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Lastmanagement

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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: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 30.07.2011; letzte Änderung: 28.08.2016

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.

Zukünftig ist das Ziel des Lastmanagements nicht mehr eine möglichst gleichmäßige Nachfrage, sondern eine dem veränderbaren Angebot folgende Nachfrage.

Zukünftig wird in Europa der Einsatz erneuerbarer Energien für die Stromerzeugung zunehmend an Bedeutung gewinnen. 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.

Man beachte, dass das Lastmanagement ohne die verstärkte Einführung erneuerbarer Energien die Umweltbelastungen der Stromerzeugung nicht unbedingt reduzieren muss, ja sie sogar erhöhen kann. Eine Vergleichmäßigung der Stromnachfrage kann nämlich den Einsatz von Kohlekraftwerken gegenüber Gaskraftwerken begünstigen, 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

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.

In manchen Fällen werden die Betriebszeiten von Geräten durch vom Netzbetreiber betriebene Zeitschaltuhren festgelegt. Dies basiert auf Erfahrungswerten über die typischen zeitlichen Lastverläufe. Es ist jedoch auch möglich, die Schaltvorgänge am tatsächlichen Lastverlauf zu orientieren. Beispielsweise kann das Abschalten von Lasten (ein Lastabwurf) in Zeiten (zu) starker Nachfrage vom Energieversorger ferngesteuert vorgenommen werden (via Rundsteueranlage). Bestimmte Randbedingungen hierfür werden im Voraus vereinbart, insbesondere wie häufig und für wie lange abgeschaltet werden darf, und welche Ermäßigung am Stromtarif der Verbraucher hierfür erhält. Es ist auch möglich, dass ein Verbraucher einen Stromtarif mit zeitlich variablen Preisen erhält (mit z. B. über das Internet übermittelten Preissignalen) und auf dieser Basis selbst darüber entscheidet, wann er einzelne Geräte in Betrieb nimmt. Es gibt auch Stromtarife, die es belohnen, eine gewisse Maximalleistung des Strombezugs nie zu überschreiten.

Im privaten Verbrauchssektor wird das Lastmanagement seit vielen Jahren für Elektrospeicherheizungen betrieben. Hier werden die Heizelemente mit Rundsteueranlagen vom Stromversorger an- und abgeschaltet – oft mit festen Sperrzeiten, unter Umständen aber auch variabel. Ähnlich gibt es Stromtarife für Wärmepumpen, die dem Energieversorger erlauben, Wärmepumpen für begrenzte Zeiten ferngesteuert abzuschalten. 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. Eher praktikabel wird dieser Ansatz für das Aufladen der Batterien von Elektroautos, wenn diese einmal in großen Zahlen genutzt werden.

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.

Eine weitere Methode des Lastmanagements ist die Variation der Netzspannung. Eine leichte Spannungsabsenkung (innerhalb des erlaubten Toleranzbandes) reduziert den Verbrauch diverser Geräte ein wenig, ohne unerwünschte Nebenwirkungen zu haben.

Natürlich ist es auch möglich, einen gewissen Strombedarf nicht nur zeitlich zu verschieben, sondern dauerhaft zu senken, insbesondere durch Investitionen in erhöhte Energieeffizienz. Dieser Ansatz wird jedoch nicht als Lastmanagement bezeichnet.

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.

Siehe auch: elektrische Energie, Lastabwurf, Leistung, Spitzenlast, Kraftwerk, Rundsteuertechnik, unterbrechbare Verbrauchseinrichtung, zuschaltbare Last, intelligentes Stromnetz, Stromzähler, Stromtarif, Stromlücke
sowie andere Artikel in der Kategorie elektrische Energie

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