RP-Energie-Lexikon
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Lastmanagement

Akronym: LM; DSM = Demand Side Management

Definition: Maßnahmen zur Anpassung des elektrischen Leistungsbedarfs an die verfügbaren Kraftwerkskapazitäten

Englisch: demand side management, load management

Kategorie: elektrische Energie

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 30.07.2011; letzte Änderung: 06.06.2021

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Bei der Versorgung mit elektrischer Energie gibt es derzeit und für die absehbare Zukunft nur in geringem Umfang Möglichkeiten zur Energiespeicherung. Deswegen muss im Wesentlichen jederzeit genau die elektrische Leistung produziert werden, die im Stromnetz verbraucht wird, zuzüglich den Netzverlusten z. B. in Hochspannungsleitungen. Dies lässt sich grundsätzlich auf zwei verschiedene Weisen erreichen: durch die Steuerung der Stromerzeugung in den Kraftwerken und durch die Beeinflussung der Nachfrage, also der Netzlast. Letzteres wird als Lastmanagement (engl. DSM = Demand Side Management) bezeichnet.

Oft ist das Lastmanagement ökonomisch günstiger als ein auf die Erzeugung fokussierter Ansatz, da die Kosten insbesondere für die zeitliche Verschiebung von Energielieferungen in Zeiten schwächerer Nachfrage häufig geringer sind als die Kosten für zusätzliche Spitzenlast – insbesondere wenn für letzteres neue Kraftwerkskapazitäten und/oder Leitungskapazitäten erstellt werden müssten.

Als Folge der Energiewende mit einer verstärkten Einspeisung von Energie aus Windenergie und Photovoltaik gewinnt das Lastmanagement an Bedeutung: Eine erhebliche Ausweitung des Lastmanagements, das bisher nur wenige Prozent der gesamten Netzlast erfasst, dürfte kostengünstiger sein als die meisten anderen Optionen, etwa den Bau zusätzlicher flexibler Kraftwerke, der Bau von Speichern für elektrische Energie und ein stärkerer Ausbau von Stromnetzen. Ein stark ausgeweitetes Lastmanagement ist auch die Hauptaufgabe der seit einigen Jahren diskutierten intelligenten Stromnetze (Smart Grids).

Ziele des Lastmanagements

Das bisher z. B. in Europa betriebene Stromversorgungssystem enthält viele grundlastfähige Kraftwerke, dazu auch Kraftwerke für die Mittellast und die Spitzenlast. Am wirtschaftlichsten kann die Stromversorgung (Erzeugung und Verteilung) dann erfolgen, wenn die Grundlastkraftwerke stets voll ausgelastet sind, die Mittellastkraftwerke eine wenig schwankende Last tragen und die Spitzenlast möglichst selten in Anspruch genommen wird. Ideal ist es in diesem Sinne, wenn der gesamte Leistungsbedarf möglichst wenig schwankt, allenfalls mit möglichst gut vorhersagbaren und langsamen (etwa saisonalen) Schwankungen. Das Ziel des Lastmanagements ist es dann also insbesondere, Spitzenlast abzubauen, z. B. indem der entsprechende Bedarf in verbrauchsärmere Zeiten verschoben wird.

Inzwischen gewinnt der Einsatz erneuerbarer Energien für die Stromerzeugung zunehmend an Bedeutung. Soweit es sich um Windenergie und Sonnenenergie handelt, bringt dies das Problem mit sich, dass die erzeugte Leistung entsprechend den Wetterbedingungen stark schwanken kann, oft auch kurzzeitig und nicht perfekt (allerdings zunehmend besser) vorhersehbar. Wenn diese erneuerbare Energie einen erheblichen Teil der Erzeugungskapazitäten darstellt, schwankt die verfügbare Leistung wesentlich stärker als bisher. Für das Lastmanagement bedeutet dies, dass das Ziel nicht mehr eine gleichmäßige Nachfrage ist, sondern eine Nachfrage mit Schwankungen entsprechend dem Energieangebot.

In diesem Zusammenhang ist auch daran zu denken, dass eine zunehmende Sektorkopplung weitere Möglichkeiten für eine effiziente und kostengünstige Nutzung erneuerbarer Energien schafft. Der Stromsektor sollte also nicht isoliert betrachtet werden.

Ökologische Vorteile

Neben wesentlichen ökonomischen Vorteilen kann das Lastmanagement auch erhebliche ökologische Vorteile bringen. Dies vor allem dadurch, dass es die Nutzung erneuerbarer Energien mit schwankendem Leistungsangebot hilft besser auszunutzen. Ohne Lastmanagement kann es nämlich dazu kommen, dass zu manchen Zeiten fossile Energie benötigt wird, zu anderen Zeiten dagegen schwer nutzbare Überschüsse an erneuerbarer Energie entstehen. Es hilft dann also, wenn der Verbrauch zumindest ein Stück weit entsprechend dem sauberen Stromangebot variiert werden kann.

Man beachte aber, dass das Lastmanagement ohne die verstärkte Einführung erneuerbarer Energien die Umweltbelastungen der Stromerzeugung nicht zwangsläufig reduzieren muss, sondern sie sogar erhöhen kann. Eine Vergleichmäßigung der Stromnachfrage kann nämlich den Einsatz von Kohlekraftwerken gegenüber Gaskraftwerken begünstigen (soweit dies nicht durch eine CO2-Bepreisung verhindert wird), und diese haben wesentlich höhere spezifische Emissionen. Natürlich sind andererseits auch umweltschonende Wirkungen des Lastmanagements möglich, beispielsweise ein reduzierter Einsatz von Spitzenlast-Gaskraftwerken, die meist einen geringen Wirkungsgrad aufweisen.

Methoden des Lastmanagements

Auf der physischen Ebene geht es immer um die Beeinflussung des jeweiligen Stromverbrauchs. Gleichzeitig ist aber von Interesse, wie Anreize gesetzt werden können, um eine energiewirtschaftlich gewünschte Anpassung des Verbrauchs (ein “systemdienliches Verhalten”) zu erzielen. Beides wird im Folgenden erläutert.

Technisch gesehen bedeutet das Lastmanagement im Wesentlichen, dass nicht unbedingt nötige Verbraucher zu Zeiten hoher Nachfrage oder geringeren Leistungsangebots abgeschaltet werden. Im industriellen Bereich ist dies beispielsweise möglich für viele elektrische Öfen, Kältemaschinen und Elektrolyseanlagen, die als unterbrechbare Verbrauchseinrichtungen betrieben werden. Ein anderes Beispiel ist die Wasserentsalzung. Häufig ist es nämlich nicht wichtig, wann genau ein bestimmtes Produkt (z. B. Wärme, Kälte, flüssige Luft, Wasserstoff oder Trinkwasser) erzeugt wird, und das Produkt ist leichter speicherbar als elektrische Energie. Da die einzelne Anlage im industriellen Bereich häufig viel Energie benötigt, ist der technische Aufwand im Verhältnis zu der zeitlich verschobenen Energiebezugsmenge relativ gering.

Einschränkung auf bestimmte feste oder variable Zeiten

In manchen Fällen werden die Betriebszeiten von Geräten durch vom Netzbetreiber betriebene Zeitschaltuhren festgelegt. Dies basiert auf Erfahrungswerten über die typischen zeitlichen Lastverläufe. Beispielsweise können Elektroboiler immer zu bestimmten Nachtzeiten aufgeheizt werden. Besser ist es, wenn Verbraucher vom Energieversorger via Rundsteueranlage ferngesteuert werden können; dann lassen sich die Verbrauchszeiten für gewisse Gruppen von Verbrauchern flexibler einrichten, etwa gestaffelt im Laufe der gesamten Nacht.

Im privaten Verbrauchssektor wird diese Art von Lastmanagement seit vielen Jahren für Elektrospeicherheizungen und Elektroboilern für Warmwasser betrieben. Hier werden die Heizelemente mit Rundsteueranlagen vom Stromversorger an- und abgeschaltet – oft mit festen Sperrzeiten, unter Umständen aber auch variabel.

Abschaltung in Zeiten mit Engpässen

In anderen Fällen ist es vorgesehen, dass die Verbraucher im Regelfall Strom beziehen dürfen und nur in Zeiten mit speziellen Engpässen deaktiviert werden – dies ist ein Lastabwurf, der wiederum per Rundsteuerung durchgeführt werden kann. Beispielsweise gibt es Stromtarife für Wärmepumpenheizungen, die dem Energieversorger erlauben, Wärmepumpen für begrenzte Zeiten ferngesteuert abzuschalten. Diese Zeiten sind so kurz, dass man in der Regel für deren Überbrückung keinen Wärmespeicher einrichten muss; die thermische Trägheit des Gebäudes genügt. Bestimmte Randbedingungen werden über den Tarif vereinbart, insbesondere wie häufig und für wie lange abgeschaltet werden darf. Als Gegenleistung erhalten solche Verbraucher eine deutliche Senkung des Preises pro Kilowattstunde.

Mit solchen relativ simplen Mitteln kann man eine Überlastung der Infrastruktur verhindern, aber noch keine insgesamt optimale Verteilung des Verbrauchs erzielen.

Zuschaltbare Lasten

Zukünftig könnte vor allem in Deutschland der Einsatz zuschaltbarer Lasten für die Nutzung zeitweilig anfallende Stromüberschüsse interessant werden. Hier geht es um Lasten, die gezielt in Zeiten mit Stromüberschüssen vom Netzbetreiber aktiviert werden können. Im Vergleich zum Einspeisemanagement mit Abregelung überschüssiger erneuerbarer Stromerzeugung wäre diese Variante volkswirtschaftlich und ökologisch günstiger.

Leistungstarife

Es gibt für Großverbraucher häufig Stromtarife, die es mithilfe eines Leistungspreises belohnen, eine gewisse Maximalleistung des Strombezugs nie zu überschreiten. Solche Tarife schaffen einen Anreiz (aber keinen Zwang), den Leistungsbezug möglichst gleichmäßig zu gestalten – was wie erwähnt energiewirtschaftlich aber nicht mehr optimal ist, wenn ein schwankendes Angebot erneuerbare Energien gut genutzt werden soll. Diese Art von Lastmanagement gilt es also nun zu modernisieren.

Zeitlich variable Stromtarife

Verbraucher können einen Stromtarif mit zeitlich variablen Preisen erhalten (mit z. B. über das Internet übermittelten Preissignalen) und auf dieser Basis selbst darüber entscheidet, wann er einzelne Geräte in Betrieb nimmt. Idealerweise hängt der Preis nicht nur systematisch von der Uhrzeit und eventuell vom Wochentag ab, sondern von den tatsächlichen Verhältnissen im Stromnetz, die am Strommarkt schon beispielsweise am Vortag erkennbar sind. Mit einer solchen Weiterentwicklung von Stromtarifen entsprechen die Anreize besser dem energiewirtschaftlichen Optimum und können daher zur gesamtwirtschaftlichen Optimierung beitragen. Wenn die Preise z. B. einen oder mehrere Tage im Voraus bekannt sind, können sich die Verbraucher auch darauf einstellen.

Aufwendiger ist es, solche Ansätze in anderen Sektoren des privaten Verbrauchs zu praktizieren. Zwar ist es durchaus denkbar, auch Privatkunden mit Hilfe von “intelligenten Stromzählern” (smart meters) finanzielle Anreize für den Betrieb z. B. von Waschmaschinen in Schwachlastzeiten zu bieten, oder solche Vorgänge sogar zu automatisieren (z. B. via Internet oder durch genaue Messung der Netzfrequenz in den Geräten), jedoch entsteht hier ein gewisser Aufwand für relativ geringe Energiemengen, was häufig zu einem nicht allzu guten Verhältnis von Kosten und Nutzen führen dürfte. Eher praktikabel wird dieser Ansatz für das Aufladen der Batterien von Elektroautos, wenn diese einmal in großen Zahlen genutzt werden.

Variation der Netzspannung

Eine weitere Methode des Lastmanagements, die keine Kommunikation mit den Verbrauchern benötigt, ist die Variation der Netzspannung. Eine leichte Spannungsabsenkung (innerhalb des erlaubten Toleranzbandes) reduziert den Verbrauch diverser Geräte etwas, ohne unerwünschte Nebenwirkungen zu haben. Jedoch ist das Potenzial dieses simplen Ansatzes relativ begrenzt.

Negawatt-Auktionen

In mehreren Bundesstaaten der U.S.A. gibt es Börsen, an denen nicht nur Stromlieferungen gehandelt werden können, sondern auch die Vermeidung von eigentlich vorgesehenen Lieferungen. Man spricht hier von Negawatt (= vermiedene Watt, nach Amory Lovins) statt Megawatt, setzt also auf die Vermeidung (oder zeitliche Verschiebung) bezogener Leistung anstellte der Beschaffung zusätzlicher Leistung. Es geht dabei nicht zwangsläufig um Energiesparen, also die Verminderung der pro Jahr bezogenen Energiemengen, sondern oft darum, den Bedarf mit weniger Kraftwerken decken zu können. Da dies dann natürlich mit den am günstigsten produzierenden Kraftwerken geschieht, sinken auch die Kosten pro erzeugter Kilowattstunde. Natürlich kann der gleiche Effekt auch mit Energiesparen durch erhöhte Energieeffizienz verbunden werden; entsprechende Investitionen können Kraftwerkskapazitäten überflüssig werden und somit Investitionen auf dieser Seite ersetzen.

Möglichkeiten für die Energiepolitik

Es gibt diverse Möglichkeiten für die Energiepolitik, die Weiterentwicklung des Lastmanagements im Interesse einer zügigeren und möglichst ökonomischen Gestaltung der Energiewende im Strombereich inklusive Sektorkopplung zu fördern:

  • Das System der Netznutzungsentgelte sollte so überarbeitet werden, dass energiewirtschaftlich gewünschte Vorgänge nicht durch eine unangemessene Kostenbelastung verhindert, sondern vielmehr gefördert werden. Beispielsweise ist es nicht angemessen, dass Netznutzungsentgelte den Strom verteuern, wo sonst schwer nutzbare Stromüberschüsse durch zuschaltbare Lasten oder Stromspeicher einer sinnvollen Nutzung zugeführt werden. Bislang bestehen in Deutschland vielfach nicht die benötigten marktwirtschaftlichen Anreize.
  • Ebenfalls sollten sinnvolle zusätzliche Stromanwendungen z. B. im Bereich der Wärmepumpen, die fossile Energieträger verdrängen könnten, nicht unangemessen z. B. gegenüber Erdgas verteuert werden. Bislang ist die Kostenbelastung bei Strom jedoch weitaus höher als bei Erdgas, was die betriebswirtschaftliche Rentabilität von Wärmepumpen verschlechtert.
  • Diverse regulatorische Vorgaben für Systemdienstleistungen sollten ebenfalls weiter entwickelt werden, beispielsweise im Zusammenhang mit der Momentanreserve und der Bereitstellung von Blindleistung für die Netzstabilisierung.
  • Auch wenn viele technische Details letztendlich von Energieversorgungsunternehmen, der Industrie und technischen Vereinigungen auszuarbeiten sind, kann es sehr hilfreich sein, wenn die staatliche Energiepolitik die relevanten Akteure an einen Tisch bringt und zur besseren Koordinierung der Arbeiten beiträgt.
  • Experimentelle Ansätze für technische und regulative Innovationen sollten besser gefördert werden. Entsprechende Projekte sind wichtig, um möglichst bald optimierte Konzepte für eine breitere Anwendung zur Verfügung zu haben. Beispielsweise wäre dies wichtig, um eine breite Anwendung von Elektroautos ohne einen kostspieligen Ausbau der Niederspannungsnetz zu ermöglichen.
  • Die erneuerbaren Energien, mit denen umweltverträglich Strom erzeugt werden kann, sollten gefördert und nicht behindert werden, beispielsweise durch überzogene Einschränkungen verfügbarer Standorte für Windenergieanlagen und unnötig aufwändige und langwierige Genehmigungsprozesse. Mit einem höheren Anteil erneuerbare Energien wird das Lastmanagement einen größeren Nutzen entfalten und sich schneller entwickeln können.
  • Auch die Förderung von Weiterbildungsangeboten, die sich an den Notwendigkeiten für eine erfolgreiche Energiewende orientieren, könnte sich sinnvoll auswirken.

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