Elektrische Last

Eine elektrische Last ist jede Komponente eines Stromkreises, die elektrische Energie verbraucht und die erzeugte Energie in eine andere Form umwandelt - meist in Licht oder Wärme. Lasten oder stromverbrauchende Geräte sind sehr unterschiedlich in Größe und Beschaffenheit und reichen von kleinen Geräten wie Lampen oder Computern bis hin zu größeren Systemen wie Motoren, Elektrofahrzeugen (EV) oder Maschinen.

Im Allgemeinen ist alles, was Strom verbraucht, eine elektrische Last, deren Verbrauch in Watt gemessen wird. Da Lasten ein Maß für die Leistung sind, bestimmen sie, wie viel Strom für den Betrieb eines Geräts oder einer Anlage erforderlich ist. 

Verschiedene Arten von elektrischen Lasten

Lasten können sich ebenso in einem Haushalt und in einem Energiesystem nochmals voneinander unterscheiden:

Haushaltslast

Haushaltslast ist die Energie, die von Haushaltsgeräten wie Fernsehern, Toastern, Wasserkochern, Haartrocknern, Waschmaschinen, Kühlschränken und ähnlichen Geräten verbraucht wird. Da in jedem Haushalt andere Geräte installiert oder angeschlossen sind, variiert die Haushaltslast dementsprechend in jedem Haus. Um den Unterschied zwischen diesen drei Größen zu verstehen ist es wichtig zu wissen, dass die Spannung (gemessen in Volt) die Menge an potenzieller Energie zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis ist, während der Strom (gemessen in Ampere) die Geschwindigkeit ist, mit der die Ladung an einem Punkt im Stromkreis vorbeifließt. 

In einem Haushalt gibt es drei Haupttypen von elektrischen Lasten:

1. Widerstandslasten: alle elektrischen Lasten, die aus einem Heizelement bestehen, wie z. B. Lampen, Öfen, Toaster oder Raumheizungen. Die Strom- und Spannungsmuster sind synchronisiert.
2. Induktive Lasten: verwenden Drahtspulen, um magnetische Energie zu speichern und ein induktives Feld zu erzeugen, so dass die Stromwelle der Spannungswelle folgt. Beispiele hierfür sind Geschirrspüler, Waschmaschinen, Kühlschränke oder Klimaanlagen. 
3. Kapazitive Lasten: bieten die größten Leistungsfaktoren und werden häufig zur Verstärkung von Stromkreisen verwendet – sie werden nur zur Unterstützung anderer elektrischer Lasten, wie induktiver Lasten, eingesetzt. Hier erreicht der Strom seinen Spitzenwert vor der Spannung.

Lasten im Energiesystem

Bruttolast

Die Bruttolast bezieht sich auf die gesamte Energiemenge, die benötigt wird, um die Nachfrage in einem Land oder einer Region während des Tages zu decken. Die Bruttolastspitze ist der höchste Strombedarf des Tages, der in der Regel am späten Nachmittag auftritt, wenn die Nachfrage der Verbraucher:innen nach Energie steigt. 

Restlast / Nettolast  

Die Restlast, auch als „Nettolast“ bezeichnet, ist die Bruttolast abzüglich des Stroms aus variablen erneuerbaren Energien (VRE) – also beispielsweise Wind und Sonne. Die Nettolast zeigt im Wesentlichen, wie viel Nachfrage für den Betrieb konventioneller Kraftwerke übrig bleibt. 

Bruttolast und Nettolast in Europa im Juli 2023

Mit zunehmender Kapazität von VRE sinkt die Nettolast und kann sogar unter Null fallen. Daher unterteilt man sie nochmals in positive und negative Residuallast;

Die positive Residuallast beschreibt die Situation, in der erneuerbare Energiequellen wie Wind oder Sonne nicht genug Energie produzieren, um die Nachfrage zu decken. Die Residuallast ist daher positiv. 

Eine Negative Residuallast entsteht, wenn VRE nicht nur die gesamte Stromnachfrage decken, sondern auch einen Energieüberschuss liefern. Da die Kapazität der erneuerbaren Energien noch im Wachstum ist, ist eine negative Residuallast derzeit eher selten. Sie tritt vor allem in Ländern mit hoher Solarkapazität wie Deutschland und Spanien auf. In der Regel in der Mitte des Tages, wenn die Solarproduktion ihr Maximum erreicht – wie man in der unten stehenden Grafik sieht.

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Positive und negative Residuallast in Deutschland im Juli 2023

Elektrische Lasten im Vergleich

Verschiedene Geräte verbrauchen unterschiedliche Mengen an elektrischer Energie. Gängige Haushaltsgeräte haben wir in der Grafik zusammengefasst.

Elektrifizierung und der Anstieg an elektrischer Last

Wie wir oben sehen können, benötigen Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge – zwei der häufigsten stromverbrauchenden dezentralen Energieressourcen (DERs) – eine große Menge an elektrischer Energie, um zu funktionieren. Sie sind jedoch flexible Anlagen, was bedeutet, dass ihre Stromflüsse überwacht und ihre Nutzung gesteuert werden kann. Wenn sie in ein Energiemanagementsystem integriert sind, können Wärmepumpen, die sowohl heizen als auch kühlen, und Elektrofahrzeuge zu optimalen Zeiten eingesetzt werden (d. h. ihr Verbrauch wird verlagert), um die Kosten zu minimieren, und sie können dank bidirektionaler Ladung und thermischer Energiespeicherung sogar zur Energiespeicherung verwendet werden. Dies entlastet nicht nur das Stromnetz in Spitzenzeiten, sondern ermöglicht es auch, überschüssige Energie zu speichern und bei niedrigem Energieangebot wieder in das Netz einzuspeisen.

Die Integration von Strom, Wärme und Mobilität auf diese Weise ist Teil eines umfassenderen Trends, der als Sektorenkopplung bezeichnet wird und durch die Schaffung von Synergien die Effizienz und Nachhaltigkeit von Energiesystemen verbessert. Das Hinzufügen einer zunehmenden Anzahl von Verbrauchern in die Energiesysteme bei gleichzeitiger Zunahme der variablen erneuerbaren Energiequellen kann überwältigend und schwer auszugleichen sein. Mit ganzheitlichen intelligenten Energielösungen können flexible Lasten jedoch die Netzstabilität verbessern und wertvolle Chancen bieten.

Lastmanagement Strategien

Stromangebot und -nachfrage sind oft nicht aufeinander abgestimmt. So nutzen Verbraucher:innen beispielsweise am frühen Abend, wenn die Sonne nicht mehr scheint, am meisten Energie. Mit der richtigen Lastmanagementstrategie können sich die Verbraucher:innen jedoch an diese Schwankungen anpassen und das volle Potenzial ihrer Strom erzeugenden und -verbrauchenden Anlagen ausschöpfen und so die Kosten ihrer Stromrechnung reduzieren. Unter Lastmanagement versteht man die aktive Steuerung des Stromverbrauchs. Es gibt eine Vielzahl von Ansätzen zur Laststeuerung, wie z. B.:  

• Peak Shaving oder Lastabwurf, bei dem Unternehmen ihre Stromkosten reduzieren, indem sie den Spitzenstrombedarf minimieren und so die Stromkosten senken.
• Dynamisches Lastmanagement, ein Ansatz für Standorte mit zahlreichen Ladepunkten, der die Last am Netzanschlusspunkt in Echtzeit berücksichtigt und die Stromzufuhr zu jedem Ladepunkt entsprechend anpasst, um sicherzustellen, dass die Grenzwerte nicht überschritten werden.
• Dynamische Tarife geben Schwankungen der Großhandelspreise für Strom an die Endverbraucher weiter, so dass diese einen Anreiz haben, Strom zu verbrauchen (z. B. ihr Elektrofahrzeug zu laden), wenn die Preise niedrig sind, was in der Regel mit einem hohen Angebot zusammenfällt.
• Nachfrageseitige Flexibilität ist ein übergeordneter Begriff für Maßnahmen, die die elektrische Last während der Nachfragespitzen reduzieren, in der Regel durch Lastverschiebung, finanzielle Anreize oder Energiespeicherung.