Mit dynamischem Lastmanagement Stromkosten senken

Der Strompreis setzt sich bei Industrieunternehmen mit einem jährlichen Strombedarf von über 100.000 Kilowattstunden (kWh) aus drei Komponenten zusammen: dem Grundpreis, dem Arbeitspreis und dem Leistungspreis. Die beiden letzteren ergeben zusammen das Netzentgelt. Das ist in den letzten zehn Jahren um durchschnittlich ca. 6,5 % pro Jahr gestiegen und damit deutlich stärker als die Inflation. Grund hierfür sind v. a. die nötigen Investitionen der Netzbetreiber für die Energiewende und den Netzausbau. Beides ist noch längst nicht abgeschlossen, sodass von weiter steigenden Netzentgelten auszugehen ist. Parallel dazu ist bei vielen Unternehmen der Lebensmittelindustrie der Stromverbrauch gestiegen. Denn im Zuge der Dekarbonisierung werden Verarbeitungsprozesse zunehmend elektrifiziert.

Doch Unternehmen können die Leistungspreiskosten aktiv beeinflussen. Denn diese werden auf Basis der höchsten 15-Minuten-Durchschnittslast innerhalb des Abrechnungszeitraums – in der Regel ein Jahr – ermittelt. Das bedeutet: Je geringer diese Durchschnittslast, desto geringer der Leistungspreis. Liegt die Durchschnittslast einer Viertelstunde aber nur einmal über dem bisherigen Höchstwert, entsteht also eine Lastspitze, steigen die Leistungspreiskosten für den gesamten Abrechnungszeitraum.
Das verdeutlicht eine Beispielrechnung: Geht man von einem Leistungspreis von 200 €/kWh aus, verursacht eine Lastspitze, die 100 kW über dem bisherigen Wert liegt, Mehrkosten von 20.000 € im Jahr.

Eine Lastspitze entsteht durch eine hohe Leistungsnachfrage, z. B. wenn zahlreiche Maschinen und Anlagen gleichzeitig angeschaltet werden. Zur üblichen Last von Maschinen und Anlagen kommen im Zuge der Elektrifizierung immer häufiger weitere Verbraucher, etwa eine Wärmepumpe oder eine unternehmenseigene Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge. Zum Beispiel eine typische Kombination von zwei Einzel- und zwei Doppel-Wallboxen und einer Schnellladesäule kann eine Last von bis zu 250 kW erreichen. Kommen die Mitarbeitenden nun zu Produktionsbeginn zur Arbeit und schließen ihre Fahrzeuge an die Ladepunkte an, um dann die Maschinen und Geräte in der Produktion in Betrieb zu nehmen, kommen zur bisherigen Last die 250 kW der Ladeinfrastruktur hinzu. Der Leistungspreis erhöht sich dadurch um 50.000 € pro Jahr. Zudem kann eine Lastspitze den Anschluss überlasten und Netzinstabilitäten verursachen, die sich negative auf die betreffenden Maschinen und Anlagen auswirken können.

Um das zu vermeiden, sind Master-Ladestationen üblicherweise mit einem Lastmanagement ausgestattet. Dies begrenzt die Leistung der an den Master angeschlossenen Ladepunkte auf einen vorab eingestellten Wert. Diese Leistung wird auf alle genutzten Ladepunkte verteilt. Eine Lastspitze lässt sich so jedoch nicht immer verhindern, weil die sonstige energetische Situation im Unternehmen – etwa welche anderen Verbraucher zu diesem Zeitpunkt laufen oder wieviel Eigenstrom genutzt werden kann – nicht berücksichtigt wird. Weiterer Nachteil dieser Lösung ist, dass sich die installierte Leistung der Ladeinfrastruktur nie voll ausschöpfen lässt. Sie ist immer auf den eingestellten Maximalwert begrenzt.

Im Gegensatz zu diesem statischen Lastmanagement bezieht ein dynamisches Lastmanagement alle relevanten Energieverbraucher, Erzeugungs- und Speicheranlagen ein und kann individuelle Gegebenheiten und Anforderungen berücksichtigen. Aufgrund der steigenden Netzentgelte lohnt sich ein solches System zunehmend auch für kleinere Betriebe und amortisiert sich meist schon nach ein bis zwei Jahren. Die technische Basis für ein dynamisches Lastmanagement ist ein Lastcontroller wie der econ peak von econ solutions. Er überwacht die vorhandenen Stromzähler, Maschinen und Geräte, Ladepunkte, Energiespeicher und PV-Wechselrichter und steuert sie dynamisch nach der aktuellen Verbrauchssituation wahlweise der gesamten Liegenschaft, des Gebäudes oder Gebäudeteils. Dadurch verhindert er auch kleinere Lastspitzen zuverlässig und die Ladepunkte können ihre volle Leistung erbringen, wenn dadurch keine Lastspitze entsteht.

Zwei Szenarien verdeutlichen das: Während im Betrieb Pumpen, Kompressoren, Heiz- und Kühlsysteme laufen und einige Elektrofahrzeuge geladen werden, liefert die PV-Anlage aufgrund starker Bewölkung nur wenig Strom. Dann regelt der Controller die nicht dringend zu diesem Zeitpunkt benötigten Verbraucher kurzzeitig herunter oder schaltet sie ganz ab. Welche hierfür in Frage kommen, kann das Unternehmen individuell und detailliert einstellen, auch Priorisierungen sind möglich. Diese Lastabwurfsteuerung basiert auf der vorausschauenden Berechnung der Lastentwicklung für die laufende 15-Minuten-Periode. So werden Lastspitzen vermieden, ohne dass die Gefahr besteht, dass benötigte Maschinen oder Elektrofahrzeuge in ihrer Verfügbarkeit zu stark eingeschränkt und Prozesse beeinträchtigt werden. An einem sonnigen, produktionsfreien Tag hingegen drosselt der econ peak die Leistung der PV-Anlage, um die Rückspeiseleistung des Hausanschlusses nicht zu überschreiten bzw. Strafzahlungen an den Netzbetreiber wegen zu hoher Einspeisemengen zu verhindern. Verfügt das Unternehmen z. B. über einen Eisspeicher, schaltet der Controller diesen an, um die aktuell nicht benötigte Energie zwischenzuspeichern. Die Leistung der PV-Anlage wird dann entsprechend später gedrosselt.

In der Realität sind die elektrischen und baulichen Gegebenheiten sehr unterschiedlich, ebenso die Anforderungen und Ziele der Unternehmen. Beispielsweise bei einem mittelständischen Unternehmen sollten Geräte nicht direkt durch den Controller angesteuert werden. Stattdessen sollte eine Ampelschaltung den Mitarbeitenden anzeigen, wenn ein Gerät herunter zu regulieren oder auszuschalten war. econ solutions hat den Controller hier so programmiert, dass er Geräte nicht selbst schaltet, sondern die Steuersignale an eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) sendet, welche die entsprechende Ampelschaltung durchführt.

Abschaltungen lassen sich auch auf Basis von komplexen Zeitschaltuhren oder Logiken vornehmen, z. B. verbunden mit bestimmten Temperaturen. Auch wie lange und in welchem Maß die Leistung gedrosselt werden darf, kann für jedes Gerät und jede Anlage separat definiert werden. Dabei können auch unterschiedliche Stromtarife berücksichtigt werden. Mit einem solchen dynamischen Lastmanagement können Unternehmen der Lebensmittelindustrie Lastspitzen verhindern und so ihre Stromkosten so gering wie möglich halten. Gleichzeitig ist die Betriebssicherheit gewährleistet und sichergestellt, dass die Elektrofahrzeuge der Geschäftsführung und der Auslieferung priorisiert geladen werden.