Peak Shaving

Peak Shaving, auch Lastabwurf genannt, ist eine kostensparende Technik, die von Unternehmen eingesetzt wird, um die Stromkosten zu senken, indem sie den Spitzenstrombedarf minimieren und so die Leistungsentgelte senken.

Was ist Peak Shaving?

Peak Shaving, auch Lastabwurf (Load Shedding) oder Spitzenlastabwurf (Peak Load Shaving) genannt, ist eine Lastmanagement-Methode, die Unternehmen verwenden, um ihre Stromkosten zu minimieren. Peak Shaving ist besonders geeignet, um kostspielige Leistungsentgelte zu senken. Diese werden auch als Kapazitätsentgelte Kapazitätstarife bezeichnet werden . bezeichnet. Die Kapazitätsgebühren werden von der maximalen Spitzenlast des verbrauchten Stroms bestimmt und machen einen großen Teil der Stromrechnung aus.

Um diese Gebühren zu senken, steuern Unternehmen und andere große Stromverbraucher:innen ihren Energieverbrauch proaktiv. So können sie kurzfristige Nachfragespitzen minimieren. Diese Spitzen können auch effektiv abgefedert werden, indem Verbraucher:innen ihre Verbrauchsmuster „glätten”. Auf diese Weise werden die Verbrauchsgebühren verringert und Kosten eingespart.

Warum ist Peak Shaving notwendig?

Viele Unternehmen haben einen hohen Energiebedarf für Kerntätigkeiten, wie zum Beispiel das Laden von E-Autos (EVs), das Starten schwerer Maschinen, das Heizen von Kesseln oder den Betrieb von Wärmepumpen. Gewerbe- und Industriebetriebe erfassen diese Verbrauchsspitzen mithilfe eines registrierenden Lastprofils. In Deutschland die Registrierende Leistungsmessung (RLM), die alle 15 Minuten Daten übermittelt.

Diese Lastspitzen sind allerdings nachteilig und führen zu erhöhten Energiekosten sowie instabilen Netzen. Daher sind Lastmanagement-Methoden wie das Peak Shaving entscheidend, um Spitzenlasten zu vermeiden und die entsprechenden Kapazitätsgebühren zu verringern.

Was ist der Unterschied zwischen Peak Shaving und Lastverschiebung (Load Shifting)?

Beim Peak Shaving wird der Stromverbrauch kurzzeitig reduziert, um Stromspitzen zu vermeiden. Dazu wird entweder die Produktion gedrosselt oder zusätzlicher Strom aus lokalen Energiequellen bezogen, beispielsweise aus einer Photovoltaik(PV)-Aufdachanlage , aus Batteriespeichern oder sogar bidirektional aus EVs.

Bei der Lastverschiebung hingegen wird der Stromverbrauch vorübergehend reduziert und auf Zeiten mit niedrigeren Strompreisen oder geringerer Nachfrage verlagert. Dies eignet sich in der Regel für flexible Lasten, die leicht verschoben werden können, ohne den Betrieb zu beeinträchtigen, eines der geläufigsten Beispiele ist das Laden von EVs.

Wie funktioniert Peak Shaving?  

Peak Shaving kann sowohl auf der Angebotsseite als auch auf der Nachfrageseite erfolgen.

Das Ziel der Nachfragesteuerung ist es, die Nachfrage durch die Umsetzung verschiedener Strategien zu drosseln. Beim Use Case E-Mobilität kann beispielsweise ein Energiemanagementsystem automatisch die Leistung begrenzen, die der EV-Ladeinfrastruktur zugwiesen wird. In industriellen Szenarien können ungenutzte oder unnötig schwere Maschinen abgeschaltet werden.

Bei der Angebotssteuerung werden lokale Energiequellen genutzt, um die Abhängigkeit vom Stromnetz in Spitzenzeiten zu reduzieren. Die Integration von erneuerbaren Energieressourcen wie PV-Anlagen, Batterien oder Brennstoffzellen ist hierbei entscheidend. Fossil betriebene Quellen hingegen können diese Aufgaben ebenfalls erfüllen, erzeugen jedoch wesentlich mehr Emissionen.

Nachfrage- und Angebotssteuerung können getrennt oder in Kombination angewendet werden. Bei allen Methoden wird die Last am Netzanschlusspunkt reduziert, wodurch Spitzenlasten erfolgreich abgebaut werden können.

Vorteile von Peak Shaving

Die Senkung der Netzentgelte durch die 15-Minuten-Optimierung ist der Hauptvorteil des Peak Shavings. Das Peak Shaver-Modul von gridX optimiert die Ladevorgänge und minimiert die Entgelte, indem es Spitzenlasten senkt.

Der Peak-Shaver-Algorithmus berücksichtigt tägliche Prognosen der lokalen Produktion und des Verbrauchs und misst in 15-Minuten-Intervallen, wodurch Verteilernetzbetreiber (DSO) diese Messungen zur Abrechnung des Spitzenstromverbrauchs verwenden können. Innerhalb des Optimierungsintervalls wird die Echtzeit-Rest- und Gebäudelast berücksichtigt und der Strombedarf jedes angeschlossenen Geräts entsprechend flexibel angepasst.

„Der kostenrelevante Wert, der das Spitzenlastmaximum definiert, basiert auf dem durchschnittlichen Energiewert für ein 15-Minuten-Intervall. Die Optimierung der Energieflüsse in jedem 15-Minuten-Zeitfenster minimiert daher die Netzentgelte. Der Algorithmus nutzt diese Flexibilität und steuert die Energieflüsse so, dass die Autarkie maximiert wird, während die 15-Minuten-Durchschnittsleistung und die physikalischen Grenzen der Anlagen eingehalten werden”, so Carsten Schäfer, Senior Product Manager bei gridX.

„Die aktuellen Messwerte der PV-Erzeugung, der Leistung der EV-Ladestationenund des Energieflusses am Netzanschlusspunkt (über einen Smart Meter) werden kontinuierlich berücksichtigt und mit dem Durchschnitt des aktuellen Zeitfensters verglichen. Wenn noch Potenzial vorhanden ist, wird die Ladeleistung vorübergehend erhöht, ohne die Kapazitätsgrenze zu beeinflussen”, ergänzt Schäfer.

Durch die Aufrechterhaltung gleichmäßiger Lasten können die Netzbetreiber ihre Kosten senken. Die Betreiber legen die langfristigen Preise in der Regel auf der Grundlage der höchsten Lastspitzen innerhalb eines bestimmten Zeitraums fest, das heißt, ein einziger 15-minütiger Zeitraum mit außergewöhnlich hoher Stromnachfrage kann die Preise für ein ganzes Jahr bestimmen.

Laut Akash Roshan – Produktmanager bei gridX – gilt für Großverbraucher mit einem Verbrauch von mehr als 100.000 kWh pro Jahr in Deutschland ein anderes Netzentgeltmodell. Neben dem Grundentgelt und dem Entgelt pro kWh gibt es für sie einen Kapazitätstarif, der an ihren Spitzenverbrauch gekoppelt ist.

„Dies verdeutlicht, wie wichtig es für Unternehmen ist, den Spitzenstrombedarf zu verstehen und zu managen, da er sich direkt auf ihre finanziellen Verpflichtungen gegenüber dem Energienetz auswirkt”, fügt Roshan hinzu. Infolgedessen werden die Verbraucher:innen häufig ermutigt, Praktiken zur Senkung des Spitzenverbrauchs anzuwenden.

Die besten Peak Shaving Strategien

Das Ladeprofil auswerten

Die Analyse des Lastprofils eines Standorts zeigt die Stromverbrauchsmuster im Laufe der Zeit. Auf der Grundlage historischer Daten kann dann der genaue Umfang und Zeitpunkt der Spitzenlastreduzierung ermittelt werden. Auch die Lastvariabilität, die das Ausmaß der Nachfrageschwankungen im Tagesverlauf angibt, muss berücksichtigt werden. Standorte mit größeren Lastschwankungen müssen ein flexibles und intelligentes Energiemanagementsystem einsetzen.

Die richtige Energiespeichertechnologie

Ein Energiespeichersystem ist zwar keine Voraussetzung für den Abbau von Spitzenlasten, aber aus Sicht des Versorgungsmanagements ist es ideal. Kosten, Leistung, Lebensdauer, Sicherheit und Umweltverträglichkeit sind einige der Variablen, die bei der Auswahl der richtigen Energiespeichertechnologie zu berücksichtigen sind.

Batterien sind aufgrund ihrer Vielseitigkeit und einfachen Installation die beliebteste Option für Privathaushalte und kleinere Betriebe; die Wasserstoffspeicherung durch Elektrolyse wird für industrielle Use Cases oder Smart Districts immer beliebter, und die thermische Speicherung ist ein aufstrebender Bereich mit großem Potenzial.

TIPP: Besitzer:innen von EVs können ihre Selbstversorgung erhöhen, indem sie ihr Fahrzeug als Batteriespeicher nutzen.

Definiere Deine Ziele

Peak Shaving kann so konfiguriert werden, dass unterschiedliche Ziele erreicht werden. Daher müssen Betreiber:innen zunächst ihre Prioritäten festlegen. Sei es die Minimierung der Stromkosten, die Maximierung der Netzstabilität oder die Verringerung der Emissionen. Daraus ergibt sich dann die Logik, die in der Steuerungsstrategie des Energiemanagementsystems verwendet wird.

Davon hängt beispielsweise ab, ob eine planmäßige Steuerung oder eine vorausschauende Steuerung verwendet wird. Die planmäßige Steuerung hält sich an einen vorgegebenen Lade- und Entladeplan, der auf dem Lastprofil und der Tarifstruktur eines Standorts basiert. Die prädiktive Steuerung hingegen nutzt historische und Echtzeitdaten sowie Last- und Netzprognosen, um das Laden und Entladen zu optimieren.

Unabhängig von den spezifischen Zielen werden alle Energieanlagen im System in Echtzeit überwacht und gesteuert. Die Lasten werden entsprechend den von Benutzer:innen definierten Spitzenwerten optimiert.

Anwendung von Kapazitätstarifen

Die Vorteile von Peak Shaving sind an Standorten mit erheblichen flexiblen Lasten offensichtlich. Betrachten wir einen weit verbreiteten Use Case: das Laden von Elektrofahrzeugen.

Berechnungsbeispiel für Peak Shaving

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Wie bereits erwähnt, berechnen Netzbetreiber:innen ihre Gebühren auf der Grundlage der höchsten Lastspitzen eines Standorts, auch wenn diese nur selten auftreten. Unsere Berechnungen für einen Hochleistungs-Ladestandort zeigen, dass alle Ladepunkte durchschnittlich nur elf Minuten pro Tag genutzt werden. Da Netzanschlüsse jedoch für die Spitzenzeiten gebaut werden, würde dieser Zeitraum den Preis bestimmen.

Wenn an einem Standort mit sechs DC-Ladegeräten, je 150 Kilowatt (kW), der seltene Fall eintritt, dass sechs E-Autos gleichzeitig laden, würden die Betreiber:innen dem Standort maximal 900 kW für die Stromnutzung in Rechnung stellen. Geht man von einem Preis von 80 Euro/kW aus, würde dies zu maximalen Kosten von 72.000 Euro führen.

Mit einem Peak-Shaving-Algorithmus ließe sich jedoch die an jede Ladestation gelieferte Leistung auf 100 kW reduzieren – immer noch ausreichend, um das gewünschte Ladevolumen zu erreichen. Dadurch ließe sich das Leistungsentgelt um ein Drittel auf 600 kW oder 48.000 Euro verringern.

Auf diese Weise können die EVs mit ihrer maximalen Leistung innerhalb der reduzierten Netzgrenzen geladen werden, sodass Betreiber von Ladestandorten (CPOs) ihre Stromverbrauchsgebühren um etwa ein Drittel senken können.

Use Case: High Power Charging

Fastned ist ein Betreiber von Schnellladestationen mit Ladepunkten von bis zu 350 kW, die Elektroautos in nur 15 Minuten eine Reichweite von bis zu 300 km ermöglichen. Obwohl dies praktisch ist, drohen die Netzentgelte durch diese enormen Lasten erheblich zu steigen. Um den Stromverbrauch und die Gebühren zu minimieren und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Fahrer immer die gewünschte Ladung erhalten, hat Fastned Peak Shaving auf unserer XENON-Plattform eingesetzt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Strom intelligent auf die Ladepunkte verteilt wird, um Spitzenlasten und damit auch die Stromverbrauchsgebühren zu minimieren, ohne den Benutzerkomfort zu beeinträchtigen.

Die Zukunft von Peak Shaving

Peak Shaving erfreut sich zunehmender Beliebtheit, nicht nur wegen der beträchtlichen finanziellen Gewinne, die es ermöglicht, sondern auch wegen der sich ändernden Energieregulierung. Während es derzeit in erster Linie ein Instrument für Unternehmen ist, könnte es bald auch auf Privathaushalte ausgedehnt werden. In Österreich beispielsweise ist die vorgeschlagene Einführung von Netzkapazitätstarifen für Privathaushalte ein Zeichen für das Engagement zur Bewältigung von Stromspitzen und zur Optimierung der Stromnutzung. Es wird wichtig sein, den Fortschritt der entsprechenden Gesetzesänderung zu beobachten und ihre möglichen Auswirkungen auf die Verbraucher und das Stromnetz zu bewerten.

In Deutschland wird unterdessen der neue Paragraph 14a im Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) einen zusätzlichen Anreiz für die Betreiber schaffen, netzoptimiert zu handeln und ihren Energieverbrauch auf Zeiten mit geringerer Nachfrage zu verlagern. Mit dieser Maßnahme soll ein stabileres Netz durch Methoden wie Peak Shaving gefördert werden.