Erschienen am: 11.08.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 8 2017

Energiekosten sparen mit intelligentem Peak Shaving

Spitzenwerte ohne Spitzen

Wenn Industriekunden den vereinbarten maximalen Stromverbrauch selbst für einige Minuten überschreiten, steigt die Bereitstellungsgebühr dramatisch an. Unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit einer innovativen Technologie von Wöhrle Stromversorgungssysteme fangen Lastspitzen ab und setzen das sogenannte Peak Shaving flexibel und sicher um.


USV mit erhöhtem IP für raue industrielle Umgebungsbedingungen
Bild: Wöhrle Stromversorgungssysteme GmbH

Stromtarife für Industriekunden setzen sich aus mehreren Bestandteilen zusammen. Ein Anteil ist der klassische Strombezug, bestehend aus Netzentgelt, Beschaffung und Vertrieb. Dazu kommen die Konzessionsabgabe und diverse Umlagen: EEG, KWKG, §19 StromNEV, Offshore sowie die Haftungsumlage für abschaltbare Lasten. Und zu guter Letzt verlangt der Gesetzgeber noch die Stromsteuer. Das führt dazu, dass die Kosten pro Kilowattstunde von den etwa 8ct, die der Strombezug 2017 durchschnittlich kostet, am Ende auf über 17ct/kWh steigen. Umso verständlicher ist, dass jede Möglichkeit zum Stromsparen genutzt wird.

Kostenfaktor Lastspitzen

Ein sinnvoller Weg zur optimierten Stromrechnung ist es, Strafzuschläge abzuwenden. Die Energieversorger sind seit langem bestrebt, Produktions- und Abnahmemengen in Einklang zu bringen. Wenn der Verbrauch dem entspricht, was die Versorger an Leistung bereitstellen, ist das für den Anbieter am günstigsten. Daher berechnen Stromerzeuger das Bereitstellungsentgelt unter der Prämisse, dass der Abnehmer immer unter der vertraglich vereinbarten Höchstmenge bleibt, ansonsten passt der Erzeuger das Bereitstellungsentgelt an. Diese Anpassung erfolgt für den Rest des Vertragszeitraums, auch wenn der Mehrbedarf nur in einem Messintervall, üblicherweise eine Viertelstunde, stattfand. Staffan Reveman, Energieberater aus Baden-Baden, kennt diese Fälle von seinen Kunden: "Lastspitzen, die über das vereinbarte Maximum gehen, sind sehr teuer für den Verursacher. Ein erhöhtes Bereitstellungsentgelt macht bei einigen Megawatt Abnahmeleistung mehrere Hunderttausend Euro aus." Das Konzept zur Vermeidung solcher Spitzen nennt man 'Peak Shaving'. Die Lastspitzen werden entweder zeitlich versetzt in eine Phase mit geringerem Verbrauch verschoben oder durch alternative Energiequellen abgedeckt.

Positiver Nebeneffekt des

Energiemanagements

Den meisten Unternehmen ist die Abhängigkeit der Kosten von Lastspitzen bewusst, doch der Stromverbrauch eines industriellen Betriebs lässt sich nur in Maßen anpassen, vor allem nicht auf die Schnelle. Um eine Reaktion innerhalb des 15-Minuten-Intervalls umzusetzen, müssen automatisierte Systeme eingesetzt werden. Wer bereits ein Energiemanagementsystem nach DIN ISO Norm 50001 nutzt, hat eine gute Übersicht seiner Verbraucher und der damit verbundenen Prozesse und kann auf diese Verbraucher einwirken. So lassen sich beispielsweise Beleuchtungselemente in Lagerhallen vorübergehend abschalten oder dimmen, falls gerade keine Warenbewegung stattfindet, oder die dunklen Bereiche durch mobile Beleuchtungskörper erhellt werden. Weitere kurzzeitig verzichtbare Lasten sind Klimageräte oder Produktionsanlagen, die ohne Zeit- und Materialverlust herauf- und heruntergefahren werden können. Dieses so genannte Load Shedding ist ein Weg, um die Last innerhalb des 15-Minuten Intervalls zu senken, falls die Abnahme bedrohlich nahe an die vereinbarte Grenze heranrückt.

Leistung von alternativen Versorgern beziehen

Der zweite Weg ist es, Energie aus anderen Quellen wie einem Dieselgenerator oder einer Photovoltaikanlage heranzuziehen. Moderne Energiemanagementsysteme können den unmittelbar bevorstehenden Bedarf prognostizieren und den Administratoren so die nötige Zeit zum Handeln geben. Noch einfacher und vor allem sicherer ist das Peak Shaving mit einer speziell darauf abgestimmten USV-Lösung von Wöhrle Stromversorgungssysteme. Steigt der Stromverbrauch aus dem öffentlichen Netz über einen definierten Schwellwert, wird die Last durch die Akkus der USV versorgt, das gefürchtete Überschreiten der mit dem Stromversorger vereinbarten Höchstmenge bleibt aus. Die USVs können in das Energiemanagementsystem des Unternehmens integriert werden, dann kommunizieren sie mit der übergeordneten Steuerung per Modbus. Die USV erlaubt aber auch eine eigenständige Programmierung ohne externes Managementsystem.

Last dynamisch aus mehreren Quellen versorgen

Die Lösung von Wöhrle Stromversorgungssysteme kann mehr als Peak Shaving. Mit einem 'Source Sharing' genannten Verfahren kommen mehrere Energiequellen dynamisch zum Einsatz. Die Last kann komplett durch die USVs versorgt werden und keinen Strom aus dem öffentlichen Netz beziehen, ihre Energie vollständig vom Elektrizitätswerk erhalten oder eine beliebige Mischung der Energiequellen nutzen. Das hat mehrere Vorteile, die andere Verfahren zum Peak Shaving nicht bieten: So steht die Schutzwirkung der USV nach wie vor zur Verfügung, wenn die Last beispielsweise nur zu 60 Prozent über die Akkus versorgt wird. Fällt die Netzversorgung durch einen Fehler aus, hätte der Anwender immer noch 40 Prozent Akkukapazität zur Verfügung. Zudem kann die USV ihre Leistung zurück in das Netz speisen und so den Gesamtverbrauch aus Sicht des Energieversorgers senken. Darüber hinaus konditioniert die USV auch die Eingangsspannung, selbst wenn sie die Last nicht versorgt. Sie filtert Störungen und gleicht Über- oder Unterspannungen aus. Wird weniger Leistung entnommen, lädt die USV ihre Akkus wieder auf, aus dem Netz oder aus einer alternativen Energiequelle. Aufgrund der flexiblen Lastverteilung zwischen öffentlichem Netz und USV werden deren Energiespeicher nie zu 100 Prozent entladen. Das kommt der Zyklenfestigkeit zugute, die Lebensdauer der Akkus steigt. Als Energiespeicher kommen bei den verwendeten USVs Lithium-Zellen zum Einsatz, die von Wöhrle-Technikern ausgesucht und installiert werden. Während die Lithium-Zellen zwar einen höheren Anschaffungspreis haben, ist ihre Lebensdauer Blei-Akkus in dieser Anwendung überlegen. Die Anzahl der Ladezyklen ist beim Einsatz als Peak Shaving-Instrument viel höher als bei einer Standard-USV-Anwendung, Bleiakkus müssten nach kürzerer Zeit getauscht werden und würden hohe Kosten verursachen. Für Lithium-Zellen spricht zudem, dass sie gegenüber den normalerweise üblichen Bleiakkus eine erheblich höhere Energiedichte aufweisen. So lässt sich mehr Kapazität auf weniger Raum konzentrieren.

Bedeutung von Peak Shaving nimmt zu

Ein Peak Shaving-System auf USV-Basis kostet mehr als eine klassische USV. Trotzdem lohnt sich die Anschaffung für die Kunden innerhalb kurzer Zeit. Dietmar Ruscher, Entwicklungsleiter bei Wöhrle Stromversorgungssysteme, schätzt, dass eine solche Anwendung ab 100kVA Last sinnvoll sein kann. "Schon bei mittelgroßen Anwendern mit einigen MW Last amortisiert sich Peak Shaving meist innerhalb von zwei bis drei Jahren," so Ruscher weiter. In Zukunft dürften die Strafen beim Überschreiten der Maximallast weiter steigen. Grund ist der stark zunehmende Anteil erneuerbarer Energie am produzierten Strom. Dessen Produktionsmenge ist wetter- und tageszeitabhängig, sie kann nicht so gut geplant werden wie Strom, der von einem Kohle- oder Gaskraftwerk erzeugt wird. Elektrische Energie lässt sich in Verbundnetzen kaum speichern, sondern nur zwischen Erzeuger und Verbraucher verteilen. Der abgegebenen Leistung muss, bis auf die Blindleistung bei Wechselstrom, zu jedem Zeitpunkt eine gleich große Leistungsaufnahme gegenüberstehen. Beziehen große Verbraucher mehr als die vorgesehene Leistung, können die Energieversorger die Netzfrequenz nicht mehr konstant halten. Bei einem Abfall unter 47,5 Hz treten an den Generatoren mechanische Resonanzschwingungen auf, Kraftwerke gehen bei Erreichen dieser Grenze automatisch vom Netz. Peak Shaving dürfte daher in der nächsten Zeit für sehr viele Unternehmen ein Thema werden. Das sieht Staffan Reveman ähnlich: "Ich denke, dass die Energieversorger ihre Industrietarife verändern werden, um mehr Planbarkeit zu erreichen. Ein Mittel um homogene Abnahmen zu erreichen sind natürlich die Strafen, wenn die vereinbarte Abnahmemenge überschritten wird."

Kostenvorteile nutzen, Schutz erhöhen

Die Bedeutung von Peak Shaving wird in Zukunft zunehmen. Während Lastspitzen auch über Load Shedding abgefangen werden können, ist Peak Shaving per alternativer Energiequelle wie mittels USV deutlich komfortabler und mit weniger Einschränkungen für die betrieblichen Prozesse verbunden. Bei Großverbrauchern sind damit Einsparungen im Bereich hoher sechsstelliger Beträge möglich. Um Peak Shaving optimal einzusetzen ist eine optimale Anpassung an die Last und ein klares Verständnis der eigenen Verbrauchs- und Abrechnungssituation wichtig. Wenn darüber hinaus auch die Verfügbarkeit der angeschlossenen Verbraucher verbessert werden soll, hat ein System, wie es von Wöhrle Stromversorgung angeboten wird, sehr viele Vorteile gegenüber herkömmlichen USVs, Generatoren und Load Shedding.