Peak Shaving: Intelligentes Spitzenlastmanagement zur Kostenoptimierung

In einer Zeit, in der die Energiekosten kontinuierlich steigen und die Volatilität der Strommärkte zunimmt, stehen Industrie- und Gewerbeunternehmen vor massiven Herausforderungen.

Die Transformation des Energiesystems hin zu erneuerbaren Energien bringt es mit sich, dass die Stromerzeugung wetterabhängiger und damit unberechenbarer wird. Gleichzeitig steigt der Strombedarf durch die Elektrifizierung von Wärme (Wärmepumpen) und Mobilität (Elektroautos) rasant an.

In diesem Spannungsfeld gewinnt ein technisches und wirtschaftliches Konzept massiv an Bedeutung:

das Peak Shaving, zu Deutsch Spitzenlastmanagement oder Spitzenkappung. 💡

Um die Relevanz von Peak Shaving vollständig zu erfassen, muss man die Struktur der Stromkosten für Großverbraucher verstehen. Im Gegensatz zu privaten Haushalten, die in der Regel nur für die tatsächlich verbrauchte Energiemenge (den Arbeitspreis in Cent pro Kilowattstunde) zahlen, setzt sich die Stromrechnung für Industrie- und Gewerbekunden im DACH-Raum aus zwei Hauptkomponenten zusammen: dem Arbeitspreis und dem Leistungspreis.

Der Leistungspreis wird auf Basis der höchsten gemessenen L eistungsspitze (Peak) innerhalb eines Abrechnungszeitraums berechnet. In Deutschland, Österreich und der Schweiz erfolgt die Messung bei Großkunden in der Regel über die sogenannte Registrierende Leistungsmessung (RLM) im 15-Minuten-Takt.
Das bedeutet: Wenn ein Unternehmen in einem ganzen Jahr nur ein einziges Mal für 15 Minuten einen extrem hohen Strombedarf hat – beispielsweise weil schwere Maschinen gleichzeitig anlaufen –, wird diese singuläre Spitze zur Berechnung des Leistungspreises für das gesamte Jahr (oder den Monat) herangezogen. Diese Kosten können beträchtlich sein und nicht selten 20 bis 50 Prozent der gesamten Stromnetzentgelte ausmachen.

Genau hier setzt Peak Shaving an. Das Ziel dieses intelligenten Spitzenlastmanagements ist es, diese teuren Lastspitzen zu glätten oder vollständig zu kappen, ohne dabei die Produktionsprozesse oder den Betriebsablauf zu beeinträchtigen.

Dies schont nicht nur das Budget des Unternehmens erheblich, sondern entlastet auch die Stromnetze. Denn Stromnetze müssen stets auf die maximal mögliche Spitzenlast ausgelegt werden. Je mehr Unternehmen Peak Shaving betreiben, desto weniger müssen die Übertragungs- und Verteilnetze kostenintensiv ausgebaut werden.

Der Markt für Peak-Shaving-Lösungen hat sich in den letzten zehn Jahren rasant entwickelt.

Was früher oft nur durch rudimentären, manuellen Lastabwurf (das sprichwörtliche "Steckerziehen" bei großen Verbrauchern) realisiert wurde, ist heute ein hochtechnologisiertes, automatisiertes Feld, das von künstlicher Intelligenz (KI), dem Internet der Dinge (IoT) und fortschrittlicher Batterietechnologie dominiert wird. 📈

Aktuell wird der Markt stark durch den Preisverfall bei Lithium-Ionen-Batterien sowie durch staatliche Regulierungen und Anreize getrieben. Batteriespeichersysteme (Battery Energy Storage Systems, BESS) sind mittlerweile die bevorzugte Methode für das Peak Shaving. Anstatt Maschinen abzuschalten, springt der Batteriespeicher genau in dem Moment ein, in dem der Strombedarf des Unternehmens einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet. Der Strom aus dem Netz bleibt somit konstant unterhalb der teuren Leistungsgrenze, während die zusätzliche benötigte Energie aus dem lokalen Speicher bezogen wird.

Ein weiterer Treiber im aktuellen Marktumfeld ist die Integration von Ladeinfrastruktur für Elektromobilität. Wenn auf einem Firmenparkplatz zeitgleich mehrere Elektroautos mit hoher Leistung geladen werden (beispielsweise an DC-Schnellladern), entstehen massive, unvorhersehbare Lastspitzen. Intelligente Energy Management Systeme (EMS) kombinieren daher heute Peak Shaving mit dynamischem Lastmanagement für Ladesäulen.

Im DACH-Raum wird der Markt zudem durch spezifische regulatorische Rahmenbedingungen geprägt.

In Deutschland beispielsweise bietet § 19 der Stromnetzentgeltverordnung (StromNEV) atypischen und stromintensiven Netznutzern die Möglichkeit, stark reduzierte Netzentgelte zu zahlen, wenn sie ihr Verbrauchsverhalten netzdienlich anpassen. Solche regulatorischen Vorgaben zwingen Unternehmen dazu, ihren Stromverbrauch hochpräzise zu überwachen und zu steuern, was die Nachfrage nach professionellen Peak-Shaving-Lösungen weiter anheizt.

Um Peak Shaving erfolgreich in einem industriellen oder gewerblichen Umfeld umzusetzen, bedarf es eines komplexen Zusammenspiels aus Hardware, Software und tiefgreifendem Verständnis der unternehmensinternen Prozesse.

Die Technologie lässt sich grob in drei Kernbereiche unterteilen, die nahtlos ineinandergreifen müssen. ⚙️

Die physische Basis des modernen Spitzenlastmanagements bilden in den meisten Fällen Batteriespeichersysteme.

Diese Systeme bestehen nicht nur aus den eigentlichen Batteriezellen, sondern umfassen mehrere kritische Komponenten:

Das Power Conversion System (PCS), auch Wechselrichter genannt, ist das Bindeglied zwischen der Gleichstromumgebung (DC) der Batterie und dem Wechselstromnetz (AC) des Unternehmens. Für das Peak Shaving muss das PCS in der Lage sein, innerhalb von Millisekunden auf Lastschwankungen zu reagieren. Es muss bidirektional arbeiten, also die Batterie aus dem Netz (oder einer lokalen Photovoltaikanlage) laden und bei Bedarf blitzschnell Energie entladen können.

Das Battery Management System (BMS) überwacht die Gesundheit der einzelnen Batteriezellen. Es kontrolliert Temperatur, Spannung und Ladezustand (State of Charge, SoC). Da Peak Shaving oft sehr schnelle, kurzzeitige Entladungen mit hohen Strömen erfordert, sorgt das BMS dafür, dass die Zellen nicht überhitzen oder ungleichmäßig abnutzen, was die Lebensdauer des Systems drastisch reduzieren würde.

Zusätzlich zur Speicherhardware gehören intelligente Stromzähler (Smart Meter) und Sensoren auf Maschinenebene zur Hardwareausstattung. Sie erfassen den Stromfluss in Echtzeit und speisen diese Daten in das zentrale Steuerungssystem ein.

Die beste Hardware ist nutzlos ohne eine intelligente Software, die entscheidet, wann Energie gespeichert und wann sie freigegeben wird. Moderne Energy Management Systeme (EMS) nutzen hochentwickelte Algorithmen, um das Peak Shaving zu optimieren.

Die einfachste Form der Softwaresteuerung ist regelbasiert:

Sobald der Gesamtstrombezug am Netzanschlusspunkt beispielsweise 500 Kilowatt überschreitet, wird die Batterie zugeschaltet, um alles über 500 Kilowatt abzudecken.

Fortschrittliche Systeme gehen jedoch weit darüber hinaus und nutzen Predictive Control (vorausschauende Steuerung) und Maschinelles Lernen (ML). Diese Algorithmen analysieren historische Verbrauchsdaten, Produktionspläne aus dem ERP-System (Enterprise Resource Planning) des Unternehmens, Wetterprognosen (für die lokale Solarstromerzeugung) und sogar Schichtpläne.

Die KI kann dadurch vorhersagen: "Morgen um 10:15 Uhr werden voraussichtlich drei schwere Extruder gleichzeitig anlaufen, während eine Wolkenfront die Photovoltaikanlage verdunkelt. Es wird eine Lastspitze von 800 kW entstehen." Basierend auf dieser Vorhersage stellt das System sicher, dass die Batterie um 10:00 Uhr ausreichend geladen ist, um diese spezifische Spitze abzufangen.

Neben dem Einsatz von Batterien umfasst Peak Shaving auch das aktive Lastmanagement. Hierbei werden nicht-kritische Verbraucher für kurze Zeit gedrosselt oder abgeschaltet, um die Spitze zu kappen. Dies können beispielsweise Kühlhäuser sein, deren Temperatur für 15 Minuten minimal ansteigen darf, ohne dass die Kühlkette bricht. Auch Lüftungsanlagen, Pumpen oder Heizsysteme eignen sich hervorragend als flexible Lasten.

Die Königsdisziplin des Peak Shavings ist die Kombination aus beidem:

Das System nutzt die thermische Trägheit von Gebäuden und Prozessen (aktives Lastmanagement), um Spitzen zu reduzieren, und deckt den unvermeidbaren Rest der Spitze durch die Entladung des Batteriespeichers ab. Dies erlaubt es Unternehmen, kleinere und damit günstigere Batteriespeicher zu installieren.

Wenn sich ein Unternehmen für Peak Shaving entscheidet, steht es vor der Wahl der richtigen Technologie.

Nicht jeder Speicher ist für jedes Lastprofil geeignet.

Ein detaillierter technischer Vergleich der gängigsten Systeme ist daher unerlässlich. 🔋

Für sehr spezifische industrielle Anwendungen, bei denen extreme Lastspitzen nur für wenige Sekunden auftreten (z. B. beim Anlaufen von riesigen Motoren, Kränen oder in Presswerken), sind Batterien oft nicht die beste Wahl.
Hier kommen Schwungradspeicher oder Superkondensatoren (Supercaps) ins Spiel.

Schwungradspeicher speichern Energie kinetisch in einem rotierenden Masserotor, der in einem Vakuum schwebt. Sie können enorme Energiemengen in Bruchteilen von Sekunden abgeben (sehr hohe Leistungsdichte), sind aber nach wenigen Sekunden oder Minuten leer (sehr geringe Energiedichte). Sie verschleißen mechanisch kaum und sind unempfindlich gegenüber extremen Umgebungstemperaturen.
Superkondensatoren bieten ähnliche Eigenschaften auf elektrochemischer Basis. Sie sind die Spezialisten für das "Micro-Peak-Shaving", während Lithium-Ionen-Batterien das "Macro-Peak-Shaving" über 15-Minuten-Intervalle übernehmen.

Eine oft übersehene, aber hochgradig effiziente Technologie für das Peak Shaving ist die Nutzung thermischer Speicher.

Anstatt Strom chemisch in Batterien zu speichern, wird überschüssiger (oder günstiger) Strom genutzt, um Wärme oder Kälte zu erzeugen. Große isolierte Wassertanks, Eisspeicher oder sogar die Gebäudemasse selbst dienen als Puffer.

Droht eine Stromlastspitze, werden die elektrischen Heizstäbe oder Kältemaschinen abgeschaltet, und die benötigte thermische Energie wird aus dem Puffer bezogen. Diese Form der Sektorenkopplung ist in der Anschaffung oft deutlich günstiger als Batteriespeicher, setzt jedoch voraus, dass das Unternehmen einen entsprechenden Wärme- oder Kältebedarf hat (z. B. Lebensmittelindustrie, Gießereien).

Wie jede technologische Investition bringt auch die Implementierung eines intelligenten Spitzenlastmanagementsystems sowohl signifikante Vorteile als auch gewisse Herausforderungen mit sich.

Eine objektive Betrachtung im Checklisten-Stil hilft bei der Evaluierung.

• Massive Reduktion der Leistungspreise:
  Der offensichtlichste und am schnellsten messbare Vorteil. Durch die Kappen der Spitzen sinken die Netzentgelte drastisch, was bei energieintensiven Unternehmen zu Einsparungen im fünf- bis sechsstelligen Bereich pro Jahr führen kann.
  
  
• Vermeidung von Baukostenzuschüssen (BKZ):
  Wenn ein Unternehmen wächst und mehr Strom benötigt, verlangt der Netzbetreiber oft einen Baukostenzuschuss für den Ausbau des Netzanschlusses (z.B. ein dickerer Trafo).
  Peak Shaving kann den maximalen Netzbezug so weit drosseln, dass ein teurer Netzausbau vermieden wird.
  
  
• Integration von Ladeinfrastruktur:
  Unternehmen können große Ladeparks für Mitarbeiter- oder Flottenfahrzeuge installieren, ohne den bestehenden Netzanschluss zu überlasten.
  
  
• Erhöhung der Eigenverbrauchsquote:
  Wird das Peak-Shaving-System mit einer lokalen Photovoltaikanlage kombiniert, kann der Speicher nicht nur Spitzen kappen, sondern auch überschüssigen Solarstrom am Tag speichern und nachts bereitstellen. Dies maximiert die Wirtschaftlichkeit.
  
  
• Notstrom- und USV-Fähigkeit:
  Viele moderne Batteriespeichersysteme bieten eine integrierte Notstromfunktion (Unterbrechungsfreie Stromversorgung).
  Bei einem Netzausfall kann das System kritische Anlagen weiter versorgen und Datenverluste oder Maschinenschäden verhindern.
  
  
• Netzdienlichkeit und Nachhaltigkeit:
  Durch die Glättung des Verbrauchsprofils trägt das Unternehmen aktiv zur Stabilität des öffentlichen Stromnetzes bei, was den Bedarf an fossilen Spitzenlastkraftwerken (z.B. Gaskraftwerken) reduziert.

• Hohe initiale Investitionskosten (CAPEX):
  Die Anschaffung von Industriespeichern, Leistungselektronik und intelligenter Software erfordert erhebliches Kapital.
  Die Amortisationszeit (ROI) muss im Vorfeld durch eine detaillierte Lastgang-Analyse genau berechnet werden.
  
  
• Komplexität in der Implementierung:
  Die Integration in bestehende IT- und OT-Infrastrukturen (Operational Technology) ist anspruchsvoll.
  Sensoren müssen installiert, ERP-Systeme angebunden und Sicherheitsrichtlinien beachtet werden.
  
  
• Batteriedegradation:
  Auch die besten Lithium-Ionen-Batterien verlieren im Laufe der Zeit an Kapazität. Tiefe Entladungen und hohe Ströme beim Peak Shaving beschleunigen diesen Alterungsprozess, was bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung (Ersatzinvestitionen nach 10-15 Jahren) berücksichtigt werden muss.
  
  
• Platzbedarf und Brandschutz:
  Große Batteriespeicher benötigen Platz, oft in Form von klimatisierten Containern im Außenbereich.
  Zudem müssen strenge Brandschutzauflagen erfüllt werden, was zusätzliche bauliche Maßnahmen nach sich ziehen kann.
  
  
• Abhängigkeit von regulatorischen Rahmenbedingungen:
  Die Rentabilität von Peak Shaving hängt stark von der Struktur der Netzentgelte ab.
  Sollte der Gesetzgeber die Gewichtung von Leistungs- und Arbeitspreis in Zukunft ändern, könnte sich dies auf die Amortisationszeit der Anlagen auswirken.

Der Markt für gewerbliche und industrielle Speicherlösungen sowie Energiemanagementsysteme ist stark gewachsen. Die folgenden Unternehmen sind weltweit oder europaweit tätig, besitzen jedoch eine starke Präsenz und Expertise im DACH-Raum (Deutschland, Österreich, Schweiz) und liefern sowohl die Hardware als auch die komplexe Software für intelligentes Peak Shaving.

• Tesvolt
  Ein deutsches Unternehmen, das sich ausschließlich auf Batteriespeichersysteme für Gewerbe und Industrie spezialisiert hat. Sie bieten modulare Systeme mit sehr schnellen Reaktionszeiten an.
• SMA Solar Technology
  Einer der weltweit führenden Hersteller von Wechselrichtern und Systemtechnik. SMA bietet umfassende Energiemanagement-Lösungen, die Photovoltaik, Speicher und Peak Shaving nahtlos miteinander verbinden.
  
  
• Siemens
  Der globale Technologiekonzern bietet mit seinen "Siestorage"-Lösungen und der Desigo-Gebäudeautomation ganzheitliche Ansätze für das industrielle Lastmanagement und die Netzintegration an.
  
  
• Intilion
  Ein auf Lithium-Ionen-Energiespeicher spezialisierter Anbieter, der maßgeschneiderte Großspeicher und Gewerbespeicher für Peak Shaving, Eigenverbrauchsoptimierung und Ladeinfrastruktur entwickelt.
  
  
• Socomec
  Ein internationaler Spezialist für Niederspannungsnetze, der hochzuverlässige Energiespeichersysteme (SUNSYS) für Microgrids, Ausfallsicherheit und anspruchsvolles Spitzenlastmanagement liefert.

Peak Shaving hat sich von einer simplen Notmaßnahme zur Vermeidung von Strafzahlungen zu einem hochkomplexen, strategischen Werkzeug der industriellen Betriebsführung entwickelt. Die Kombination aus leistungsfähigen Batteriespeichern und KI-gestützten Softwarealgorithmen ermöglicht es Unternehmen heute, ihre Energiekosten signifikant zu senken, die Integration von erneuerbaren Energien voranzutreiben und gleichzeitig das öffentliche Stromnetz zu entlasten.

Wer heute in der Industrie oder im Gewerbe hohe Leistungspreise zahlt, für den ist die Analyse seines Lastgangs und die Prüfung eines Peak-Shaving-Systems längst keine Kür mehr, sondern eine wirtschaftliche Pflicht. 🔮

Der Blick in die Zukunft zeigt, dass das Spitzenlastmanagement noch dynamischer und dezentraler werden wird. Ein massiver Trend ist das Vehicle-to-Grid (V2G) beziehungsweise Vehicle-to-Building (V2B).
Hierbei werden die Batterien von Elektroautos der Mitarbeiter, die tagsüber auf dem Firmenparkplatz stehen, als temporäre Zwischenspeicher genutzt. Wenn im Werk eine Lastspitze droht, ziehen die Ladesäulen für wenige Minuten Strom aus den Autobatterien, um die Spitze zu kappen, und laden die Autos danach wieder auf. Dies macht stationäre Batteriespeicher teilweise obsolet oder ermöglicht es, diese deutlich kleiner zu dimensionieren.

Zudem werden wir eine stärkere Vernetzung von Unternehmen in lokalen Microgrids sehen. Wenn das Unternehmen A eine Lastspitze hat, während das benachbarte Unternehmen B gerade überschüssigen Solarstrom produziert, werden intelligente Algorithmen diese Energie in Echtzeit (Peer-to-Peer) handeln (in Österreich ist das mit den Lokalen Erneuerbaren Energiegemeinschaften bereits mglich).

Darüber hinaus werden dynamische Stromtarife, die sich im Stunden- oder sogar 15-Minuten-Takt an der Strombörse orientieren, das klassische Peak Shaving um das Element des "Price Arbitrage" (Strom günstig einkaufen, teuer vermeiden) erweitern.

Das Energy Management System der Zukunft wird also nicht nur auf die technische Lastspitze achten, sondern als vollautomatischer Energie-Börsenmakler für das Unternehmen agieren.
Die Technologie für diese Energiewende im Industriebereich steht bereit – es liegt nun an den Unternehmen, diese intelligenten Werkzeuge zur Kostenoptimierung und Standortsicherung konsequent zu nutzen.

Mein Name ist Claus Angerhofer - seit 30 Jahren im Dienste der Industrie als Experte für Technologie und Einkauf