Lastprofile

Seit vielen Jahrzehnten schon wird der Verbrauch elektrischer Energie aus den genannten zwingenden Gründen in engem Zusammenhang mit dem »Lastprofil« betrachtet. Das ist nichts Neues und diente bisher vor allem der Beurteilung der Netzbelastung, der Steuerung der Erzeugung und der entsprechenden Tarifgestaltung in Abhängigkeit von der Zeit. Dabei müssen zwei Arten unterschieden werden:

»Echte«, gemessene Lastprofile

Eine kontinuierliche Messung eines Kunden, eines Netzknotens oder einer Einspeisung ist praktisch unmöglich. Man könnte das tun, würde aber als Folge in einer nicht mehr zu bewältigenden Datenflut ersticken. Als Kompromiss wird traditionell der Verbrauch elektrischer Energie bei Kunden mit einer Abnahme ab 100 MWh/a in Form von 15-Minuten-Mittelwerten erfasst. Das ergibt 96 Werte pro Tag und damit schon eine ziemlich genaue Auflösung des Verlaufs (Tageslastgang), die sich in der Praxis bewährt hat.

Bei Kunden im Bereich unter 100 MWh/a lohnt ein solcher Aufwand nicht. So liest man beispielsweise bei Stromnetz Hamburg: »Kunden, deren Jahresarbeit geringer als 100.000 kWh ist und die an die Niederspannung angeschlossen sind, benötigen keine viertelstündige registrierende Leistungsmessung. Die Netznutzung dieser Kunden wird nur nach ihrer tatsächlich bezogenen Arbeit abgerechnet. Die Versorgung dieser Kunden erfolgt unter Verwendung synthetischer Standardlastprofile«. Weiter heißt es ausgerechnet hier aber: »Die Standardlastprofile sind auf einen jährlichen Verbrauch von ca. 1000 MWh normiert und decken das jeweilige Kalenderjahr vollständig ab«. Die »Normierung« auf einen Ungefähr-Wert verwirrt ein wenig. Tatsächlich addieren sich die Viertelstundenwerte der vorgefundenen Tabellen immer genau zu 1.000 MWh statt, wie sonst üblich, zu 100 MWh – wieder ein Grund mehr, im vorliegenden Zusammenhang stets die relative, auf die jeweilige Jahresarbeit (Jahresenergie) bezogene Darstellung zu wählen. »Dabei ist jeder 1/4-h-Arbeitswert mit dem 10-6-Fachen der Jahresarbeit zu multiplizieren« (man hätte fraglos auch sagen können »durch das 106-Fache zu teilen«). So gelangt man dann also zum 15-min-Energieverbrauch in Kilowattstunden. »Eine weiterführende Beschreibung gibt die VDEW Broschüre „Anwendung der Repräsentativen VDEW-Lastprofile step-by-step“«, liest man dann weiter in dem vom 19.09.2014 datierten Schriftstück – obwohl der VDEW bereits 2007 im BDEW aufging. Eine Broschüre mit dem genauen Titel „Umsetzung der Analytischen Lastprofilverfahren – step-by-step“ von 2000 ist jedoch bei einem anderen Netzbetreiber immer noch als PDF verfügbar.

Natürlich kommt eine neuzeitliche Tiefkühltruhe bei Knappheit ganz locker etliche Stunden ohne Strom aus und könnte den Bedarf dann später nachholen, wenn die Energie wieder reichlich verfügbar ist. Doch so oft auch von »smarten« Anlagen geredet und geschrieben wird – mit einem Tagesbedarf von etwa 0,5 kWh, also einer mittleren Leistungsaufnahme um 22 W, bietet ein modernes Gerät für den Hausgebrauch nur ein tägliches Verschiebungs-Potenzial von vielleicht 0,1 kWh; wenn es ganz hoch kommt, 0,2 kWh – und auch dabei handelt es sich nur um ein Potenzial! Keineswegs ist gesagt, dass sich der Bedarf danach jeden Tag ergibt. Bei der traditionellen, allein durch die Gewohnheiten der Abnehmer – nicht durch ungewisse Einspeisungen – erforderlich werdenden Regulierung des Tageslastgangs wäre das so gewesen. Soll aber auch oder vorwiegend die unstete regenerative Einspeisung abgefangen werden, dann hängt der Bedarf hiernach eben vom Wetter ab. Würde sich das Wetter in ganz bestimmter, vorhersehbarer Art und Weise täglich wiederholen, so wäre es kein Wetter, sondern Klima.

Standardisierte »synthetische« Lastprofile

Davon aber sind wir bekanntlich weit entfernt. Vielmehr müssen wir zu fast jeder Jahreszeit mit fast allem rechnen. Angenommen, unsere Kühltruhe könne 150 Mal im Jahr einen Verbrauch von 0,2 kWh von einer Hochtarifzeit mit 30 ct/(kWh) in eine Niedertarifzeit mit 10 ct/(kWh) verschieben, so würde dem Nutzer dies brutto 6 €/a einsparen. Erforderlich wird dafür jedoch eine geeignete Infrastruktur, entweder eine entsprechende Elektronik im Endgerät, die in der Lage ist, Signale zu empfangen und umzusetzen, oder eine separate Zuleitung von einem Zählerplatz mit einem »Smart Meter« oder ein Schaltgerät zum Zwischenstecken an der Steckdose, das z. B. WLAN- oder Mobilfunk-Signale empfängt und umsetzt. Die Finanzierung solcherlei Infrastruktur wird, gelinde gesagt, zu einer Herausforderung. So jedenfalls nennt man das auf Neudeutsch, wenn etwas praktisch nicht geht und dann auch noch theoretisch unmöglich ist. Von Kapitalbindung und dem dieser Elektronik eigenen zusätzlichen Stromverbrauch war hierbei noch gar keine Rede. Ein Eigenverbrauch von 3 W kann – je nach Tarif – die Ersparnis schon wieder komplett aufzehren.

Der ökonomische Nutzen ist somit dahin. Für die ökologische Beurteilung bleibt zu bedenken, dass sich durch die Verschiebung des Verbrauchs in die Zeiten mit »mehr grünem Strom« der Stromverbrauch insgesamt erhöht – und dass dieser zusätzliche Bedarf immer anfällt, auch in den Zeiten »schmutzigen« Stroms, die eigentlich entlastet werden.

Statische Lastprofile

Somit werden Lastprofile weiterhin nahezu ausschließlich für die konventionelle Rechnungsstellung benutzt. Sucht man danach im Internet, so geben viele Verteilnetzbetreiber dort die bei ihnen eingesetzten Lastprofile an, die zumeist eng an die Standard-Lastprofile des BDEW angelehnt sind. Teilweise werden leicht unterschiedliche Profile für verschiedene Bundesländer angewendet. Z. B. bei EWE jedoch kommen die unveränderten Standard-Lastprofile des BDEW zur Anwendung:

  • H0 Haushalt, Privatverbrauch, ggf. geringfügig gewerblicher Bedarf
  • G0 Gewerbe allgemein, Mittelwert der Gesamtgruppe
  • G1 Gewerbe, werktags 8 - 18 Uhr (z. B. Büros, Arztpraxen, Werkstätten, Verwaltungseinrichtungen, …
  • G2 Gewerbe, vorwiegend abends (z.B. Gaststätten, Freizeiteinrichtungen, Sportvereine, Fitnessstudios, Solarien, …)
  • G3 Gewerbe durchlaufend (Kühlhäuser, Pumpen, Gemeinschaftsanlagen, Zwangsbelüftung …)
  • G4 Gewerbe, Läden aller Art, Friseure
  • G5 Gewerbe, Bäckerei mit Backstube
  • G6 Gewerbe, Wochenendbetrieb (Schwerpunkt) (z.B. Gaststätten, Ausflugslokale, Kinos, Sporteinrichtungen …)
  • L0 Landwirtschaft allgemein, Mittelwert der Gesamtgruppe
  • L1: Landwirtschaft mit Milchwirtschaft / Nebenerwerbs-Tierzucht
  • L2: Landwirtschaft ohne Milchvieh
    • BD: Bandlast (konstante Last – dem Jahres-Mittelwert entsprechend)

Kleine Abweichungen ergeben sich regional, weil das Klima nicht überall in Deutschland gleich ist, was insbesondere die Lastprofile von Nachtspeicherheizungen beeinflusst. Diese haben mit ihren sehr hohen Anschlussleistungen und dem gezielten Nachtbetrieb natürlich ganz entscheidende Bedeutung für den Netzbetrieb insgesamt. Neben den genormten verwendet EWE Netz daher noch die folgenden eigenen Last- und Einspeiseprofile:

  • SB1 Straßenbeleuchtung mit Pause von 0 Uhr bis 5 Uhr
  • SB2 Straßenbeleuchtung ganznächtig durchgehend
  • EA0 Wasserkraftprofil
  • EB0 Biomasse-, Biogasprofil
  • EG0 Deponiegas-, Klärgasprofil
  • ES0 Solarprofil
  • ET0 Geothermieprofil
  • EW0 Windprofil
  • EY0 Sonstige Einspeisung

Die blass dargestellten Profile sind alle mit dem Bandlastprofil »BD« identisch. Die Frage ist berechtigt, warum hier (wie bei anderen Netzbetreibern zum Teil auch) sechs verschiedene Namen für dieselbe (noch dazu sehr banale) Sache definiert werden. Man darf diese aber wohl als Platzhalter verstehen, die mit »Inhalt« und »Leben« gefüllt werden sollen, sobald

  • der Bedarf danach entsteht und
  • hinreichend Daten (Erfahrungswerte) vorliegen.

So heißt es beispielsweise bei GWE energis: »Für Photovoltaik-Anlagen ist das PV-Einspeiseprofil zu verwenden. Für alle sonstigen Einspeiseanlagen ist als Standard-Einspeiseprofil bis auf weiteres ein Bandprofil zu verwenden«, hier also z. B. auch für Wind. Normalerweise wird das Bandlastprofil jedoch nur für Verbraucher bzw. Einspeisungen ab 7000 Benutzungsstunden / Jahr angewendet.

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Dynamisierte Lastprofile

Das Haushaltsprofil H0 wird bei EWE (und den meisten anderen Netzbetreibern) mit der Dynamisierungsfunktion des BDEW dynamisiert. Dies ist wiederum dem Unterschied zwischen Klima und Wetter zuzuschreiben, denn wie man sieht, ist das Klima – also die Jahreszeit – etwa im Profil H0 (Bild 2.1) bereits eingearbeitet. Beim Wetter geht das natürlich nicht. So wird das Profil im Nachhinein, wenn man weiß, wie das Wetter gewesen ist, mittels einer empirischen Formel von der Standard-Temperatur der Region auf die tatsächlich gemessene Temperatur umgerechnet.

Bild 2.1: Haushaltsprofil H0 nach BDEW
Bild 2.1: Haushaltsprofil H0 nach BDEW

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Betrachtung und Auswertung der Lastprofile

Die Auswertung der diversen im Internet vorgefundenen Lastprofile für »SLP-Kunden« (solche, die nach »Standard-Lastprofilen« eingestuft werden) mittels Microsoft Excel Tabellen (z. B. Avacon, Bild 2.2) gestaltet sich einigermaßen aufwändig: 96 Viertelstundenwerte am Tag ergeben immerhin 35.040 Datensätze im Jahr. Die angegebene Uhrzeit bezeichnet im Allgemeinen jeweils den Anfang der betreffenden Viertelstunde. Nur bei Stromnetz Hamburg liest man: »Der Arbeitswert für „00:15“ gibt dabei die durchschnittliche Arbeit für den Zeitraum für morgens zwischen 00:00 und 00:15 an«. Die Tabellen beginnen dann auch mit dem 1. Januar 0:15 Uhr statt am 1. Januar um 0:00 Uhr. Andere Netzbetreiber gönnen der Zeit zwei Spalten – zu Gunsten der Klarheit: »Von 1. Januar 00:00 bis 1. Januar 00:15«.

Die vom Kunden bezogene Leistung wird für diesen Zeitraum als konstant angesehen. Die Profile von Avacon für das Jahr 2014 (z. B. »H0D«) sind bereits »dynamisiert«, denn sie beziehen sich auf die Vergangenheit; die dem jeweiligen Tag zugehörigen Wetterdaten liegen mittlerweile vor.

Bild 2.2: Auswertetabelle für die Standard-Lastprofile von Avacon für 2014 – stark gekürztes Abbild – 35005 von 35040 Zeilen ausgeblendet
Bild 2.2: Auswertetabelle für die Standard-Lastprofile von Avacon für 2014 – stark gekürztes Abbild – 35005 von 35040 Zeilen ausgeblendet

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Allgemeines zur Vorgehensweise

Bild 2.3: Die wichtigsten Standard-Lastprofile nach BDEW in der Woche des längsten Tages (21.06.)
Bild 2.3: Die wichtigsten Standard-Lastprofile nach BDEW in der Woche des längsten Tages (21.06.)

Der jeweils längste und kürzeste Tag bzw. die Wochen, in denen diese liegen, wurden farblich markiert, denn markant sind schließlich die Unterschiede, die sich zwischen Sommer und Winter ergeben (Bild 2.3, Bild 2.4). Bemerkenswert ist auch die Bedeutung des Wochentags. Die Diagramme werden hier jedoch alle in relativen Werten – in Prozent des Jahres-Mittelwertes aller Viertelstunden – dargestellt. Sie lassen sich daher mit guter Näherung als (erwarteter) Verlauf der relativen Leistungsaufnahme der betreffenden Kundengruppe auffassen (Mittelwert aller Haushalte im Versorgungsgebiet).

Bild 2.4: Die wichtigsten Standard-Lastprofile nach BDEW in der Woche des kürzesten Tages (22.12.)
Bild 2.4: Die wichtigsten Standard-Lastprofile nach BDEW in der Woche des kürzesten Tages (22.12.)

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Besonderheit: Umgang mit der Zeitumstellung Sommerzeit / Winterzeit

Die Zahlenwerte der Lastprofile sind normalerweise so gewählt, dass die Summe der Bezüge aus den 35.040 Viertelstunden genau 100 MWh im Jahr ergibt, da dieser Wert die Obergrenze darstellt, unterhalb welcher diese Profile anzuwenden sind. Eine Schwierigkeit beim Erstellen der Diagramme ergibt sich dann daraus, dass man für den Tag der Zeitumstellung von Winterzeit auf Sommerzeit einfach die Werte für 2:00, 2:15, 2:30 und 2:45 Uhr weggelassen hat. Für den Tag der Zeitumstellung von Sommerzeit auf Winterzeit hat man die Werte für 2:00, 2:15, 2:30 und 2:45 Uhr wiederholt. Dadurch hat jeweils ein Tag des Jahres 25 Stunden, und ein anderer hat nur 23 Stunden. Da dies die Erstellung der Diagramme erheblich erschwert hätte, wurden im einen Fall die Dopplungen gelöscht und im anderen die Werte für 1:00, 1:15, 1:30, und 1:45 Uhr kopiert und als bestmögliche Interpolation den fehlenden Viertelstunden von 2:00, 2:15, 2:30, bzw. 2:45 Uhr zugeordnet. So blieben alle übrigen Bezüge korrekt erhalten. Man erkennt jedoch in den Summen eine minimale Abweichung bei den Kommastellen (Bild 2.2), da unter dem Strich eine fehlende Stunde im März durch eine zusätzliche Stunde aus dem Oktober ersetzt wurde. Dies ist natürlich, ganz streng genommen, reine Hypothese. Eine Ausnahme bildete das Bandlastprofil BD, das überall die gleichen Werte enthält, so dass hier zwangsläufig Gleiches durch Gleiches ersetzt wurde.

Um weitere Schwierigkeiten ähnlicher Art zu umgehen, wurde hier die Auswahl von Schaltjahren als Beispieljahre vermieden.