EnergieMonitoring zur Lastspitzenreduktion – vielseitig gewinnbringend

Bei einer Jahreslastspitze von z.B. 1200kW und einem Leistungspreis von 80€/kW entstehen Kosten in Höhe von 96.000€ pro Jahr. Hier eröffnet ein EnergieMonitoring-System zur Lastspitzenreduktion ein hohes Einsparpotential.

Motivation

Elektrische Lastprofile werden typischerweise unterteilt in die Grundlast (Mindestleistungsbezug zu allen Zeitpunkten) und die Spitzenlast (kurzzeitig auftretende hohe Last). Im industriellen Umfeld sind für Großverbraucher Sondertarifmodelle üblich, die neben dem Grund-, Arbeits- und Blindleistungspreis auch den Leistungspreis berücksichtigen. Dieser ist häufig ein signifikanter Anteil der Kosten für die elektrische Energie und hängt von der höchsten aufgetretenen Spitzenlast eines Abrechnungsintervalls ab.

Lastspitzenvermeidung durch Verschieben des Energiebedarfs

Um Kosten einzusparen, muss das Lastprofil geglättet werden. Dazu werden die Lastspitzen reduziert („peak shaving“), indem

  • Verbraucher (z. B. Produktions- oder Infrastrukturanlagen) abgeschaltet oder
  • Erzeuger (z. B. Notstromgenerator, BHKW) zugeschaltet werden.

In beiden aufgeführten Fällen liegt eine Beeinflussung der Fertigungsabläufe und der Infrastruktur vor. Dies kann vermieden werden, indem stattdessen ein Batteriespeicher bei drohenden Lastspitzen entladen und zu Zeiten niedrigerer Lasten geladen wird.

Grundlagen

Prinzip der Lastspitzenreduktion

Für die Berechnung des sogenannten Leistungspreises wird der maximale, mittlere Leistungsbezug (Mittelungsintervall üblicherweise 15 Minuten) innerhalb des betrachteten Abrechnungszeitraums (z.B. ein Jahr) ermittelt und mit einem vom Energieversorgungsunternehmen vorgegebenen Faktor multipliziert. Beispielsweise führt eine Lastspitze von 800 kW bei einem Leistungspreis von 60 €/kW so zu einem Leistungspreis von jährlich 48.000 Euro.

Für die Reduktion der Lastspitzen wird ein Algorithmus benötigt, der die optimalen Batterieleistungen bezüglich der 15-Minuten Mittelwerte fortlaufend berechnet und so unnötige Entladungen des Speichers verhindert.

Die grundsätzliche Funktionsweise ist auf der Abbildung dargestellt: Bei Überschreitung des vorgegebenen, maximalen 15-min Leistungsbezugs wird der Batteriespeicher entladen, um die Lastspitze zu vermeiden. Unterschreitet der Lastgang die Ladegrenze wieder, kann das Batteriesystem erneut geladen werden.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Integrierte
Systeme und Bauelementetechnologie IISB

Monitoring & Analyse

Grundlage dieser Betrachtungen ist eine eingehende Analyse der Verbrauchsstruktur. Nicht nur auf der Hauptverteilungsebene, sondern auch die einzelnen Unterverteilungen und Großverbraucher sollten in ihrem Strombedarf erfasst werden.

Dazu bedarf es eines mitlaufenden Monitoring Systems, also einer Sensortechnik, die in einem feinen Meßinterval, beispielsweise 10 Sekunden, die elektrischen Parameter Strom und Spannung zur Verfügung stellt.

Investition

Die Investition in ein mitlaufendes Energiemonitoring-System liegt bei einem Bruchteil der Kostenreduktion welche durch die Lastverschiebung bewirkt wird.

Weitere Vorteile

Zusätzlich zur Harmonisierung des Lastverlaufs und zu Erkenntnissen über Grundlast und Spitzenlastverursacher bietet ein mitlaufendes Energiemonitoring-System weitere bemerkenswerte Vorteile:

  • automatische Grenzwertüberwachung einzelner Geräte und Produktionsgruppen
  • Unterstützung der Wartung und Instandhaltung durch mitlaufendes Alarmsystem
  • Identifizierung defekter Geräte
  • Wartungsintervalle laufzeitabhängig und nicht statisch
  • Vergleichbarkeit von Verbrauchern gleichen Typs an unterschiedlichen Orten
  • Integration der Energiekosten zu den Produktionskosten
  • Automatische Reports zur Kostentransparenz
  • . . .

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