Vermeidung von Lastspitzen – Warum?
Insbesondere in industriellen Anwendungsfällen stellt der Leistungspreis, der von der Jahreslastspitze abhängig ist, einen nicht unerheblichen Bestandteil der Energiekosten dar. Leistungspreise beziehen sich häufig auf den Maximalwert der innerhalb eines Jahres im 15-Minuten-Takt gemessenen bezogenen elektrischen Leistung. Man spricht daher vom Jahresleistungspreis. Da Leistungspreise von 50 Euro pro Kilowatt keine Seltenheit sind, ist die Reduktion der Lastspitzen häufig eine lohnenswerte Maßnahme zur Senkung der Energiekosten. Diese Maßnahme wird auch englisch als „Peak shaving“ oder „peakshaving“ bezeichnet.
TOP-Energy bietet verschiedene Möglichkeiten, Varianten mit einer Reduktion der Lastspitze zu simulieren. Diese stellen wir Ihnen hier vor.
Mathematische Optimierung mit dem Leistungspreis
Die einfachste Lösung, eine Lastreduktion herbeizuführen, wäre eine Optimierung unter Berücksichtigung des Leistungspreises bzw. der sich daraus ergebenden Kosten. Leider ist diese Variante wegen ihrer mathematischen Komplexität nicht umsetzbar, denn in dieser Optimierung wären alle Zeitschritte eines Jahres miteinander gekoppelt. Ein solches Optimierungsproblem ist zu groß, um in einer akzeptablen Rechenzeit gelöst zu werden. Der Leistungspreis geht daher derzeit nicht in die Zielfunktion der Optimierung ein. Dies betrifft nicht die Auswertung im eVariant– oder eValuate-Modul. Wenn der Leistungspreis in die Optimierung einginge, würden die ersten Zeitschritte einer Optimierung mit einem unverhältnismäßig hohen Aufschlag auf den Strompreis belastet, denn auch beim ersten Zeitschritt, bei dem noch keine Lastspitze auftritt, würde ebenso wie für die gesamte bezogene Leistung der spitzenabhängige Leistungspreis berechnet werden. Um dieses unerwünschte Phänomen zu vermeiden, wurde in der Zielfunktion Betriebskosten auf die Berücksichtigung des Jahresleistungspreises verzichtet.
Spitzenlastreduktion durch Beschränkung des Versorgers
Eine Möglichkeit in TOP-Energy, eine Spitzenlastreduktion herbeizuführen, ist die Beschränkung der Maximalen Lieferleistung in der Komponente Stromversorger. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die festgelegte Bezugsleistung auf keinen Fall überschritten wird.
Im folgenden Beispiel, das auf dem Tutorial 24 Speicher für Spitzenlastmanagement basiert, wurde die Maximale Lieferleistung auf 15 kW beschränkt, und der Look-Ahead wurde auf 24 Stunden verlängert.
Das Ergebnis für die maximale Bezugsleistung ist in diesem Fall genau 15 kW.
Bei dieser Methode ist darauf zu achten, dass der Strombedarf trotzdem gedeckt wird. Es muss zusätzliche Stromversorger oder Stromspeicher geben, die über die reduzierte Bezugsleistung hinaus noch Kapazitäten haben. Beim Erreichen der Bezugsleistungsgrenze des Stromversorgers werden dann diese zusätzlichen Kapazitäten ausgeschöpft.
Leistungspreis oberhalb einer gewünschten Bezugsgrenze
Um nur die Überschreitung einer gewissen Leistungsgrenze und nicht den Strombezug generell zu bestrafen, ist es sinnvoll, nur Werte oberhalb einer bestimmten Leistungsgrenze mit zusätzlichen Kosten zu belegen. Deshalb kann man in TOP-Energy – alternativ zur Begrenzung des Strombezugs – die Leistungsbezüge oberhalb eines bestimmten Wertes mit zusätzlichen Kosten belegen. Dazu verwendet man die Komponentenvorlage 
Zielfunktionsbeitrag aus den Ordnern Programmierbare Steuerung → Zielfunktionsoperationen der Komponentenvorlagenbibliothek. Man berechnet die Überschreitung der Leistungsgrenze und belegt diese Differenz mit Hilfe der Komponente Zielfunktionsbeitrag mit Kosten: in der Formularansicht wählt man bei Auswahl der Zielfunktion die Betriebskosten und gibt den Faktor z. B. in EUR/h oder EUR/a ein. Diese Methode führt zu einem zusätzlichen Anreiz, die Leistungsgrenze für normale Stromkosten nicht zu überschreiten.
Reduktion der Lastspitze über die Einschaltreihenfolge
Eine vierte Möglichkeit, mit TOP-Energy Lastspitzen zu reduzieren, besteht in der Verwendung der Komponente Einschaltreihenfolge. Diese kann verwendet werden, um eine Entnahmepriorität für das Netz und andere Erzeugungsanlagen vorzugeben. Im Falle eines Speichers ist es ratsam, die Einschaltreihenfolge so zu wählen, dass der Speicher beladen wird, bevor Strom ins Netz eingespeist wird. Damit wird sichergestellt, dass der Speicher während der Lastspitze zur Verfügung steht. Für einen Anwendungsfall mit einer Photovoltaikanlage, einem elektrischen Speicher und einem Stromnetz kann eine Einschaltreihenfolge wie in der folgenden Abbildung gewählt werden.
