Zwei Standorte können gleich viele kWh einsparen und sehr unterschiedliche Rechnungen erhalten. Lastspitzenbegrenzung und Lastverschiebung senken verschiedene Positionen. Eine Maßnahme kann beides bewirken, aber der wirtschaftliche Wert entsteht jeweils an einer anderen Stelle. Lastspitzenbegrenzung senkt Kosten je kW oder kVA: Leistungspreis, Kapazitätspreis oder Zuschlag bei Überschreitung der Anschlussgrenze. Lastverschiebung senkt Kosten je kWh, wenn der Arbeitspreis im Tagesverlauf wechselt. Prüfen Sie vor der Auswahl, welche Position auf der Rechnung des Standorts größer ist.
Im Vergleich
| Lastspitzenbegrenzung | Lastverschiebung | |
|---|---|---|
| Ziel | Höchsten Intervallmittelwert der Leistung (kW oder kVA) senken | Verbrauch (kWh) in günstigere oder emissionsärmere Zeiten verlegen |
| Wirtschaftlicher Nutzen | Leistungspreise, Kapazitäts- und Überschreitungsentgelte, vermiedener Netzausbau | Zeitabhängige Arbeitspreise und Spitzenzeittarife |
| Gesamtenergie | Unverändert oder mit Batterie um etwa 10 % der verschobenen Energie höher | Bei verschobenem Prozess unverändert; bei Vorheizen oder Vorkühlen durch Bereitschaftsverluste höher |
| Typische Mittel | Batterien, Lastabwurf, Generatorstart, Begrenzung der EV-Ladeleistung | Prozessplanung, Vorheizen oder Vorkühlen, Laden von Elektrofahrzeugen über Nacht |
| Hauptrisiko | Der Batterie geht vor dem Ende des Intervalls die Energie aus | Die verschobene Last trifft auf eine andere Last oder ein anderes teures Zeitfenster |
Beispiel: einen Prozess verschieben
Ein Standort bezieht tagsüber konstant 100 kW und nachts 40 kW. Ein Chargenprozess benötigt an jedem Werktag ab 17:30 für 30 Minuten weitere 80 kW. Er wird auf 23:30 verschoben:
| Ohne Änderung | Prozess auf 23:30 verschoben | |
|---|---|---|
| Bezug während des Prozesses | 100 + 80 = 180 kW | 40 + 80 = 120 kW |
| Höchster Standortbezug | 180 kW | 120 kW, der Prozess auf der nächtlichen Grundlast |
| Energie für den Prozess | 40 kWh | 40 kWh |
Die Verschiebung verlegt 40 kWh und senkt zugleich die Spitze um 60 kW. Für ein Rechenbeispiel nehmen wir einen Leistungspreis von 10 € je kW und Monat, einen Tagestarif von 0,25 €/kWh, einen Nachttarif von 0,15 €/kWh und 22 Werktage an:
| Rechnungsposition | Monatliche Ersparnis |
|---|---|
| Leistungspreis: 60 kW × 10 € | 600 € |
| Energie: 40 kWh × (0,25 € − 0,15 €) × 22 Tage | 88 € |
Die Ersparnis beim Leistungspreis ist fast siebenmal so hoch wie beim Arbeitspreis, weil ein einziges 30-Minuten-Ereignis den Leistungspreis für den ganzen Monat bestimmen kann. Im ESB-Networks-Tarifplan 2022/23 für die Maximum-Demand-Gruppen DG7 bis DG9b liegt der Start um 17:30 zudem im Spitzenzeitfenster von 17:00 bis 19:00. Der Nachttarif beginnt dort erst um 23:00; eine Verschiebung auf 22:00 würde weiterhin den Tagestarif auslösen.
Beispiel: eine Batterie
Der Prozess bleibt um 17:30. Eine Batteriesteuerung begrenzt den Standortbezug auf 130 kW. Für 30 Minuten braucht der Standort 180 kW. Die Batterie liefert also 50 kW beziehungsweise 25 kWh. Bei 90 % AC-Rundlaufwirkungsgrad muss sie danach etwa 28 kWh aus dem Netz aufnehmen. Hinzu kommen die Hilfs- und Klimatisierungslasten der Batterie, besonders bei kleinen Ladezyklen.
Das Nachladen gehört zur Auslegung. Bei 50 kW dauern 28 kWh etwa 34 Minuten. Nachts liegt die Standortlast bei 40 kW, der Netzbezug während des Nachladens also bei 90 kW und damit unter der Grenze. Lädt die Batterie dagegen um 14:00 auf der Tagesgrundlast von 100 kW nach, steigt der Bezug auf 150 kW. Das setzt eine neue Spitze und nimmt 20 kW der zuvor erreichten 50-kW-Reduktion zurück.
Mit demselben beispielhaften Tarif beträgt die Ersparnis beim Leistungspreis 50 kW × 10 € = 500 € im Monat. Die Energieposition ändert sich nur um 25 × 0,25 € − 28 × 0,15 € = 2,05 € pro Tag, etwa 45 € im Monat. Die Batterie erzielt den größeren Nutzen beim Leistungspreis.
Bemessen Sie die nötige Energie anhand der Fläche zwischen Lastverlauf und Bezugsgrenze während der längsten erwarteten Spitze. Dauert der Prozess statt 30 nun 45 Minuten, muss die Batterie 50 kW × 0,75 h = 37,5 kWh liefern, nicht 25 kWh. Berücksichtigen Sie eine Reserve für Prognosefehler und einen Ladezustand unter 100 % zu Beginn der Spitze; ziehen Sie Energie ab, die für andere Dienste reserviert ist. Ist die Monatsspitze einmal gesetzt, können Sie die Bezugsgrenze für den Rest der Abrechnungsperiode auf diesen Wert anheben. Eine weitere Absenkung darunter spart beim Leistungspreis nichts und verbraucht Batterieladezyklen. Der BESS-Leitfaden erklärt, welches System die jeweiligen Grenzen verantwortet.
Das Leistungsintervall bestimmt die Rechnung
Abgerechnet wird der Mittelwert über ein Messintervall, nicht die momentane Spitze. Üblich sind 15 oder 30 Minuten. Ein 60-kW-Anstieg, der auf einer Grundlast von 100 kW zwei Minuten dauert, erhöht den 30-Minuten-Mittelwert um 60 × 2 / 30 = 4 kW. Hält derselbe Anstieg die vollen 30 Minuten an, erhöht er den Mittelwert um 60 kW. Der Intervallleistungsrechner wandelt die Energie eines Intervalls in mittlere kW um. Beim kurzen Anstieg enthält die halbe Stunde 50 + 2 = 52 kWh:
Weil die Rechnung den Mittelwert nutzt, kann eine Steuerung eine verspätete Reaktion noch innerhalb desselben Intervalls ausgleichen. Startet die Batterie im Beispiel drei Minuten zu spät, bezieht der Standort drei Minuten lang 50 kW zu viel, also 2,5 kWh. Damit der 30-Minuten-Mittelwert bei 130 kW bleibt, muss die Steuerung den Bezug in den restlichen 27 Minuten auf 130 − 2,5 / 0,45 ≈ 124 kW begrenzen. Eine Steuerung, die nur auf den Momentanwert reagiert, lässt den Intervallmittelwert bei 135 kW. Der Zähler der Steuerung ist zudem nicht der Abrechnungszähler. Mit Klasse-0.5S-Zählern und Stromwandlern an beiden Messpunkten können die Anzeigen um bis zu etwa 2 % abweichen. Setzen Sie die Steuergrenze mindestens um diesen Abstand unter das Ziel.
Manche Tarife führen eine Spitze länger als einen Monat fort. Das US-Energieministerium beschreibt Ratchet-Klauseln: Abgerechnet wird der höhere Wert aus der Spitze dieses Monats und einem Prozentsatz der Spitze der vergangenen elf Monate. Andere Tarife berechnen einen Leistungspreis nur zu bestimmten Tageszeiten; eine Spitze außerhalb dieser Zeiten kostet dann nichts.
Der Lastfaktorrechner zeigt, wie ausgeprägt die Spitzen im Profil sind:
Ein Lastfaktor von 50 % bedeutet, dass der mittlere Bezug halb so hoch wie die Spitze ist. Er zeigt nicht, wie günstig sich diese Spitze absenken lässt. Dafür ist ihre Form entscheidend. Eine tägliche 30-Minuten-Spitze über einer gleichmäßigen Grundlast braucht 25 kWh Speicher, um 50 kW abzuschneiden. Ein Plateau von 08:00 bis 18:00 braucht bei demselben Lastfaktor 500 kWh, um dieselben 50 kW zu entfernen. Der Stromkostenrechner bewertet den Leistungspreis.
Kapazitätsentgelte in Irland und Großbritannien
Irische und britische Netzentgelte für größere Unternehmen enthalten einen Kapazitätspreis für die mit dem Netz vereinbarte Maximum Import Capacity (MIC), angegeben in kVA. ESB Networks erklärt: Bei zu hoher MIC zahlt der Standort für ungenutzte Kapazität; bei zu niedriger MIC fällt ein Überschreitungsentgelt an.
Eine geringere Spitze senkt den Kapazitätspreis daher nur, wenn zugleich die vereinbarte MIC reduziert wird. UK Power Distribution, ein britischer Netzbetreiber, gestattet eine Reduktion je zwölf Monate und weist darauf hin, dass die frühere Kapazität möglicherweise nicht ohne Netzausbau wieder verfügbar ist (Entgeltverzeichnis, Absätze 2.40 und 2.41).
Bei einer Überschreitung kann eine einzelne Spitze besonders teuer sein. UK Power Distribution berechnet für jede halbe Stunde die kVA aus Wirk- und Blindenergie und verwendet den höchsten Wert der Abrechnungsperiode. Jede kVA oberhalb der MIC wird für sämtliche Tage der Periode berechnet, in der die Überschreitung auftrat (Absätze 2.43 bis 2.45). In Irland sah das ESB-Networks-Entgeltverzeichnis 2022/23 für Standorte mit Intervallzähler einen Zuschlag vom Fünffachen des Kapazitätspreises je überschrittener kVA für die Abrechnungsperiode vor (Anmerkung 5 zu DG6 bis DG9b). In beiden Fällen wirkt ein einzelnes Messintervall für eine Abrechnungsperiode wie eine Ratchet-Regel.
Weil die Grenze in kVA angegeben ist, zählt auch der Leistungsfaktor. Bei 0,9 entsprechen 180 kW einer Scheinleistung von 200 kVA. Beide Netze berechnen zudem Blindenergie oberhalb eines Drittels der Wirkarbeit, entsprechend einem mittleren Leistungsfaktor von etwa 0,95. Ein Batteriewechselrichter mit Blindleistungsbereitstellung oder eine Blindleistungskompensation kann die kVA-Spitze senken, wenn eine kW-Reduktion allein nicht genügt.
Nachholeffekt beachten
Die meisten abgeworfenen oder verschobenen Lasten kehren später zurück. Eine Ausnahme ist eine Last, die nicht mehr gebraucht wird, etwa Beleuchtung in einem unbesetzten Bereich. Eine Batterie muss nachladen. Zurückgehaltene Elektrofahrzeuge verlangen später mehr Ladeleistung; dazu der Leitfaden für intelligentes EV-Laden. Thermische Anlagen holen die ausgefallene Energie nach.
Eine einfache Energiebilanz zeigt die Größenordnung des thermischen Nachholeffekts. Eine Kältemaschine mit 60 % Einschaltdauer, die 30 Minuten ausgeschaltet ist, muss 0,6 × 30 = 18 Minuten Kühlung bei Volllast nachholen. Beim Wiederanlauf dienen nur die 40 % oberhalb ihrer normalen Einschaltdauer zum Aufholen. Sie muss daher etwa 18 / 0,4 = 45 Minuten durchgehend laufen. Das ist eine Untergrenze: Startverzögerungen und ein Unterschreiten des Temperatursollwerts verlängern die Zeit. Zieht sie bei Volllast 50 kW und im Mittel 30 kW, erhöht sie den Standortbezug nach dem Ereignis über anderthalb Intervalle um 20 kW. Fällt das mit dem Chargenprozess zusammen, entsteht eine neue Spitze.
Prüfen Sie die 30 bis 60 Minuten nach jeder Maßnahme genauso sorgfältig wie die Spitze selbst. Der Rechner für die EV-Ladekapazität prüft je Intervall, ob Ladepunkte unter der Standortgrenze bleiben.
Vorher und nachher messen
Erfassen Sie im Leistungsintervall des Tarifs:
| Messgröße | Zweck |
|---|---|
| Netzbezug des Standorts je Intervall | Der Wert für die Rechnung |
| Blindenergie oder Leistungsfaktor je Intervall | Das Kapazitätsentgelt basiert auf kVA, nicht kW |
| Leistung jeder gesteuerten Anlage | Zeigt die Wirkung jeder Maßnahme |
| Leistung in kurzen Intervallen von Sekunden bis zu einer Minute | Zeigt Reaktion und Nachholeffekt |
| Einspeisung, falls der Standort selbst erzeugt | Der Zähler kann Bezug und Einspeisung saldieren |
| UTC-Zeitstempel mit dokumentierter Intervallkonvention | Manche Exporte bezeichnen ein Intervall nach Beginn, andere nach Ende. 17:00 bis 17:30 kann als 17:00 oder 17:30 erscheinen. An Tagen der Zeitumstellung hat ein Tag 46 oder 50 halbe Stunden. |
Vergleichen Sie gleichartige Zeiträume: dieselben Wochentage, ähnliches Wetter anhand von Gradtagen und vergleichbare Produktionsmengen. Weisen Sie die gemessene Spitzenreduktion getrennt vom finanziellen Wert aus, der vom tatsächlichen Vertrag abhängt. Der Leitfaden zum Einsparungsnachweis erklärt die Anpassung einer Baseline.
Lastspitzenbegrenzung mit EpiSensor
ZEM-Strommonitore am Netzanschluss und an großen Stromkreisen zeigen, welche Lasten die Spitze verursachen und wie lange sie dauert. Edge auf dem Gateway setzt die Grenze als lokale Automation-Regel um: Ein Datentrigger überwacht den Standortbezug, eine Einschaltverzögerung ignoriert kurze Spitzen und ein Gerätebefehl schaltet ein Relais oder schreibt einen Sollwert. Die Regel läuft auf dem Gateway und braucht keine Internetverbindung. Edge prüft Dauerbedingungen einmal pro Minute; eine Regel mit Einschaltverzögerung reagiert daher frühestens eine Minute nach dem Überschreiten der Grenze. Berücksichtigen Sie das beim Setzen der Grenze.
Dieselben Lasten können über einen Aggregator auch Netzdienstleistungen erbringen. Der ZDR Demand Response Controller verbindet die Messung mit einer lokalen Reaktion auf die Netzfrequenz: über ein Relais für Last oder Generator oder über einen Sollwert für Batterie oder USV. Aus solchen Aktionen entsteht ein virtuelles Kraftwerk. Die Demand-Response-Lösung zeigt das Gesamtsystem.
Häufige Fragen
Was unterscheidet Lastspitzenbegrenzung und Lastverschiebung?
Lastspitzenbegrenzung senkt den höchsten Intervallmittelwert eines Standorts, um Leistungs- oder Kapazitätsentgelte zu verringern oder unter der Anschlussgrenze zu bleiben. Lastverschiebung verlegt Verbrauch in eine andere Zeit, um günstigere Energie zu nutzen. Wird ein Prozess aus der Spitze verlegt, geschieht beides. Eine Batterie begrenzt die Spitze, ohne die Betriebszeit des Prozesses zu ändern.
Wie begrenzt eine Batterie die Lastspitze?
Die Steuerung hält den Standortbezug unter einem Grenzwert. Steigt die Last darüber, entlädt sich die Batterie hinter dem Zähler und deckt die Differenz. Ihre Leistung muss für die höchste Überschreitung reichen, ihre Energie für die Fläche des Lastverlaufs über dem Grenzwert während der längsten erwarteten Spitze. Später lädt sie nach, wenn Nachladeleistung und Standortlast zusammen unter dem Grenzwert bleiben.
Spart Lastspitzenbegrenzung Energie?
Nicht für sich genommen. Sie senkt die höchste Leistung. Eine Batterie verursacht Umwandlungsverluste, sodass die Gesamtenergie um etwa 10 % der verschobenen Energie steigt. Eine abgeschaltete Last, die später nicht gebraucht wird, etwa Beleuchtung in einem unbesetzten Bereich, spart dagegen Energie.