch bedingten Kostenveränderungen werden nicht ausreichend quantifiziert oder bleiben unbekannt.

Die Folge ist u.a. eine Überalterung des Anlagenbestandes und damit der Verzehr der Grundlage für die Geschäftstätigkeit sowie für eine sichere und nachhaltige Abwasserentsorgung.

1 Gebühren

Bild 1: Typische Kostenverteilungen der Abwasserentsorgung [Stein2009]

Im Rahmen der Abwasserentsorgung entstehen Kosten, für die gemäß den Kommunalabgabengesetzen der Länder kostendeckende Gebühren zu erheben sind. Neben den Betriebskosten bilden die Kapitalkosten, d.h. die kalkulatorischen Abschreibungen und Zinsen, einen Hauptanteil an den Gesamtkosten.

Im Bild 1 sind typische Kostenverteilungen der Abwasserentsorgung dargestellt. Den höchsten Kostenanteil umfassen gewöhnlich die Kapitalkosten, d.h. die kalkulatorischen Abschreibungen und Zinsen bezogen auf das Entwässerungssystem und die Abwasserreinigungsanlagen [Stein2009].Der Hauptanteil an den Kapitalkosten wird dabei durch das Entwässerungssystem gebildet, dessen Investitionskosten teilweise um das Fünffache höher sind als die der Abwasserreinigungsanlagen [Pecher92]. Die Betriebskosten setzen sich in erster Linie zusammen aus den Personal- und Sachkosten. Die Abwasserabgabe nimmt nur einen geringen Anteil an den Betriebskosten ein.

Die Verteilung der gebührenfähigen Kosten hängt u.a. von der Finanzierung und der Organisationsstruktur der Abwasserentsorgung ab, die sich von Kommune zu Kommune unterscheiden kann. So spiegelt sich bei Städten oder Gemeinden mit einer Mitgliedschaft in einem Abwasserverband ein Teil der Kapital- und Betriebskosten der Abwasserentsorgung (in der Regel die Kosten der Abwasserreinigung) als Verbandsbeitrag wider (Bild 1 rechts) [Stein2009].

Unabhängig von der Organisationsstruktur der durchzuführenden Aufgaben sind ca. 65-80 % des Gebührenbedarfs für die Abwasserableitung aufzubringen [Rudolph89]., [Kieslin96], [Müller97], [Otterp02]. Angesichts des Umstandes, dass die Kosten der Abwasserableitung überwiegend aus Kapitalkosten des Entwässerungssystems bestehen, wird ersichtlich, welchen immensen Einfluss Änderungen der Grundparameter wie z.B. Wiederbeschaffungskosten, Nutzungsdauer auf die Höhe der Abwassergebühren haben.

Nachfolgend wird das Augenmerk auf die öffentliche Entwässerungssysteme gerichtet, deren Baukosten ca. 80 % der gesamten Investitionen einnehmen und damit den Hauptanteil an den kalkulatorischen Kosten ausmachen.

Da die Nutzungsdauer von Kanälen mehrere Jahrzehnte umfasst, werden die angefallenen Investitionen in Form von Abschreibungen anteilsmäßig auf die Nutzungsdauer verteilt und jährlich als Aufwand den Gebührenzahlern in Rechnung gestellt. Die Abschreibung stellt somit eine Methode dar, um den Werteverzehr, d.h. die leistungsbedingte Abnutzung des Anlagevermögens periodengerecht darzustellen und auszugleichen. Die Abschreibungsdauer und die tatsächliche Nutzungsdauer sollten deshalb in einem angemessenen Verhältnis stehen.

Grundsätzlich beziehen sich Abschreibungen auf Gegenstände des Anlagevermögens, die der Leistungserbringung dienen und hierdurch einem Werteverzehr unterliegen. Ziel der Abschreibungen ist es, nach Nutzungsende das erforderliche Kapital für eine Erneuerung bereitzustellen. Gleichzeitig verschafft sich die Kommune über Abschreibungen die notwendige Liquidität, um aufgenommene Darlehen zu tilgen bzw. das eingesetzte Eigenkapital zurückzuzahlen [Rudolph89]. Hinsichtlich der Gebührenentwicklung bewirken Abschreibungen eine gewünschte Verstetigung.

Neben dem Ausgangswert des Anlagevermögens hat der Ansatz der Nutzungsdauer ebenfalls einen wesentlichen Einfluss auf die Höhe der Abschreibungen. Hoch angesetzte Nutzungsdauern führen zu geringen jährlichen Abschreibungen und einem langsamen Absinken des Restbuchwertes. Demgegenüber führen niedrige Nutzungsdauern bzw. hohe Abschreibungssätze zu einer schnelleren bilanziellen Wertminderung. Die Restbuchwerte werden üblicherweise schematisch mit einer vorgegebenen durchschnittlichen Nutzungsdauer und einer linearen Abschreibung berechnet. Werden jedoch der bauliche Zustand und die bestehende Alterungsgeschwindigkeit des Entwässerungssystems nicht angemessen berücksichtigt werden, kann ein Missverhältnis von geschätzter und tatsächlicher Nutzungsdauer entstehen. Mögliche Folgen einer Fehleinschätzung der Nutzungsdauer sind neben der Diskrepanz zwischen dem Restbuchwert und dem tatsächlichem Verkehrswert auch Abschreibungsverluste. So sind Abschreibungen nach Ende der kalkulierten Nutzungsdauer, auch als „Abschreibung unter Null“ bezeichnet, von der Rechtsprechung mit Urteil des Oberverwaltungsgerichtes Münster aus dem Jahre 1994 [OVGNW94] grundsätzlich für unzulässig erklärt worden.

Vor diesem Hintergrund kommt der Ermittlung der tatsächlichen Nutzungsdauer von Haltungen und Schächten in Abhängigkeit des baulichen Zustandes und leitungsspezifischer Randbedingungen eine sehr große Bedeutung zu.

2 Bauliche Substanz und tatsächliche Nutzungsdauer

Unsere Erfahrungen bestätigen, dass für erhebliche Teile von Entwässerungssystemen die angesetzten Nutzungsdauern zu revidieren sind. Die Konsequenzen aus der Abweichung von kalkulatorischer zu tatsächlicher Nutzungsdauer sind unterschiedlich. Einerseits ist entweder ein Eingriff in die technische bzw. bauliche Substanz mit Kosten für Instandhaltung erforderlich oder ein vorzeitiger Abgang der Anlage als Vermögensgegenstand ist nicht mehr vermeidbar. Dieser Abgang führt zu Ausfällen von satzungsgemäß zustehenden Einnahmen und letztlich zu bilanziellen Verlusten. Damit verbunden sind entweder höhere Gebühren oder Ausfälle von Einnahmen aus der Refinanzierung, welche ebenfalls zusätzliche wirtschaftliche Belastungen für die Kommunen und deren Einwohner erzeugen.

Mit jedem vorzeitigen Ausfall eines noch ausstehenden Restwerts schmälert sich die finanzielle Basis des Netzbetreibers, um den Anforderungen aus dem WHG [WHG] und der DIN EN 752 [DINEN752] nach Schutz der Gewässer, der öffentlichen Gesundheit und Sicherheit, der Gesundheit und Sicherheit des Betriebspersonals, der Umwelt und der Gewährleistung einer nachhaltigen Entwicklung seines Entwässerungssystems nachzukommen [Stach/Stei].

Wenig beachtet bei der Aufstellung von Sanierungskonzepten wird bisher auch die Möglichkeit, bei entsprechend guter Substanz die kalkulatorische Nutzungsdauer zu verlängern und hierdurch bei gleichzeitig erweitertem Handlungsspielraum für Investitionen oder Ausgaben die Gebühren nicht erhöhen zu müssen.

Einen ganz besonderen Stellenwert nehmen in diesem Zusammenhang die Bewertung der baulichen Substanz und die zu erwartende Restnutzungsdauer von Haltungen und Schächten (nachfolgend Objekte genannt) ein. Begründet wird dies im DWA-M 143-14 damit, dass die historisch durch Ausbauschübe geprägte Netzstruktur mit Perioden unterschiedlicher Verlege- und Materialqualitäten in der Zukunft starke Schwankungen des erforderlichen Reinvestitionsbedarfs (bzw. Sanierungsbedarfs) erwarten lässt, wenn diese nicht durch eine vorausschauende Planung verstetigt werden. Daher empfiehlt das DWA-M 143-14 „die langfristige Substanzwertentwicklung eines Netzes, basierend auf seinem heutigen bzw. geplanten Investitionsverhalten, zu prüfen, um frühzeitig Defizite zu erkennen und ggf. frühzeitig Korrekturen durchzuführen“. Durch eine solche Herangehensweise kann der Netzbetreiber die notwendigen Nachweise erbringen, dass er im langfristigen Kontext (Generationenvertrag) die ihm obliegenden Aufgaben erfüllt.

2.1 Abgrenzung zwischen Zustands- und Substanzklasse

Da bei den Standardbeurteilungsmodellen nach DWA [DWAM149-3] und Isybau [BMVBS/BMVg] die Zustandsklasse einer Haltung, als Maßstab für die Sanierungspriorität, im Wesentlichen durch die Schadensklasse des schwersten Einzelschadens bestimmt wird, kann aus dieser Klassifizierung nicht abgeleitet werden, wie groß das Schadensausmaß und die Schadensstreuung innerhalb der Haltung und daraus resultierend der verbleibende Abnutzungsvorrat der gesamten Haltung ist [IVK4].

Um eine möglichst realistische Bewertung des baulichen Haltungszustandes und des noch vorhandenen Abnutzungsvorrates der Haltung als Grundlage für ein effizientes Unterhaltsmanagement zu erhalten, ist ein erweitertes Beurteilungsmodell erforderlich, welches neben dem Haltungszustand (Zustandsklasse) als Maß der gegenwärtigen Funktionserfüllung (Sanierungspriorität) auch die Haltungssubstanz (Substanzklasse) als Maß der noch innewohnenden Funktionserfüllung (Abnutzungsvorrat) berücksichtigt [Stein2004e].

Bild 2:  Gegenüberstellung von Zustands- und Substanzbewertung (Haltung) [FI-S&Pa], [STATUS]

Die Zustandsklasse einer Haltung, wird ähnlich wie bei den Standardbeurteilungsmodellen, durch den größten Einzelschaden innerhalb der Haltung bestimmt. Die Ermittlung der Substanz(klasse) sollte die Schadensschwere, das Schadensausmaß und die Schadensverteilung innerhalb einer Haltung berücksichtigen (Bild 2).

Die Haltungssubstanz ist getrennt für die drei Schutzziele Dichtheit, Standsicherheit und Betriebssicherheit zu ermitteln und dient als Kriterium für den Abnutzungsvorrat einer Haltung zum Zeitpunkt der Inspektion. Sie liefert damit eine entscheidende Hilfestellung für die Festlegung von Art und Umfang einer erforderlichen Sanierung und gibt Auskunft, wie ökonomisch sinnvoll eine Reparatur, Renovierung oder Erneuerung ist. Die Substanzklasse liefert damit den wesentlichen Parameter für die Erfassung des noch vorhandenen Vermögenswertes und ist zur Beurteilung des Alterungsverhaltens unverzichtbar [Stein2004a], [Stein2004b], [Stein2004c], [Stein2004e], [Stein2005a]. Darüber, wann die technische Restnutzungsdauer eines Objektes erreicht ist, gibt sie jedoch keine Auskunft. Hierzu bedarf es eines Alterungsmodells, welches den weiteren, zukünftigen Substanzverzehr prognostiziert und damit ein Ausfalldatum für ein Objekt bestimmt.

Ein „Kanal-Alterungsmodell“ basiert auf einem mathematisch fundierten Prognosemodell, welches am betrachteten Netz nach signifikanten leitungsspezifischen Merkmalen geeicht wird. Es basiert auf Überlebenskurven, die die Übergangswahrscheinlichkeiten von einer Zustands- oder Substanzklasse zur nächst höheren Klasse beschreiben. Diese Überlebenskurven werden ausschließlich aus bestehenden Inspektionsdaten des untersuchten Netzes ermittelt. Zusammen mit dem Clustering gewährleistet dieses datenorientierte Vorgehen eine realitätsgetreue Modellierung des Alterungsverhaltens der individuellen Haltungen.

Clustering bezeichnet hierbei die Einteilung von Haltungen nach spezifischen Merkmalen in Gruppen mit ähnlichem Alterungsverlauf. Diese Merkmale können sein: Material, Baujahr, Materialgruppe, Profilgröße, Profilform, Lage im Verkehrsraum, etc. Die endgültigen Cluster und Überlebensfunktionen werden dabei iterativ ermittelt, wobei in jedem Iterationsschritt die Überlebenskurven eingehend auf statistische und systematische Signifikanz geprüft werden.

Alterung ist allerdings kein linearer Prozess und kann daher nicht einfach durch eine Linie, die die Überlebenskurven schneidet, abgelesen werden. Die Zustands- und Substanzverschlechterung eines Objektes innerhalb eines Cluster hängt auch immer von der individuellen Ausgangssituation des Objektes (Art, Ausmaß und Verteilung der Schäden) ab. Der Wechsel von einer Zustands- / Substanzklasse in die nächst Schlechtere unterliegt daher einer für das Cluster individuellen Wahrscheinlichkeitsverteilung. Diese Wahrscheinlichkeitsverteilung muss für jeden Klassenwechsel gesondert ermittelt werden. Geeignet ist hierfür das Semi-Markov Modell, welches beim Alterungsmodell STATUS [STATUS], auf das nachfolgend mehrfach eingegangen wird, zum Einsatz kommt. Dabei werden die Haltungszustände gemäß den zeitabhängigen Alterungskurven mit Hilfe von dynamischen Übergangsmatrizen stochastisch gealtert. Die in STATUS angewendeten mathematischen Methoden (Weibull-AFT, Fuzzy-Sets und Markov-Modelle) sind international anerkannte und in zahlreichen Publikationen und Anwendungen in Wissenschaft und Industrie umfassend dokumentiert.

3 Anwendung von Alterungsmodellen zur Ermittlung des optimalen Investitionszeitpunktes

Der optimale Investitionszeitpunkt ist nicht zwangsläufig der Zeitpunkt, der im Rahmen einer Grenzkostenrechnung als derjenige ermittelt wird, ab dem der Restwert eines Vermögensgegenstandes niedriger ist als die Ausgaben für die Sanierung dieses Vermögensgegenstandes. In die Kostenbetrachtung muss mit einfließen, dass auch der Aufwand für die Sanierung mit der Gebühr an den Betreiber zurückfließt. Bei dieser Betrachtung wird unter gebührenrechtlichen Gesichtspunkten nicht in die Kalkulation einbezogen, dass der noch auf dem Vermögensgegenstand stehende Restbuchwert unwiederbringlich verloren ist. Es handelt sich handelsrechtlich um eine Bilanzkürzung, bei der mit dem Vermögensgegenstand auf der Aktivseite auch der noch auf diesem Vermögensgegenstand stehende Buchwert auf der Passivseite verloren geht [Stach/Stei].

Vor diesem Hintergrund wird der optimale Sanierungszeitpunkt als derjenige definiert, zu dem mit geringstmöglichem Material- und Kapitaleinsatz die maximal mögliche (Rest-)Nutzungsdauer erzielt werden kann.

Dies ist haushaltstechnisch betrachtet der Zeitraum, in dem der maximale Anteil des noch vorhandenen Restbuchwerts erlöst oder, anders formuliert, der Ausfall von satzungsgemäß zustehenden Einnahmen verhindert oder zumindest minimiert werden kann.

Der optimale Investitionszeitpunkt ergibt sich somit aus der verbleibenden Betriebsdauer bzw. Restnutzungsdauer des zu sanierenden Vermögensgegenstandes, dem Mittelrückfluss aus der Sanierungsmaßnahme, dem noch vorhandenen Restbuchwert, einer möglicherweise politisch festgelegten Gebührenobergrenze und der Kombinationsmöglichkeit von Koordinierungsmaßnahmen mit anderen Sparten (Mehrsparten-Strategie).

Die Basis für die Ermittlung optimaler Investitionszeitpunkte liefert die prognosegestützte Strategieoptimierung, mit der Investitionen über längere Zeiträume effektiv verteilt und nachhaltige Bestandsentwicklungen ermöglicht werden.

Um diesen Blick in die Zukunft zu ermöglichen, sind Alterungsmodelle auch verpflichtender Bestandteil des hier dargestellten Optimierungsansatzes von Sanierungsstrategien. Sie ermöglichen aufgrund der mathematischen Abbildung der örtlichen Netzalterung solide Vorhersagen über den zukünftigen Sanierungsbedarf. Durch die i.d.R. über einen Zeitraum von 15 Jahren gewonnenen Inspektionsdaten, ist deren Aussagekraft infolge der fortschreitenden Netzverschlechterung allerdings nur bedingt für die laufende Sanierungsplanung geeignet. Daher muss zuerst mittels einer Gegenwartsprognose eine einheitliche Ausgangsbasis geschaffen werden, d.h. alle Zustands- und Substanzklassen sind auf den aktuellen, heutigen Betrachtungshorizont fortzuschreiben.

Bild 3: Beispiel einer Lebensdauerwahrscheinlichkeitsverteilung und der zugehörigen, in einer Kurve dargestellten Überlebenswahrscheinlichkeitsfunktion einer Haltung unter Zugrundelegung der Weibull-Verteilung [FI-S&Pa], [STATUS]

Die technische Nutzungsdauer der Objekte von Entwässerungssystemen wird bei Alterungsmodellen als statistische Zufallsgröße betrachtet, der eine Wahrscheinlichkeitsverteilung zugeordnet werden kann. Im Bild 3 (oben) ist exemplarisch eine durch eine Weibullfunktion beschriebene Lebensdauerverteilung abgebildet. Sie beschreibt die Wahrscheinlichkeit, mit der das betrachtete Objekt ein bestimmtes Alter erreicht. Die Wahrscheinlichkeit mit der dieses Objekt ein bestimmtes Alter überlebt, wird durch die Überlebenswahrscheinlichkeitsfunktion (auch Überlebensfunktion genannt) beschrieben. Diese wird z.B. aus dem Integral der Lebensdauerverteilung ermittelt [Truji1995].

Da die Objekte eines Entwässerungssystems einer kontinuierlichen Zustandsverschlechterung unterliegen, reicht die üblicherweise in Alterungsmodellen eingeschränkte Betrachtung mit zwei Zuständen (lebend/ tot bzw. funktionsfähig/ nicht funktionsfähig) hier nicht aus. Aus diesem Grund werden in [STATUS] Überlebungsfunktionen im Alterungsmodell analog zur Zustands- und Substanzbewertung in sechs Klassen und entsprechend fünf Überlebensfunktionen eingeteilt. Es ergeben sich somit jeweils Scharen von sogenannten Zustands- bzw. Substanzüberlebensfunktionen (Bild 4). Soweit für unterschiedliche Haltungsmerkmale (Rohrwerkstoff, Überdeckungshöhe, Nennweite, etc…) eine für die statistische Auswertung signifikante Datenmenge vorhanden ist, können auf diese Weise die Überlebensfunktionen auch differenziert für unterschiedliche Haltungsgruppen (Cluster) mathematisch bestimmt werden, so dass für alle darin enthaltenen Objekte ein homogenes Alterungsverhalten prognostiziert werden kann.

Die Zustandsüberlebensfunktionen beschreiben, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Cluster den einzelnen Zustandsklassen angehört und damit eine entsprechende Sanierungsdringlichkeit aufweist. Grundsätzlich erhöht sich mit zunehmendem Alter die Wahrscheinlichkeit für einen dringenden oder sofortigen Handlungsbedarf.

Die Substanzüberlebensfunktionen beschreiben, mit welcher Wahrscheinlichkeit sich ein Cluster in einer bestimmten Substanzklasse befindet und damit einen entsprechenden Abnutzungsvorrat aufweist. Der Verlauf der Substanzüberlebenskurven kennzeichnet die relativen Verweilzeiten der Haltungen in den Substanzklassen und gibt infolgedessen Aufschluss über die Alterungsgeschwindigkeit der Haltungen bezogen auf die Substanz im betrachteten Netz.

Bild 4: Substanzüberlebenskurven für Haltungen aus Steinzeug in einem betrachteten Entwässerungssystem [FI-S&Pa], [STATUS]

Im Bild 4 sind Substanzüberlebenskurven, differenziert nach den Schutzzielen Standsicherheit, Dichtheit, Betriebssicherheit und auch gemeinsam für alle Schutzziele, dargestellt. Anhand ihrer Verläufe ist das unterschiedliche Alterungsverhalten zu erkennen. Über die Schnelligkeit des Überganges in die jeweils nächstschlechtere Substanzklasse und die Länge des Aufenthaltes in derselben lassen sich erste generelle Aussagen hinsichtlich des Alterungsprozesses treffen und diese mit den Erfahrungen des Netzbetreibers verifizieren bzw. abgleichen. Breit gefächerte Substanzüberlebenskurven mit großen Abständen deuten auf lange Verweilzeiten in den zugehörigen Substanzklassen hin. Dies trifft im dargestellten Beispiel beim Schutzziel „Dichtheit“ zu. Folgen die Substanzüberlebenskurven in kurzen Abständen aufeinander, so ist von einer hohen Alterungsgeschwindigkeit auszugehen, wie im Fall des Schutzzieles „Standsicherheit“.

Bild 5: Alterungsprognose der Substanz einer Beispielhaltung: Alter 10 Jahre, einmal inspiziert, Rohrwerkstoff: Beton, DN < 700, mit Substanzstartwert: 50 % „SBK 1= Gut“, 50 % „SBK 2= Mittel“ [FI-S&Pa], [STATUS]

Grundlage für eine Alterungsmodellierung ist die ungestörte Netzalterung, d. h. es erfolgt keine Intervention durch Sanierungsmaßnahmen. Diese Annahme ist in analytischer Hinsicht von großer Bedeutung, da nur so die Geschwindigkeit des netzspezifischen Alterungsprozesses anschaulich beschrieben werden kann. Das bedeutet, dass sich der Zustand und die Substanz einer Haltung oder eines anderen Objektes nur verschlechtern können und diese Entwicklung folglich nur in eine Richtung verläuft. Der Alterungsprozess ist mathematisch endgültig beendet, wenn die schlechteste Substanzklasse erreicht ist, d. h. ein endgültiger Ausfall vorliegt (Bild 5). Dieser Zustand wird als absorbierend bezeichnet, denn er wird nach Erreichen nicht mehr verlassen und kann nur durch eine Erneuerung aufgehoben werden, wodurch ein neues Alterungsobjekt entsteht.

Damit ermöglicht ein Alterungsmodell die Analyse der Restnutzungsdauer (Restnutzungsdaueranalyse) für jedes Objekt, wobei die Zustands- und Substanzveränderung über die Zeit und der Zeitpunkt, ab dem ein Objekt real erneuerungsbedürftig (Ausfall) ist, ermittelt wird.

Als Ergebnis ermöglicht das Alterungsmodell für alle Objekte eines Entwässerungssystems mit ausreichendem Datenbestand sowohl eine tabellarische Zuordnung der Zustands- und Substanzklassen zum Beurteilungszeitpunkt als auch deren zeitliche Fortschreibung, z. B. für die kommenden 40 Jahre (Bild 6 und Bild 7).

Bild 6: Darstellung der Zustandsklassen zum Beurteilungszeitpunkt für Haltungen eines Entwässerungssystems [FI-S&Pa], [STATUS]

Bild 7: Darstellung der Substanzklassen (rechts) zum Beurteilungszeitpunkt für Haltungen eines Entwässerungssystems [FI-S&Pa], [STATUS]

Das im Bild 6 dargestellte Entwässerungssystem weist eine Vielzahl an Haltungen in den Zustandsklassen ZK 4 und ZK 5 und damit hohe Sanierungsdringlichkeiten auf. Betrachtet man jedoch die Substanzklassen der Haltungen des gleichen Entwässerungssystems (Bild 7), ergibt sich ein weniger dramatisches Bild. Hier wird der Unterschied zwischen der Zustandsklasse und der Substanzklasse deutlich. In diesem Fall würde sich die Bedarfsliste unter gemeinsamer Berücksichtigung von Zustands- und Substanzklasse wesentlich von einer nur auf Basis der Zustandsklasse ermittelten Bedarfsliste unterscheiden.

Die zeitliche Fortschreibung der Zustands- und Substanzveränderung unter der Annahme, dass sich bei zukünftigen Betriebs-, Unterhalts- und Sanierungsentscheidungen im betrachteten Entwässerungssystem keine Änderungen ergeben (Handlungsmaxime „Weiter-so“), zeigen Bild 8 und Bild 9.

Bild 8: Entwicklung der Zustandsklassen für die kommenden 40 Jahre ab dem Jahr 2010 (Beurteilungszeitpunkt) [FI-S&Pa], [STATUS]

Bild 9: Entwicklung der Substanzklassen für die kommenden 40 Jahre ab dem Jahr 2010 (Beurteilungszeitpunkt) [FI-S&Pa], [STATUS]

Die Entwicklung der Zustandsklassen im Bild 8 zeigt, wie sich die kurzfristig zu behebenden Schäden von gegenwärtig 24 % auf über 50 % im Zeitraum von 40 Jahren nahezu verdoppeln. Die Entwicklung der Substanzklassen (Bild 9) im gleichen Zeitraum zeigt einen Anstieg der Haltungen mit niedrigem bzw. aufgebrauchtem Abnutzungsvorrat von 35 % auf ca. 80 %.

Damit stehen dem Netzbetreiber frühzeitig Informationen zur Verfügung, um Risiken seiner aktuellen Handlungsweise erkennen und quantifizieren, aber auch eine Strategieoptimierung durchführen zu können.

4 Strategievergleich

Bild 10: Kommune mit ca. 250 km Netzlänge und einem Jahresbudget für die Sanierung in Höhe von 2 Millionen € [FI-S&Pa], [STATUS]

Die bisherige Fokussierung bei der Investitions- und Strategieplanung auf die Zustandsklasse hat, neben den oben bereits dargestellten Nachteilen, auch erheblichen Einfluss auf die Festlegung von Sanierungsbudgets. Da aufgrund des oftmals in Kommunen vorhandenen Sanierungsrückstaus eine Abarbeitung der schwersten Schadensklassen weder kurz- noch mittelfristig möglich ist, führt eine vordringlich am baulichen Zustand orientierte Sanierungsstrategie zu falschen Investitionsanreizen.

In der Regel basiert die Strategie auf der Beseitigung der schwersten Schäden zu einem konstanten Budget. Das Bild 1-10 zeigt eine Kommune mit einer Netzlänge von ca. 250 km und einem jährlichen Budget von 2 Millionen Euro für die Beseitigung der schwersten Schäden. Dieses Budget wird über einen Zeitraum von 30 Jahren investiert. Es kommt in diesem Zeitraum zu keinerlei Mittelreduktion, d.h. es gibt immer mehr schwerste Schäden als mit dem Budget beseitigt werden können.

Die Sinnhaftigkeit dieses Investitionsverhaltens konnte bisher nicht überprüft werden, da keinerlei Informationen bezüglich der Konsequenzen auf die Entwicklung der baulichen Substanz und des Substanzwertes vorliegen.

Bild 11: Investitionen (monetarisierte Substanzwert und Instandhaltungskosten) einer Kommune mit ca. 250 km Netzlänge (2,0 Mill € (rot), 3,1 Mill. € (grün), 4,0 Mill. € (blau)) [FI-S&Pa], [STATUS]

Würden die Konsequenzen des Investitionsverhaltens einer Kommune in Bezug auf die Entwicklung der baulichen Substanz und des Substanzwertes überprüfbar sein, würde deutlich, dass das im Bild 1-10 dargestellte Investitionsverhalten nicht im Interesse des Gebührenzahlers sein kann (Bild 1-11). Die Folge der hier dargestellten zustandsorientierten Festlegung des Budget führt zu einem dramatischen Substanzverlust. Im Bild 12 sind diesbezüglich für das o.g. Netz die Investitionskosten und der monetisierte Substanzwert für unterschiedliche Investitionsbudgets aufgeführt. Es wird deutlich, dass ein jährliches Budget in Höhe von 2 Millionen Euro keine Einsparung für den Kämmerer bedeutet, sondern einen Vermögensverzehr in Höhe von 90 Millionen Euro verursacht. Höhere Sanierungsbudgets (3,1 Mill. € (grün), 4,0 Mill. € (Blau)) sind nicht teurer sondern aktivieren bei einem substanzorientierten Ansatz  große Einsparpotentiale (Bild 1-11).

Erfahrungen bei der Strategieoptimierung in mehreren Kommunen zeigen [FI-S&Pa], dass der tatsächliche Vermögensverzehr bei Beibehaltung des Investitions- und Handlungsschemas im Zeitraum von 30 Jahren durch ineffiziente Investitions- und Sanierungsstrategien zwischen 25 % und 50 % der Wiederbeschaffungskosten liegen kann.

Die Vermeidung derartiger Vermögensverluste kann nachweislich durch eine substanzorientierte Betrachtung erreicht werden (siehe „Substanzerhaltungskonzept des Stadtentwässerungsbetriebes der Landeshauptstadt Düsseldorf“, 2012).

Ein nachhaltiges Management der Entwässerungssysteme in Bezug auf  Werterhalt und damit Gebührenstabilität erfordert daher Kennzahlen, die die bauliche Substanz als Basisgröße für den noch vorhandenen Vermögenswert beinhalten.

4.1 Optimierung der Sanierungsstrategie

Bild 12: Auswirkungen verschiedener Sanierungsstrategien auf Substanzverzehr, Sanierungskosten und Gebührenverlauf (Strategie 1: Intervention ab Substanzklasse (SBK) 3, Strategie 2: Intervention ab SBK 4 und Strategie 3: vordringlicher Einsatz von Reparaturmaßnahmen) [FI-S&Pa], [STATUS]

Ein solides Alterungsmodell bildet daher die Grundlage für Wirksamkeitsanalysen von Sanierungsstrategien und die Festlegung von optimalen Sanierungszeitpunkten. Durch die Vorgabe von Budgetgrößen, ökologischen und hydraulischen Anforderungen sowie weiteren netzspezifischen Randbedingungen können verschiedene Strategien hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Substanzentwicklung, die Sanierungskosten, die Gebührenhöhe etc. eingehend untersucht werden (Bild 12).

Insbesondere die Prognose der Substanzentwicklung ermöglicht die Ermittlung des vorhandenen bzw. verbleibenden tatsächlichen Restbuchwertes des Vermögensgegenstandes bzw. wie hoch der Ausfall von noch zustehenden Einnahmen aus den vorhandenen Vermögenswerten ist bzw. welche Erträge langfristig zusätzlich erlöst werden können.

Die Prognose der netzspezifischen und strategieabhängigen Alterungsprozesse erlaubt dabei den zukünftigen Sanierungsbedarf und die Wirksamkeit bzw. die Wirtschaftlichkeit der gewählten Sanierungsstrategie für unterschiedliche Planungszeiträume zu verfolgen und zu beurteilen. Gleichzeitig lassen sich vorausschauende Aussagen zum erforderlichen finanziellen und personellen Mitteleinsatz ableiten, so dass die Diskussion zwischen technischen und kaufmännischen Entscheidungsträgern eine belastbare Basis erhält. Durch die Verknüpfung von unter technischen Gesichtspunkten kostenoptimalen Sanierungszeitpunkten mit einer Optimierung des Mittelrückflusses, der sich aus den Restbuchwerten der einzelnen Vermögensgegenständen ergibt, wird eine Sanierungsstrategieoptimierung ermöglicht, die den kostenoptimalen Sanierungszeitpunkt auf den Zeitpunkt verschieben kann, der mit dem optimalen Mittelrückfluss aus den Kommunen satzungsgemäß zustehenden Einnahmen aus ihren ursprünglichen Investitionen in Abwasseranlagen zusammen fällt.

Die Auswertung, von auf Alterungsmodellen basierender, optimierter Sanierungsstrategien, kann z.B. unter folgenden Kriterien erfolgen:

  • Gebührenentwicklung
  • Vermögenssicherung
  • Substanzwerterhaltung (Generationengerechtigkeit)
  • Verfügbare Mittel aus Abschreibungen
  • Stadtentwicklung
  • Personelle Kapazitäten zur Umsetzung

Fazit

Eine verstätigte Gebührenentwicklung im Interesse des Bürgers erfordert den Nachweis in Bezug auf Nachhaltigkeit und Effizienz. Dieser Nachweis kann nur dann gelingen, wenn Aussagen zur realen, noch vorhandenen Nutzungsdauer der einzelnen Vermögensgegenstände vorliegen. Diese kann nur dann ermittelt werden, wenn die Substanz, d.h. der vorhandene Abnutzungsvorrat eines jeden Objektes bekannt ist und der der Ausfallzeitpunkt und damit die verbliebene Restnutzungsdauer mittels eines Alterungsmodells bestimmt wurde.


Literatur: 

[KVR2012]

Leitlinien zur Durchführung dynamischer Kostenvergleichsrechnungen (KVR-Leitlinien,2012)

[Stein2009]

Stein, R., Shuan, Ghaderi: Wertermittlung  von Abwassernetzen, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart (2009)

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Pecher, R.: „Abwassergebühr- Quo vadis?“; Korrespondenz Abwasser (39), Heft 5 (1992)

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Kieslinger, R. M.: „Abwassergebühren auf dem Prüfstand“; Korrespondenz Abwasser (43); Heft 12 (1996)

[Müller97]

Müller, N.: “Kosten der Abwasserbeseitigung”, Korrespondenz Abwasser (44); Heft 2 (1997)

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Otterpohl, R./ Oldenburg, M. , “Innovative Technologien zur Abwasserbehandlung in urbanen Gebieten“, Korrespondenz Abwasser (49), Heft 10 (2002)

[Rudolph89]

Rudolph, K.-U.; Gellert, M.: Zum Ermessungsspielraum bei der Berechnung kommunaler Abwassergebühren“. Korrespondenz Abwasser (52), Heft 2 (1989)

[OVGNW94]

Oberverwaltungsgericht NRW (OVG NW) – Urteil vom 05.08.1994 (AZ 9 A 1248/92), Münster (1994)

[WHG]

Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts (WHG), letzte Neufassung 31. Juli 2009, letzte         Änderung 8. April 2013; Inkrafttreten der letzten Änderung 2. Mai 2013

[DINEN752]

DIN EN 752: Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden, Deutsche Fassung prEN         752 (2008)

[Stach/Stei]

Stachowske, M., Stein, R.:  Daten- und Informationsmanagement für eine nachhaltige Vermögensbewirtschaftung von Abwasserinfrastrukturanlagen mit Prognosemodellen auf Basis betriebsbasierter Nutzungsdauern, unveröffentlichter Forschungsantrag, 2013

[DWAM149-3]

DWA-M 149: Zustandserfassung und –beurteilung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden – Teil 3: Zustandsklassifizierung und –bewertung (11.2007).

[BMVBS/BMVg]

Bundeministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung / Bundeministerium für Verteidigung: Arbeitshilfen Abwasser, 2. Auflage mit der letzten Aktualisierung vom 15. Juni 2011 (Internet: http://www.arbeitshilfen-abwasser.de, aufgerufen 11.2013).

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Stein, D., Stein, R.: „Instandhaltung von Kanalisationen“, 4. Auflage, Band 1, Prof.-Dr.-Ing. Stein & Partner, GmbH, Bochum, 2014

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Stein, R.; Trujillo Alvarez, R.; Lipkow, A.: Optimierung des Kanalbetriebes auf Basis haltungsbezogener Substanzprognosen. In: Ernst & Sohn – Special 3/04. Kanal- und Rohrleitungsbau – Sanierung von Kanälen und Rohrleitungen. Berlin, (2004).

[FI-S&Pa]

Firmeninformation Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH, www.stein.de

[STATUS]

Netzmanagementsystem für die Entwicklung und Optimierung von Sanie-rungs- und Investitionsstrategien durch objektscharfe Prognose von Zu-stands- und Substanzentwicklung auf Basis individueller Strategievorgaben des Netzbetreibers, Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH, http://www.s-u-p-consult.de/bewerten-managen; 2014

[Stein2004a]

Stein, R.; Trujillo Alvarez, R.; Lipkow, A.: Optimierung des Kanalnetzbetriebes auf Basis haltungsbezogener Substanzprognosen. Veröffentlichung auf UNITRACC.de vom 11.11.2004 (Internet: http://www.unitracc.de/aktuelles/artikel/optimierung-des-kanalbetriebes-auf-basis-haltungsbezogener-substanzprognosen/view, aufgerufen 11.2013).

[Stein2004b]

Stein, R.; Trujillo Alvarez, R.; Lipkow, A.: Infrastruktur erhalten mit immer weniger Geld. In: Abwassertechnische Vereinigung ATV (org.): 3. ATV-Sanierungstage (Feuchtwangen 2004).

[Stein2004c]

Stein, R.; Trujillo Alvarez, R: Strategieentwicklung zum Betrieb und Unterhalt von Entwässerungssystemen – lassen sich die Aufgaben kostengünstig managen? In: Schriftenreihe des Instituts für Rohrleitungsbau Oldenburg, Band 28, Vulkan Verlag, Essen (2004).

[Stein2004e]

Stein, R.; Trujillo Alvarez, R.; Lipkow, A.: Optimierung des Kanalbetriebes auf Basis haltungsbezogener Substanzprognosen. In: Ernst & Sohn – Special 3/04. Kanal- und Rohrleitungsbau – Sanierung von Kanälen und Rohrleitungen. Berlin, (2004).

[Stein2005a]

Stein, R.; Trujillo Alvarez, R., Ghaderi, S.: Inspektions- und Bestandsdaten von Entwässerungssystemen – Qualitätssicherung durch analytische Plausibilitätsprüfungen. In: tis – Tiefbau, Ingenieurbau, Straßenbau, Nr. 1-2, S. 32-35 (2005).

[Truji1995]

Trujillo Alvarez, R.: Bedarfsprognose und Strategieentwicklung für die Rehabilitation städtischer Wasserrohrnetze. Dissertation an der Universität Karlsruhe (1995).

 

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