Programm Dokumentation/Berechnung/Strombedarf
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Was berechnet wird
Der Strombedarf eines Projekts als Reihe von 35 040 Viertelstundenwerten — die Last, gegen die Photovoltaik, BHKW und Stromspeicher anschliessend rechnen. Er entsteht aus zwei Quellen: den Stromverbraucherprofilen (Monatswerte plus Wochenprofil, wie bei Brauchwasser und Prozesswaerme) und den eingelesenen Messlastgaengen des Projekts.
Ausgewiesen werden die Jahresmenge [MWh], der Anteil aus Profilen und der aus Ganglinien, die groesste Viertelstundenleistung, die zwoelf Monatssummen und die Jahresdauerlinie.
Nicht auf dieser Seite: der Stromverbrauch der Erzeuger selbst. Was eine Waermepumpe, ein Heizstab oder eine Kesselhilfsenergie zieht, entsteht erst im Lauf und kommt zu diesem Bedarf hinzu.
Eingangsgrößen
| Groesse | Einheit | Herkunft im Programm |
|---|---|---|
| Stromverbraucherprofile des Projekts | — | Dialog „Standard Stromprofil", Liste „Ausgewählt im Projekt" |
| Zwoelf Monatswerte je Profil | MWh | Stromverbraucher-Katalog (Kopfsatz des Profils) |
| Wochenprofil, 168 Stundenwerte | beliebige Skala | Stromverbrauchertyp-Katalog, Reiter „Wochenwerte" |
| Jahressumme des Projekts | MWh oder kWh (waehlbar) | Dialog „Standard Stromprofil", Feld „Jahresverbrauch" |
| Stromganglinien des Projekts | kW je Zeitschritt | Dialog „Stromlastgang", Liste „Ausgewählt im Projekt" |
| Raster einer Ganglinie | 1 = Stunde, 4 = Viertelstunde | wird beim Import bestimmt und am Kopfsatz gefuehrt |
| Wochentag des 1. Januar | — | aus den Klimadaten der Projektregion, mit einer Spotpreisreihe mit Jahr der Kalender dieses Jahres; die Waermerechnung gibt ihn weiter |
Formelzeichen und Parameter
Parameter
Was in die Rechnung hereinkommt:
| Symbol | Bedeutung | Einheit | Herkunft |
|---|---|---|---|
| Stunde des Jahres, | — | Zeitraster (Konstante: 8 760 Stunden je Jahr) | |
| Viertelstunde des Jahres, | — | Zeitraster (Konstante: ) | |
| Monat, | — | Zeitraster (Konstante: zwoelf Monatsgrenzen eines Nicht-Schaltjahres) | |
| laufende Nummer einer dem Projekt zugeordneten Stromganglinie | — | Dialog „Stromlastgang", Liste „Ausgewählt im Projekt" | |
| Raster einer Ganglinie: (Stunde) oder (Viertelstunde) | — | Kopfsatz der Ganglinie, Feld Zeitinterval; jede andere Wertzahl bricht den Lauf ab
| |
| Stundenreihe EINER Ganglinie, wie der Lastgangdialog sie zeigt | kW | Stromganglinien-Katalog | |
| Rohwert eines Intervalls beim Import, wenn die Datei Arbeit fuehrt | kWh | eingelesene Datei | |
| Dauer eines Intervalls beim Import | h | aus dem erkannten Raster: 1 h oder 0,25 h | |
| Teiler einer Viertelstundenreihe: 4 Viertel je Stunde · 1 000 kWh je MWh | — | Konstante | |
| Teiler einer Stundenreihe: kWh je MWh | — | Konstante |
Variablen
Was die Rechnung selbst bildet:
| Symbol | Bedeutung | Einheit | berechnet in |
|---|---|---|---|
| Profilanteil als Stundenreihe | kW | dieselbe Profilroutine wie Berechnung: Brauchwasser, Gleichungen (1) bis (5) dort | |
| Profilanteil im Viertelstundenraster | kW | (1) | |
| Ganglinie g im Viertelstundenraster | kW | (3), Rasterspreizung nach (1) | |
| Strombedarf der Viertelstunde k | kW | (2) | |
| Jahresmenge des Strombedarfs | MWh | (4) | |
| Monatssumme | MWh | (5) | |
| groesste Viertelstundenleistung (Spitze des Laufs) | kW | (6) | |
| Jahresarbeit EINER Ganglinie | MWh | (7) | |
| Spitze derselben einen Ganglinie | kW | (8) | |
| Vollbenutzungsstunden derselben einen Ganglinie | h/a | (9) | |
| nach Photovoltaik und Speicher verbleibender Netzbezug | kW | Ergebnis des Laufs | |
| Reststrombedarf (Netzbezug) des Laufs | MWh | (10) |
Rechenweg
1. Stromverbraucherprofile
Der Profilanteil entsteht als Stundenreihe [8 760] nach genau derselben Routine wie Brauchwasser und Prozesswaerme:
- Kopfsatz je Profil lesen (zwoelf Monatswerte und der Typbezug),
- Monatswerte auf die Jahressumme des Projekts skalieren, falls eine hinterlegt ist,
- das 168-Stunden-Wochenprofil ab dem Wochentag des 1. Januar ueber das Jahr kacheln,
- je Monat auf den Monatswert normieren (mal 1 000, MWh nach kWh).
Die Formeln dazu stehen unter Berechnung: Brauchwasser, Gleichungen (1) bis (5) — es sind dieselben, mit demselben Zeichenvorrat. Auch der Betriebskalender an der Zuordnung — Feiertage wie Sonntag, Betriebsferien mit Ferienfaktor, wahlweise mit gekuerzter Monatsmenge — wirkt hier genau wie dort.
Die Zuordnung gilt über die ID. Jede Zuordnungszeile des Projekts zeigt auf ihre Projektkopie — wie bei Brauchwasser und Prozesswaerme. Kopf- und Typsatz werden nur im eigenen Projekt gelesen, und die gepflegte Jahressumme der Zuordnungszeile skaliert genau diese Kopie; ein gleichnamiges Profil eines anderen Projekts rechnet nicht mit.
BDEW-Standardlastprofile. Der Katalog „Datenbank Strombedarf" führt die Standardlastprofile Strom 2025 des BDEW für Haushalt (H25), Gewerbe allgemein (G25) und Landwirtschaftsbetriebe (L25) als gesperrte Sätze. Ihre zwölf Monatswerte summieren auf 1 000 MWh — die Normierung des BDEW auf 1 Mio. kWh Jahresverbrauch —; im Projekt gilt der Jahresverbrauch der Zuordnung, auf den die Monatswerte skaliert werden. Das Wochenprofil ist das Jahresmittel der drei Typtage des BDEW: Montag bis Freitag der Werktag, Samstag der Samstag, Sonntag der Sonn- und Feiertag, je Stunde die Summe der vier Viertelstunden. Die Monatswerte des Haushaltsprofils enthalten die Dynamisierung des BDEW über das Jahr. Feiertage rechnen wie Sonntag, wenn die Zuordnung einen Betriebskalender mit „Feiertag wie Sonntag" trägt — die neun bundeseinheitlichen und, mit gewähltem Bundesland, dessen Landesfeiertage; ohne Kalender zählt ein Feiertag als Werktag.
Netzbezugsprofile P25 und S25 — keine Verbrauchsprofile. Daneben führt der Katalog die BDEW-Profile P25 (Netzbezug eines Haushalts mit PV-Anlage) und S25 (Netzbezug eines Haushalts mit PV-Anlage und Batteriespeicher) als gesperrte Sätze; Name und Beschreibung beider Sätze sagen das. Sie beschreiben nicht, was der Haushalt verbraucht, sondern was er nach dem Eigenverbrauch aus dem Netz bezieht: Im Sommer deckt die PV-Anlage den größten Teil — der Juni trägt bei P25 rund 4 %, bei S25 rund 1 % der Jahresmenge —, im Winter liegt der Bezug entsprechend hoch. Die 1 000 MWh ihrer Monatswerte sind Netzbezug; im Projekt gilt als Jahressumme der Zuordnung der Jahresnetzbezug der Lieferstelle. Ihre Monatswerte enthalten die Dynamisierung des BDEW wie das Haushaltsprofil; Wochenprofil und Feiertage folgen derselben Regel wie oben. Nicht mit einer PV-Rechnung des Projekts kombinieren: Rechnet das Projekt die Photovoltaik — und den Stromspeicher — selbst, ist deren Eigenverbrauch in P25 und S25 schon abgezogen, und die PV zählte doppelt. Für einen Haushalt, dessen PV-Anlage das Projekt rechnet, gehört das Haushaltsprofil H25 mit dem Jahresverbrauch in die Zuordnung; P25 und S25 passen, wo allein der Bezug aus dem Netz gefragt ist und die PV-Anlage nicht gerechnet wird.
Ein Profil ohne Typbezug geht mit Anteil 0 ein und wird gemeldet; die uebrigen Profile rechnen vollstaendig. Bricht die Profilrechnung ab — unlesbare Monats- oder Wochenfelder —, bricht der ganze Simulationslauf ab: Ein Ergebnis mit leerem Stromprofil saehe vollstaendig aus und waere keines.
2. Von Stunden auf Viertelstunden
Die Stundenreihe wird gespreizt, indem der Stundenwert in alle vier Viertel derselben Stunde geschrieben wird:
- (1)
- – Profilanteil im Viertelstundenraster [kW]
- – Profilanteil als Stundenreihe [kW]
- – Viertel je Stunde; der Stundenwert steht in allen vier gleich hoch und wird NICHT geviertelt [–]
Der Wert bleibt damit eine Leistung — er wird nicht geviertelt. Genau daraus folgt der Teiler 4 000 in Gleichung (4): vier gleich hohe Viertel je Stunde, danach kWh nach MWh.
3. Messlastgänge addieren
Jede dem Projekt zugeordnete Stromganglinie wird gelesen und muss zu ihrem Raster passen:
| Raster r | erwartete Wertzahl |
|---|---|
| 1 (Stunde) | genau 8 760 |
| 4 (Viertelstunde) | genau 35 040 |
Jede andere Wertzahl ist ein Abbruchgrund mit Meldung: Eine Addition ueber die kuerzere der beiden Reihen liesse den Rest null, und der Jahresbedarf waere zu klein.
Stundenganglinien werden nach derselben Regel wie in (1) gespreizt. Danach wird Viertelstunde fuer Viertelstunde addiert:
- (2)
- – Strombedarf der Viertelstunde [kW]
- – Profilanteil nach (1) [kW]
- – Stromganglinie g im Viertelstundenraster [kW]
- – laufende Nummer einer dem Projekt zugeordneten Stromganglinie [–]
4. Was der Import sicherstellt
Die Rasterpruefung im Lauf ist ein Sicherheitsnetz fuer Altbestaende — neu eingelesene Ganglinien sind bereits normalisiert:
- Einheit: Rohwerte in kWh je Intervall werden ueber die Intervalldauer in kW umgerechnet; die Ablage fuehrt Leistungen:
- (3)
- – Leistungswert des Intervalls, so wie ihn die Ablage fuehrt [kW]
- – Rohwert des Intervalls, wenn die Datei Arbeit fuehrt [kWh]
- – Dauer des Intervalls aus dem erkannten Raster: 1 h oder 0,25 h [h]
- Schaltjahr: 8 784 bzw. 35 136 Werte werden auf 8 760 / 35 040 gebracht, indem der 29. Februar entfaellt. Der Vorgang steht im Importprotokoll und verlangt eine Bestaetigung.
- Sommerzeit: Die Reihe gilt als Ortszeitreihe. Am letzten Maerzsonntag fehlt die Ortsstunde 02:00 — die Luecke wird mit dem Wert des Vorintervalls gefuellt; am letzten Oktobersonntag gibt es sie doppelt — die Dublette wird arithmetisch gemittelt. Jede ANDERE Luecke oder Dublette bleibt ein Fehler.
- Plausibilitaet: negative Werte, lange Nullserien und Ausreisser werden gemeldet.
- Zeitstempelkonvention: Bezeichnet der Zeitstempel den Anfang oder das Ende des Intervalls? Die Kette erkennt es und rechnet die Endkonvention um ein Intervall zurueck.
Die EU-Sommerzeitregel ist im Programm fest verdrahtet, damit das Ergebnis eines Imports nicht von der Zeitzonentabelle des Rechners abhaengt.
5. Kennzahlen und Jahresdauerlinie
- (4)
- – Jahresmenge des Strombedarfs [MWh]
- – Strombedarf der Viertelstunde nach (2) [kW]
- – Teiler: vier Viertel je Stunde mal 1 000 kWh je MWh [–]
- (5)
- – Monatssumme des Strombedarfs [MWh]
- – Strombedarf der Viertelstunde nach (2) [kW]
- – Monat, 1 bis 12 [–]
- – Teiler: vier Viertel je Stunde mal 1 000 kWh je MWh [–]
- (6)
- – groesste Viertelstundenleistung, die Spitze des Laufs [kW]
- – Strombedarf der Viertelstunde nach (2) [kW]
Der Anteil aus Profilen und der Anteil aus Ganglinien entstehen nach derselben Gleichung (4), angewandt auf allein bzw. auf allein.
Die Jahresdauerlinie entsteht wie beim Waermebedarf: auf die Spitze normieren (Prozent), aufsteigend sortieren, umdrehen.
Kennzahlen einer EINZELNEN Ganglinie — wie sie der Lastgangdialog neben dem Bild zeigt — rechnen auf der Stundenreihe dieser einen Ganglinie:
- (7)
- – Jahresarbeit EINER Ganglinie [MWh]
- – Stundenreihe dieser einen Ganglinie [kW]
- – Umrechnung kWh in MWh [kWh/MWh]
- (8)
- – Spitze derselben einen Ganglinie [kW]
- – Stundenreihe dieser Ganglinie [kW]
- (9)
- – Vollbenutzungsstunden derselben Ganglinie [h/a]
- – Jahresarbeit nach (7) [MWh]
- – Spitze nach (8) [kW]
- – Umrechnung MWh in kWh [kWh/MWh]
Ohne Spitze () bleibt (9) unbestimmt, und der Dialog zeigt keine Angabe. Die Spitze aus (8) ist nicht die Spitze des Laufs aus (6): Der Lauf misst im Viertelstundenraster und ueber alle Ganglinien und Profile zusammen, die Kennzahl gehoert zum Bild.
6. Wo der Strombedarf im Lauf steht
Der fertige Vektor ist der Reststrombedarf zu Beginn der Simulation. Nacheinander werden davon abgezogen: der Direktverbrauch der Photovoltaik (Phase „Photovoltaik", je Viertelstunde mit der nach dem Sonnenstand verteilten Erzeugung) und die Entladung des Stromspeichers (Phase „Stromspeicher"); aufgeschlagen wird der Standby des Speichersystems, soweit ihn kein PV-Überschuss deckt. Die Ladung des Speichers wird hier ausdruecklich nicht aufgeschlagen — sie speist sich aus dem Erzeugungsueberschuss und mindert die Einspeisung, nicht den Netzbezug. Was am Ende bleibt, ist der Netzbezug:
- (10)
- – Reststrombedarf des Laufs, also der Netzbezug [MWh]
- – nach Photovoltaik und Speicher verbleibender Netzbezug [kW]
- – Teiler: vier Viertel je Stunde mal 1 000 kWh je MWh [–]
Umgekehrt kommt der Strombedarf der Waermeerzeuger — Waermepumpe, Heizstab, Kesselhilfsenergie — erst waehrend der Kaskade hinzu; er steht nicht in .
7. Peak-Shaving: eine Auswertung, kein Bedarf
Der Dialog Lastspitzenkappung (Peak-Shaving) sucht die kleinste erreichbare Netzbezugsspitze zu einem Lastgang und einem Speicher. Sie ist eine eigenstaendige Auswertung auf einer gewaehlten Ganglinie — aus dem Projekt, aus dem Katalog oder ad hoc aus einer Datei eingelesen. Die Rechnung selbst schreibt nichts in die Datenbank, weder die eingelesene Ganglinie noch ihre Ergebnisse; der Ausgabeweg der Reihen ist CSV. Mit geoeffnetem Projekt traegt der Knopf „In Variante übernehmen“ die gefundene Zielschwelle und das Kennzeichen „adaptiv“ in die aktive Speichervariante des Projekts und stellt deren Berechnungsart auf die Lastspitzenkappung — fuehrt die Variante eine andere Berechnungsart, fragt die Maske zuerst nach. Erst ueber diese Variante wirkt die Schwelle im Simulationslauf, im Stromspeicher; den Strombedarf veraendert die Maske nicht.
Grenzen und Annahmen
- Profile ohne Unterstruktur. Gleichung (1) setzt alle vier Viertel gleich hoch; eine Spitze von 15 Minuten Dauer, die in einer Stundenreihe steckt, laesst sich daraus nicht zurueckgewinnen. Echte Viertelstundenspitzen bringt eine Ganglinie mit 35 040 Werten; gegen sie rechnet die Photovoltaik Viertelstunde fuer Viertelstunde.
- Keine Blindleistung, keine Phasen, keine Spannungsebene. ist Wirkleistung.
- Kein Gleichzeitigkeitsfaktor. Die Summe in (2) ist ungedaempft; wer eine Gleichzeitigkeit abbilden will, tut es ueber die Jahressummen.
- Der Wochengang ist ein Muster — wie bei den beiden Waermeprofilen: Feiertage und Betriebsferien legt ein Betriebskalender darauf; die Monatsmenge aendert allein dessen Schalter „Ferien kuerzen die Monatsmenge".
- Standardlastprofile als Wochenprofil. Ein BDEW-Profil geht mit einer Tagesform je Typtag für das ganze Jahr ein; die je Monat eigene Tagesform des BDEW, die Viertelstunde und die Dynamisierung innerhalb eines Monats entfallen, die Monatsmengen bleiben erhalten. Bei den Netzbezugsprofilen P25 und S25 wiegt das schwerer: Ihre Tagesform wechselt mit der Jahreszeit, und das Jahresmittel überschätzt den Bezug um die Mittagszeit im Sommer.
- Die Vorschau ist nicht der Lauf. Der Knopf „Simulation…" des Profildialogs rechnet die AUSGEWAEHLTEN Profile und zaehlt die Stromganglinien bewusst nicht mit; die Gesamtsumme ist dort die Summe der Profile allein, also (4) ohne den zweiten Summanden von (2). Er belegt ausserdem nur die ersten 8 760 der 35 040 Plaetze, weil er das Stundenraster fuehrt — die Bilder wissen das und zeichnen entsprechend.
- Der Dialog Lastspitzenkappung schreibt keinen Bedarf. Sie schreibt allein ueber „In Variante übernehmen“ Zielschwelle und Adaptiv-Kennzeichen in die aktive Speichervariante (siehe Schritt 7).
Ergebnisse und wo sie stehen
- Simulationsergebnis, Reiter „Wärme-/Strombedarf" — nach (4), der Anteil aus Profilen, der Anteil aus Ganglinien, die Spitze nach (6), Jahresganglinie und Jahresdauerlinie.
- Dialog „Standard Stromprofil", Knopf „Simulation…" — die Kennzahlen der ausgewaehlten Profile und die zwoelf Monatssummen nach (5), gerechnet mit dem Jahresverbrauch, der im Dialog steht.
- Dialog „Stromlastgang" — , und nach (7) bis (9) mit Bild in den Stufen Jahr, Woche und Tag.
- Simulationsergebnis, Reiter der Erzeuger — dort steht, wie viel vom Strombedarf gedeckt wurde; der Netzbezug erscheint als nach (10).
- Laufprotokoll — uebersprungene Profile, Rasterfehler einer Ganglinie, Abbruchgruende.
Bezüge
- Strombedarf — Bedienung des Programmschritts
- Stromverbraucher — Profile und Katalogpflege
- Berechnung: Brauchwasser — die gemeinsame Profilroutine im Einzelnen
- Berechnung: Photovoltaik
- Berechnung: Stromspeicher
- Berechnung: Simulationsablauf