Energiewirtschaft

Teil 3: Optimierung der Stromkosten

Michael Grundmann
Ludger Bücker

Der letzte Teil der Artikelserie befaßt sich mit den Möglichkeiten zur Optimierung der Stromkosten. Den Energieverbrauch von Verbrauchern durch durchdachtes Energie-Management so zu steuern, daß - sofern dies betrieblich möglich ist - große Verbraucher in Strom-Schwachlastzeiten betrieben werden, führt nicht nur zu einer effizienteren Auslastung der Kraftwerke, sondern reduziert bedingt durch tariflich festgelegte Abrechnungsprinzipien auch die Verbrauchskosten. Mit einfachen Mitteln eine effektive Stromeinsparung zu realisieren, war das Ziel der Autoren, die diese Projektarbeit im Rahmen der Weiterbildung zum Umweltschutzberater im Handwerk an ihrem Schulungsobjekt durchführten.

Abrechnungskriterien

Die Energieversorgungsunternehmen (EVU) sind verpflichtet, jederzeit genau soviel Energie bereitzustellen, wie gerade benötigt wird bzw. mit dem Kunden vertraglich vereinbart ist. Da sich jedoch elektrische Energie nicht wirtschaftlich speichern läßt, müssen die EVUs ständig entsprechende Kraftwerkskapazitäten bereithalten, um den Bedarf zu decken. Wegen dieses technischen und finanziellen Aufwandes versuchen die EVUs, den Kunden aus Industrie, Gewerbe und Kommunen sowie allgemeinen Tarifkunden durch entsprechende Tarifgestaltung, unter Berücksichtigung der Bundes-Tarif-Ordnung (BTO), einen Anreiz zu möglichst gleichmäßiger Energieabnahme zu geben. Berechnungsgrundlagen sind dabei:

der Arbeitspreis (bezogen auf den Gesamtverbrauch elektrischer Energie in Pf/kWh);
der Leistungspreis (bezogen auf den höchsten Verbrauch während einer Meßperiode von z.B. 15 min. in DM/kW oder DM/kVA, sog. "Maximummessung").

Die Erfassung dieser Bezugsgrößen erfolgt über EVU-eigene Meßeinrichtungen, sog. Maximumzähler. Diese ermitteln neben der elektrischen Arbeit (kWh) kontinuierlich die mittlere elektrische Leistung (kW) jeder Meßperiode und registrieren daraus den Höchstwert (Leistungsmaximum).

Prinzipschaltbild einer Relaisstufe in Verbindung mit einem Maximumwächter (Quelle: Fa. KBR).

Das in einem Monat höchste Maximum wird zur Berechnung des Leistungspreises herangezogen. Der Mittelwert aus den zwei oder drei höchsten Monatsleistungen eines Jahres gilt als Berechnungsgrundlage für den Jahresleistungspreis. In Abhängigkeit von den unterschiedlichen Preisregelungen bestimmen wenige, zufallsabhängige Leistungsspitzen die Stromkosten eines ganzen Jahres. Die Analyse der elektrischen Energiekosten verdeutlicht oftmals einen Bereitstellungskostenanteil von bis zu 40%. Hier liegt der Ansatzpunkt, den Einstieg in das Energie-Management zu planen und entsprechende Optimierungsmaßnahmen zu treffen.

Durch den optimierten Einsatz der elektrischen Verbrauchseinrichtungen läßt sich die Viertelstundenleistung und somit der Leistungspreis reduzieren. Dies kann durch automatische Maximumüberwachungsanlagen mit Lastabwurf, die in verschiedenen Ausführungen und Preisklassen von der Industrie angeboten werden, oder durch ein verändertes Verbraucherverhalten erzielt werden.

Maximumwächter mit 8 Lastschaltstufen und dazugehöriger Relaisstufe (Quelle: Fa. KBR).

Bei dem untersuchten Gebäude (Kreishandwerkerschaft) konnte durch Veränderung der Schaltrhythmen großer Verbraucher ohne viel Aufwand eine Optimierung der Viertelstundenleistung erreicht werden.

Die Gebäudenutzer hatten mit dem Vorlieferanten einen Stromlieferungsvertrag mit der Preisregelung L-132 vereinbart. Bei diesem Vertrag werden die Kilowattstunden zu einem relativ niedrigen Preis (Pf/kWh) abgerechnet. Der Leistungspreis betrug 138,83 DM/kW und Jahr (zzgl. 9,1% Ausgleichsabgabe und Umsatzsteuer; Stand: 1992). Die Ausgleichsabgabe, der sogenannte Kohlepfennig, wird mittlerweile nicht mehr berechnet. Leistungsmessungen haben gezeigt, daß die Leistungsspitze zwischen 11.00 und 12.00 Uhr auftrat. Dies war zum einen auf die Schaltung der Warmwasserbereiter zurückzuführen, die um 11.00 Uhr eingeschaltet wurden. Zum anderen haben weitere Messungen gezeigt, daß die Kantine in der Mittagszeit eine Leistung von ca. 21 kW in Anspruch genommen hat. Kommt es zu einer Gleichzeitigkeit der elektrischen Verbrauchseinrichtungen, schnellt die Viertelstundenleistung in die Höhe und der Leistungspreis steigt. Im November 1992 wurde eine Spitzenleistung von 144 kW vom Vorlieferanten berechnet.

Diagramm 1: Abnahmeverhalten der Kreishandwerkerschaft vor der Leistungsoptimierung.

Maßnahmen zur Optimierung

Durch insgesamt sechs Messungen, die jeweils über mehrere Tage den Leistungsverlauf der elektrischen Verbraucher aufzeichneten, konnte das Abnahmeverhalten der Verbrauchseinrichtungen grob beurteilt werden. Anhand dieser Auswertung ließen sich die Leistungsoptimierungen durchführen.

Um die Leistungsspitze zu beschränken, wurden die Warmwasserspeicher mit Schaltuhren ausgestattet, damit einerseits die Leistung von 24 kW den Leistungspreis nicht negativ beeinflußt und zum anderen die Schwachlastzeiten für die Erwärmung der Speicher genutzt werden konnte. Der Kilowattstundenpreis in den Schwachlastzeiten lag etwa 4 Pf/kWh günstiger als zur Normaltarifzeit.

Diagramm 2: Abnahmeverhalten der Kreishandwerkerschaft nach der Leistungsoptimierung.

Die Leistung in der Kantine wurde stark gesenkt, indem der Warmwasserbereiter nur noch in der Schwachlastzeit aufgeheizt wird. Die Wassermenge von 80 Litern deckt den Tagesbedarf voll ab. Der Kaffeeautomat, der eine Anschlußleistung von 8 kW hat, wird ebenfalls nicht mehr in der Spitzenzeit eingesetzt. Für kleinere Kaffeemengen wird eine kleine Kaffeemaschine eingesetzt. Die vorhandene Waschmaschine und der Trockner werden nicht mehr in der Mittagszeit eingesetzt. Diese Umstellung der Benutzergewohnheiten wurde in Zusammenarbeit mit dem Personal erreicht.

Durch die vorgenommenen Maßnahmen konnte eine Senkung der Stromkosten, (ohne großen finanziellen Aufwand) um etwa 15% realisiert werden. Die Einsparungen basieren hauptsächlich auf die Verlagerung der Aufheizzeiten der Warmwasserspeicher in die günstigeren Schwachlastzeiten und die damit verbundene Senkung der Spitzenleistung in der Mittagszeit. Die Untersuchung der Energiebilanz der Kreishandwerkerschaft hat gezeigt, daß enorme Einsparpotentiale vorhanden sind. Mit nur einfachen Mitteln lassen sich oft gute Ergebnisse erzielen. Ein besonderer Faktor ist hierbei das individuelle Verbraucherverhalten. Wichtig: Durch die erzielten Einsparungen im Stromverbrauch wurde der Betriebsablauf nicht negativ beeinträchtigt.

Diagramm 3: Abnahmeverhalten der Kantine vor der Leistungsoptimierung.

Ausblick

Für eine weitere Realisierung von Maßnahmen zur Senkung der Verbrauchskosten ist es notwendig, den Energieverbrauch und das Abnahmeverhalten aller Verbraucher weiter zu kontrollieren. Auch ist es nach einer Leistungsoptimierung sinnvoll, den vorhandenen Stromlieferungsvertrag zu prüfen, da sich bei einer veränderten Abnahmestruktur eine andere Preisregelung als günstiger erweisen könnte. Die EVUs bieten hierfür eine Vielzahl von verschiedenen Tarifen und Kombinationsmöglichkeiten an.

Die Energiekosten der Unternehmen haben einen größeren Stellenwert bekommen als in Zeiten mit Vollbeschäftigung und vollen Auftragsbüchern. Durch die Optimierung der Energiebilanz werden nicht nur Kosten eingespart, es wird auch ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz geleistet.

Diagramm 4: Abnahmeverhalten der Kantine nach der Leistungsoptimierung.

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