Die wichtigsten Lastmanagement-Maßnahmen & -Lösungen für Haushalte, Unternehmen & E-Mobilität

Was bedeutet Lastmanagement? Welche Maßnahmen umfasst die Laststeuerung im Stromnetz? Wie funktioniert das Demand-Side-Management in Gebäuden?

Die Stromerzeugung in Deutschland beruht auf dem Prinzip des Lastfolgebetriebs von Kraftwerken. Die Erzeugung wird dem Verbrauch angepasst. Dabei wird die Stromerzeugung (der konventionellen Kraftwerke) flexibel gesteuert (Dispatch), um zu jedem Zeitpunkt die Stromnachfrage decken zu können.

Besonders konventionelle Kraftwerke liefern so stabilisierende Systemleistungen bei Schwankungen der Nachfrage und wetterbedingter Schwankung in der Erzeugung durch Sonnen- und Windenergie.

Mit sinkenden Kapazitäten im konventionellen Kraftwerkspark als potenzieller ausgleichender Systemdienstleister und steigender Produktion von Erneuerbaren Energien (EE) steigt der Bedarf an Flexibilität der Stromnachfrage.

• Der Begriff „Last“ steht in der Energiewirtschaft für die Stromnachfrage. Das Lastmanagement ist daher im klassischen Sinne eine aktive Steuerung der Stromnachfrage. Lastverschiebung, Lastabwurf und der Mechanismus der Regelenergie sind dazu Maßnahmen im Zuge des Lastmanagements.
• In Unternehmen kommt das Spitzenlastmanagement zur Anwendung, um kostenintensive betriebliche Lastspitzen zu reduzieren, und das überbetriebliche Lastmanagement, um neue Erlöspotenziale zu erschließen.
• In Gebäuden rückt hingegen – neben dem Management von Stromverbrauchern - immer stärker auch das Lastmanagement von Stromerzeugern z.B. von Solaranlagen in den Vordergrund.
• Beim Laden von mehreren Elektroautos unterscheidet man zudem nach statischem und dynamischem Lastmanagement, mit dem man die Kapazität des Netzanschlusses ideal ausnutzen kann.

Das klassische System der Stromerzeugung beruhte bisher auf dem Prinzip, dass die Stromerzeugung dem Stromverbrauch folgt. Der flexible Lastfolgebetrieb der Kraftwerke garantierte bisher, dass der Verbrauch und die Erzeugung zu jedem Zeitpunkt übereinstimmen und damit die Stabilität des Stromnetzes gewährleistet ist.

Vor dem Aufkommen Erneuerbarer Energien wurde der Strombedarf anhand von Standardlastprofilen (SLP) und registrierender Leistungsmessung (RLM) geplant. Unter einem Lastprofil versteht sich eine Zeitreihe, die für jede Abrechnungsperiode einen Leistungsmittelwert festlegt.

Für Stromlieferungen an Letztverbraucher mit einer jährlichen Entnahme von bis zu 100.000 kWh werden Standardlastprofile (SLP) angewendet. SLP unterscheiden sich je nach Gruppe von Letztverbrauchern. Demnach gibt es für Gewerbe, Haushalte, Landwirtschaft, Bandlastkunden, unterbrechbare Verbrauchseinrichtungen und Heizwärmespeicher individuelle Lastprofile.

Die Einsatzplanung von Kraftwerken (Dispatch) konnte aufgrund des statischen Energiesystems und der kontinuierlichen Anzahl an Akteuren im Netz mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden. Auch heute dienen die Erfahrungswerte in Form von Lastprofilen für große und kleine Stromabnehmer die Basis für die Planung der Stromerzeugung.

Der Ausbau erneuerbarer Energien ist jedoch ursächlich dafür, dass Strom immer stärker volatil erzeugt wird. Eine Möglichkeit, auf die schwankende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien zu reagieren, ist daher die Flexibilisierung der Stromnachfrage. Das heißt, die Stromnachfrage wird zu bestimmten Zeiten gezielt erhöht oder gesenkt. Die gezielte Steuerung von Lasten wird auch als Lastmanagement bezeichnet.

Unter einem Spitzenlastmanagement versteht man in aller Regel das Drosseln bzw. Verlagern des Betriebs von stromintensiven Verbrauchern in Industrie und Gewerbe. So werden gezielt Lastspitzen reduziert.

Da Unternehmen ab einer gewissen Höhe des jährlichen Strombezugs auch ein Leistungsentgelt in Abhängigkeit von der maximal bezogenen Leistung zahlen müssen, können durch ein Spitzenlastmanagement Kosten eingespart werden.

Im privaten Bereich wird einem zu hohen Strombedarf bzw. drohenden Netzengpass durch gezieltes Abschalten von Verbrauchern entgegengewirkt. So wird seit vielen Jahren z. B. die Stromversorgung von Nachtspeicherheizungen oder Wärmepumpen gekappt.

Dies geschieht typischerweise durch ein Rundsteuersignal des Netzbetreibers, der diese Elektrospeicherheizungen innerhalb bestimmter Sperrzeiten abschaltet, sodass keine Beeinträchtigung im Heizbetrieb zu merken ist. Dieses Lastmanagement führt zu einer Glättung der Gesamtlast in Deutschland.

Unter der Residuallast versteht man jenen Teil der Stromnachfrage, der nicht durch die erneuerbaren Energien gedeckt wird. Es handelt sich also um den Restbedarf an Strom, der mehrheitlich aus konventionellen, fossilen Quellen aber auch durch dezentrale Erneuerbare-Energie-Anlagen wie z. B. Biogasanlagen, Holzheizkraftwerke oder Speicherkraftwerke gedeckt wird.

Um Schwankungen in der Residuallast auszugleichen, werden u.a. auch Lastmanagement-Maßnahmen eingesetzt.

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Das Lastmanagementpotenzial in Deutschland ist ungleich auf die Sektoren Industrie, Gewerbe und Haushalte verteilt. Dies liegt in den unterschiedlichen Stromlasten begründet.

Das größte Potenzial, durch geeignetes Energiemanagement der Lasten Leistung einzusparen, besteht dabei mit 7,3 GW in den Haushalten im Gebäudebereich.

Um dieses Lastmanagement-Potenzial zu heben, bieten sich laut dena folgende Stromverbraucher an:

• Wärmepumpen, Speicherheizungen, Klimaanlagen
• Umwälzpumpen und Warmwasseraufbereitung
• Kühlschränke, Gefrierschränke

Um diese Verbraucher lastabhängig zu managen, bot die Rundsteuertechnik über viele Jahre eine verlässliche Möglichkeit zur Fernsteuerung von Verbrauchseinrichtungen.

Funk-Rundsteuerempfänger (FRSE) ermöglichen die Unterbrechung oder stufenweise Reduktion von Verbrauchseinrichtung und damit die Entlastung des Versorgungsnetzes bei kritischen Netzzuständen.

Für die Verarbeitung weitergehender Befehle als „An & Aus“ bedarf es jedoch intelligenter Messsysteme(Smart Meter Gateway) und Steuereinrichtungen, um mit dem Stromnetz zu kommunizieren und das Lastmanagement zu verfeinern.

Die Kommunikation zwischen dem Netz und Stromverbrauchern ermöglicht es dann auch, variable Stromtarife (wie z. B. von awattar.at) zu nutzen und den eigenen Stromverbrauch in die Stunden mit günstigem und/ oder klimafreundlichem Stromangebot zu verlagern. So kann z. B. das Elektroauto dann per Wallbox geladen werden, wenn besonders viel günstiger Strom oder Ökostrom real produziert wird.

Die dynamische Preisgestaltung bezieht sich zwar auf Einzelhandelsstrompreise, die zumindest aber einen Teil der Volatilität der Großhandelspreise an Endverbraucher weitergeben. Dies wird nicht nur durch Spot-/ Echtzeitpreise erreicht, sondern auch durch fortgeschrittene Formen der Nutzungszeit- und Spitzenlastpreise (Time-of-Use (TOU) sowie Critical Peak Pricing (CPP)).

Durch mehr Flexibilität können so einerseits Lastspitzen geglättet, aber auch Erzeugungsspitzen abgefangen werden, indem Verbraucher einen preislichen Anreiz zur Lastverschiebung erhalten.

In der traditionellen Topologie treten Immobilien lediglich als Verbraucher auf. Mit dem zunehmenden Ausbau Erneuerbarer Energien kommt es jedoch auch auf ein aktives Energiemanagement an, das Gebäude als integralen Bestandteil des Stromnetztes insbesondere bei der Erzeugung von Strom z. B. durch eine eigene Solaranlage begreift.

Um eine Überlastung des Stromnetzes zu verhindern, müssen z. B. Betreiber von PV-Anlagen bis 25 kW_p bis zu einem bestimmten Inbetriebnahmedatum entweder eine 70% Abregelung am Wechselrichter herstellen oder eine Fernsteuerbarkeit durch die Installation eines Rundsteuerempfängers gewährleisten.

„Hausintern“ kann ein Energiemanagementsystem (EMS) dafür sorgen, dass der Solarstrom über den Tag verteilt effizient genutzt werden kann. Über ein EMS können dann verschiedenste Verbraucher und Produzenten herstellerunabhängig verbunden werden. So gesehen handelt es sich bei einem EMS um eine technische Anlage zum Lastmanagement in Haushalten und Unternehmen.

Zudem ist es denkbar, im Solarstromspeicher zwischengespeicherten PV-Strom innerhalb eines virtuellen Kraftwerks als Regelleistung anzubieten und damit zusätzliche Erlöse zu erzielen.

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In Unternehmen bedeutet Lastmanagement die gezielte Steuerung von Lasten bzw. das Management verschiebbarer Lasten. Es dient der Flexibilisierung der Stromnachfrage durch gezielte Erhöhung oder Absenkung von Lasten zur Netzstabilisierung sowie Ausnutzung von Preisschwankungen.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit des Lastmanagements für gewerbliche und industrielle Prozesse, deren bezogene energetische Leistung grundsätzlich zeitlich verschiebbar ist. Die Voraussetzung für ein Spitzenlastmanagement ist jedoch eine Mess- und Regelungstechnik, mit der einzelne strombetriebene Anlagen gezielt gesteuert werden können.

Aufbauend auf den gemessenen Daten lassen sich dann die Phasen identifizieren, in denen Lastspitzen auftreten, und darauf aufbauend die Einsatzzeiten energieintensiver Aggregate so verschieben, dass sie nicht mehr zeitgleich laufen bzw. insbesondere Einschaltspitzen nicht zusammenfallen.

Die betriebliche Spitzenlast kann auch durch Verhaltensänderungen gemanagt werden. Hierzu eignen sich z. B. optische Signale in Form einer Lastampel, die in drei Farben (Grün, Gelb, Rot) den aktuellen Lastzustand des Unternehmens anzeigt.

Für energieintensive Unternehmen kann sich hingegen ein automatisiertes Lastmanagement lohnen, das aufgrund von Lastprognosen eine automatische Optimierung der angeschlossenen Lasten vornimmt.

Mit überbetrieblichem Lastmanagement lassen sich durch die Vermarktung flexibler Lasten zusätzliche Erlöse z.B. für die Erbringung von Systemdienstleistungen wie Regelleistung generieren.

Unter einem „überbetrieblichen Lastmanagement“ versteht man das poolen und vermarkten flexibel einsetzbarer Lasten, um auf Überschüsse oder Knappheit auf dem Strommarkt zu reagieren oder Regelenergie für Netzbetreiber bereitzustellen und so Erlöse zu erzielen.

Dazu werden Kraftwerke ab oder z. B. Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder auch Netzersatzanlagen (NEA) angeschaltet, um einen Beitrag zur Systemstabilität beispielsweise in kritischen Netzsituationen zu leisten.

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Werden z. b. in der Tiefgarage eines Mehrfamilienhauses neue Ladestationen installiert, so würde sich der Strombezug zum Stromverbrauch des Gebäudes addieren, wenn kein Lastmanagement berücksichtigt wird. Die Kapazität des Netzanschlusses droht, deutlich überschritten zu werden.

Das Lastmanagement beim Laden von Elektroautos an mehreren Ladestationen folgt im einfachsten Fall einem statischen Prinzip. Das daher sogenannte „statische Lastmanagement“ sieht vor, dass die Ladeleistung zwischen den Ladepunkten aufgeteilt wird, an denen gerade ein Elektroauto beladen wird.

Beim statischen Lastmanagement wird eine Obergrenze auf Basis des verfügbaren Netzanschlusses festgelegt, die die Summe des Ladestrombezugs nicht überschreiten darf.

Dabei sind zwei Lastmanagement-Varianten denkbar:

• Alle Ladestationen, an denen aktiv geladen wird, teilen sich die Gesamtleistung zu jeweils gleichen Teilen.
• Das als erstes angeschlossene E-Fahrzeug wird schnellgeladen, jedes weitere erhält die verfügbare Restleistung.

Beim sogenannten „dynamischen Lastmanagement“ kann die verfügbare Energie hingegen mit Hilfe eines Smart Meters dynamisch zwischen den Ladepunkten je nach Gebäudeverbrauch und unterschiedlicher Tageszeit verteilt werden.

Wird wenig Strom im Gebäude verbraucht, können mehr E-Autos mit höherer Leistung beladen werden et vice versa. So können die Betreiber innerhalb ihrer Verbrauchsgrenzen bleiben und Kosten für das Überschreiten der Netzkapazität vermeiden.

Mit Hilfe des dynamischen Lastmanagement können zudem bestimmte Ladepunkte so priorisiert werden, dass E-Autos, die nur für kurze Zeit laden können oder häufiger bewegt werden, vor allen anderen geladen werden können.

Da hier eine Art Fahrplan zugrunde gelegt wird, der regelt, welches Fahrzeuge als erstes wieder einsatzbereit sein muss, spricht man hierbei auch von einem fahrplanbasierten Lastmanagement als Sonderform des dynamischen Lastmanagements.

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