Eine komplexe Herausforderung Einspeisemanagement und Peak Shaving

von Vivian Bullinger | 08.01.2024

Das Stromnetz war früher eine Einbahnstraße von wenigen zentralen Großkraftwerken, deren Energie zu vielen Verbrauchern floss. Heute sind aus den Verbrauchern sogenannte Prosumer (Produzenten und Verbraucher) geworden, die sowohl Strom beziehen als auch einspeisen. Durch den Anstieg der Erzeugungsanlagen ist die Kernaufgabe der Netzbetreiber – die Netzstabilität zu erhalten – komplexer geworden. Damit das Zusammenspiel zwischen den dezentralen Prosumern reibungslos funktioniert und die Netzstabilität erhalten bleibt, wird das Einspeisemanagement benötigt. Ergänzend dazu übernimmt das sogenannte Peak Shaving eine wichtige Rolle, um Lastspitzen zu vermeiden und damit zur Netzstabilität beizutragen.

In unserem Blog-Beitrag zeigen wir verschiedene Lösungswege, wie die Herausforderungen an das Einspeisemanagement und das Peak Shaving gelöst werden können.

Einfaches Einspeisemanagement - Begrenzte Einspeisung (x %)
Verbundsteuerung – PV-Kraftwerke
Lastspitzen-Management (Peak Shaving)
Peak-Shaving kombiniert mit der E-Mobility

1. Einfaches Einspeisemanagement - Begrenzte Einspeisung (x %)

Die Regelungen bzw. Anforderungen des Einspeisemanagement unterscheiden sich in ihre Komplexität. In der Regel bedeutet das, je größer die Anlage desto komplexe die Anforderungen, die die Anlage erfüllen muss. Mithilfe der Energiemanagement-Systeme, wie z. B. der Energiemanager von Solar-Log, werden diese Anforderungen umgesetzt.

Ein einfaches Einspeisemanagement mit einer x %-Regelung, bedeutet, dass die Anlage sich selbsständig auf x-% der Anlagenleistung abregelt. Mit dieser Maßnahme wird sichergestellt, dass bei einem Energieüberschuss nicht zu viel Strom ins Netz fließt und es zu einer Überlastung kommt. Diese Maßnahme kann sehr unterschiedlich umgesetzt werden, von der direkten x-% Vorgabe über Steuergeräte des Netzbetreibers bis hin zu einer selbstständigen Regelung auf x-% am Netzanschlusspunkt unter Berücksichtigung von Produktion und lokalem Verbrauch. Letzteres besitzt den Charme, dass es den lokalen Bedarf an Energie bestmöglich mit lokal produzierter Energie deckt und somit das Netz nicht nur in Bezug auf die Einspeisung entlastet, sondern auch in Bezug auf den Verbrauch.

Abbildung 1 - Einspeisemanagement bedeutet die Steuerbarkeit der dezentralen Erzeugungsanlagen. Dabei kann es unterschiedliche Abstufungen geben. Wie auf dem Bild zu sehen ist – z. B. eine Reduzierung auf 30 % oder gar 0 %.

Eine zentrale Funktion des Energie-Management-Systems ist also die Begrenzung der x % Einspeisung in das Netz. In vielen Ländern werden mittlerweile fixe oder dynamische Leistungsbegrenzungen vorgeschrieben. Diese Grenze lässt sich flexibel für verschiedene Schwellwerte einstellen. Dadurch können unterschiedliche Anforderungen (70 % Regelung, 50 % oder 60 % Regelung bei Speicherförderung, 0 % Regelung in Spanien, usw…) bedient werden.

In der Praxis wird hierfür meist ein bidirektionales Messgerät installiert, welches die Energieflüsse am Netzverknüpfungspunkt erfasst und diese Information an die Energie-Management-Software (EMS) übermittelt. Ein für das EMS zuständiger Kontroller wertet diese Information aus und regelt den Energiefluss von z. B. der lokalen Fotovoltaikanlage.

Es kann aber auch vorkommen, dass der Netzbetreiber eine Regelvorgabe über seine Steuergeräte sendet und die Anlage auf diesen Wert abregelt. Je nach Anlagengröße und Installationsort können die Vorgaben hierbei sehr unterschiedlich sein, so wie die Netze historisch gewachsen sind.

Abbildung 2- Aufbau einer x % Einspeisesteuerung für PV-Anlagen mit den Energie-Management-System Solar-Log.

2. Verbundsteuerung – PV-Kraftwerke

Je größer die PV-Anlage, desto komplexer wird die Umsetzung der Einspeisereglungen. Gerade bei PV-Kraftwerken, bei denen viele Wechselrichter zusammen kommen steigen die Ansprüche an das Energie-Management-System (EMS).

Um das Einspeisemanagement bei Anlagen in solchen Anlagengrößen sicher umzusetzen, werden mehrere Energie-Management-Geräte per Ethernet-Netzwerk miteinander gekoppelt. Durch diese Vernetzung können die Steuersignale der Netzbetreiber untereinander ausgetauscht werden.

Bei Solar-Log lassen sich solch komplexere Architekturen über das Verbundsteuerungsprinzip realisieren. Hierbei werde die Signale des Netzbetreibers werden am Master-EMS empfangen und über die Slaves-EMS an die angeschlossenen Wechselrichter verteilt. Für diese Systemarchitektur, lässt sich mit dem Solar-Log System der Master mit bis zu neun Slaves im Netzwerk koppeln. Durch die Vernetzung der EMS können komplexe Anforderungen (mehrere Anlagenteile und Einspeisepunkte und viele verschiedene Wechselrichter-Hersteller) umgesetzt werden.

Durch den Einsatz der Verbundsteuerungslizenz ist es zusätzlich möglich, eine Anlagenaufteilung für die Direktvermarktung vorzunehmen. Durch den Einsatz von Slave Geräten wird die Anlage in Bereiche aufgeteilt. Für jeden Bereich kann dann ein eigener Direktvermarkter gewählt werden. Eventuelle Reduzierungsbefehle der Direktvermarkter werden mit den Befehlen der Energieversorger priorisiert und entsprechen dokumentiert.

Abbildung 3-Verbundsteueung für das Einspeisemanagement bei PV-Kraftwerken.

3. Lastspitzen-Management (Peak Shaving)

Ein Bereich im Energiemanagement, der mit dem fortschreitenden Ausbau der erneuerbaren Energien verstärkt an Bedeutung gewinnt, ist das sogenannte Lastspitzen-Management oder auch Peak Shaving genannt.

Die meisten Unternehmen haben aufgrund einer Vielzahl an Verbrauchern (Maschinen, Wärmepumpen, Fuhrpark) einen sehr hohen Strombedarf. Dieser wird mehr und mehr durch PV-Anlagen und Batteriespeicher ganz oder teilweise gedeckt.
Allerdings haben die Unternehmen noch ein weiteres Problem. Durch die hohe Anzahl an Verbrauchsstellen ist die Grundlast, welche diese Abnehmer vom Netz permanent abnehmen, sehr hoch. Zusätzlich können durch Einschaltvorgänge oder zeitlichem Betrieb von weiteren Verbrauchern hohe Verbrauchsspitzen bzw. Lastspitzen entstehen. Um diese Lastspitzen bedienen zu können, müssen in der Infrastruktur des Energienetzes Kapazitäten vorgehalten werden, was Kostenintensiv ist. Der effiziente Umgang mit Lastspitzen ist daher wichtig, um die Stabilität des Stromnetzes zu gewährleisten, Überlastungen zu vermeiden und die Energiekosten zu optimieren.

Um diese Lastspitzen zu kappen bzw. zu vermeiden gibt es unterschiedliche Optionen. Eine Möglichkeit ist der intelligente Einsatz von PV-Energie zusammen mit Batteriespeichern, welche von einem Energie-Management-System koordiniert werden. Das Energie-Management-Systems wie z. B. von Solar-Log kappt die Lastspitzen (Peak Shaving) indem es die effektive Regelung des PV-Systems und der Batteriespeicher übernimmt. Es sorgt also dafür, dass der für die Lastspitzen zusätzlich benötigte Strom nicht aus dem Stromnetz geholt wird, sondern die Energie aus einem Batteriespeicher entnommen wird.

4. Peak-Shaving kombiniert mit der E-Mobility

Peak Shaving und E-Mobilität sind zwei Konzepte, die miteinander verbunden werden können, um die Netzstabilität zu verbessern und die Nachfrage während Spitzenzeiten noch besser zu managen.

Das Energie-Management-System sorgt bereits dafür, dass die PV-Anlage in Verbindung mit einem entsprechenden Batteriespeicher dazu genutzt werden die Anschlussleistung am Netzverknüpfungspunkt zu senken und Lastspitzen zu vermeiden. In dieses intelligente Lademanagement können auch Elektrofahrzeuge eingebunden und so gesteuert werden, dass sie bevorzugt in Zeiten mit geringer Last aufgeladen werden. Dies hilft, den zusätzlichen Energiebedarf durch die Elektromobilität zu verteilen und wiederum Lastspitzen zu vermeiden.

Ein perfektes Team – für mehr Wachstum

Das Zusammenspiel von Einspeisemanagement und Energie-Management-System (EMS) ist entscheidend für eine effiziente Nutzung erneuerbarer Energien. Das Einspeisemanagement reguliert die Einspeisung in das Stromnetz, indem es die Produktion erneuerbarer Quellen optimiert. Gleichzeitig integriert das EMS Energiemanagementstrategien, um den Verbrauch zu steuern. Durch präzise Überwachung von Produktion und Verbrauch ermöglicht das System eine zeitnahe Anpassung. Das Resultat ist ein ausgewogenes Netz, das Lastspitzen minimiert. Ein nahtloses Zusammenwirken dieser Teil-Systeme fördert die Netzstabilität, optimiert die Energieeffizienz und erleichtert die Integration erneuerbarer Ressourcen in das Energiemanagement.