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Emissionsfreie Baustelle: dynamische Netzanschlüsse für elektrische Baumaschinen

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Baustellen werden elektrischer: Turmdrehkrane hängen seit Langem am Stromnetz, und für Bagger, Radlader und andere Baumaschinen bieten Hersteller zunehmend batterieelektrische Modelle an, auch in mittleren Größenklassen. Im Baustellenalltag sind sie bislang noch die Ausnahme. Setzen sie sich durch, bedeutet das für den Netzanschluss einen hohen und stark schwankenden Leistungsbedarf. Viele Baustellen werden über einen Niederspannungsanschluss mit 63 bis 125 Ampere versorgt; 125 Ampere entsprechen rund 85 Kilowatt. Schon ein einzelner Bagger oder Radlader der 20-Tonnen-Klasse lädt im Schnellladebetrieb mit 150 bis 250 Kilowatt und übersteigt einen solchen Anschluss damit allein.

Bisher wird für eine Baustelle eine feste Anschlussleistung vereinbart, die jederzeit zur Verfügung stehen muss. Sie richtet sich nach der höchsten Last, die in einer Bauphase gleichzeitig zu erwarten ist, auch wenn diese Spitze nur selten auftritt und das Netz zu anderen Zeiten noch Reserven hätte. Weil ein entsprechend leistungsfähiger Netzverknüpfungspunkt in der Nähe oft nicht verfügbar ist, bleiben zwei Möglichkeiten: eine lange Anschlussleitung zu einem weiter entfernten Punkt im Netz oder die Verstärkung des nächstgelegenen. Die Anschlussleitung bezahlt in der Regel der Anschlussnehmer. Muss das Netz verstärkt werden, trägt er über einen Baukostenzuschuss meist einen Teil der Kosten, der Rest fließt über die Netzentgelte in die Stromrechnung aller Kundinnen und Kunden.

Um vorhandene Netzkapazitäten besser auszunutzen und diese Kosten gering zu halten, braucht es einen neuen Blick auf die Baustelle. Der bayerische Forschungsverbund ForBat@Bau untersucht sie deshalb als Ganzes, von der Auslegung der Maschinenantriebe über modulare Batteriesysteme und die softwaregestützte Planung der Bauprozesse bis zum Netzanschluss. Ziel des Verbunds ist ein integriertes Planungs- und Betriebstool für komplexe emissionsfreie Baustellen.

Das Teilprojekt der OTH Regensburg

Die Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) der OTH Regensburg leitet im Verbund das Teilprojekt „Dynamischer Netzanschluss und Flexibilität“. Entwickelt wird ein Verfahren, das dem Baustellenbetrieb keine feste Anschlussleistung mehr zuweist, sondern einen zeitlich veränderlichen Leistungskorridor: eine gesicherte Leistung, die zu jedem Zeitpunkt garantiert ist, und darüber hinaus eine ungesicherte Leistung, die immer dann zur Verfügung steht, wenn der Zustand des Netzes es zulässt, etwa bei hoher Einspeisung aus Photovoltaik und geringer Nachfrage. Abbildung 2 stellt diesen dynamischen Netzanschluss der heute üblichen festen Anschlussleistung gegenüber.

Abbildung 2: Feste Anschlussleistung heute und dynamischer Netzanschluss künftig. Statt einer festen, auf die höchste erwartete Last ausgelegten Leistung erhält die Baustelle einen Korridor aus gesicherter und ungesicherter Leistung. Reicht die verfügbare Leistung nicht aus, überbrückt der Batteriespeicher (Grafik: OTH Regensburg)

Künftig soll der Netzbetreiber der Baustelle vorab für die nächsten 24 Stunden melden, mit welcher Leistung sie rechnen kann. Das Energiemanagement der Baustelle plant Ladevorgänge und Maschineneinsatz entsprechend und greift auf Batteriespeicher zurück, wenn die verfügbare Leistung nicht ausreicht. Damit das funktioniert, muss der Netzbetreiber den Zustand seines Netzes nicht nur aktuell kennen, sondern auch prognostizieren können. Die Forschenden kombinieren dafür Verfahren der Netzzustandsschätzung mit einer Prognose für die nächsten 24 Stunden und einer Methodik, die daraus die verfügbare Anschlusskapazität an einzelnen Netzverknüpfungspunkten ableitet.

Entwickelt werden die Verfahren an detaillierten Simulationsmodellen der Netzgebiete der LEW Verteilnetz GmbH und der Stadtwerke Forchheim GmbH. Anschließend sollen sie in der Netzleitstelle der LEW Verteilnetz GmbH erprobt werden: Ein Demonstrator soll dort zeigen, wie der Leistungsbezug einer Baustelle dem gemeldeten Netzzustand folgen kann.

Über die Baustelle hinaus

Der dynamische Netzanschluss gehört zu den sogenannten flexiblen Netzanschlüssen, bei denen der Netzbetreiber die Anschlussleistung zeitweise begrenzen darf. Häufig geschieht das nach festen, vorab vereinbarten Zeitfenstern. Beim dynamischen Netzanschluss wird die verfügbare Leistung dagegen im laufenden Betrieb aus dem aktuellen Netzzustand und kurzfristigen Prognosen bestimmt und über die Netzleitstelle an den Anschlussnehmer gemeldet. Das Prinzip ist nicht auf Baustellen beschränkt. Es lässt sich auf alle flexiblen Verbraucher und Erzeuger übertragen, die heute auf einen Netzanschluss warten, etwa Batteriespeicher, Ladeparks oder Photovoltaikanlagen.

Im Ausland sind flexible Netzanschlüsse bereits im Einsatz, etwa in Großbritannien, Australien und den Niederlanden. In Deutschland dürfen Netzbetreiber sie seit Februar 2025 nach § 17 Absatz 2b des Energiewirtschaftsgesetzes anbieten, mit fester oder zeitlich veränderlicher Leistungsbegrenzung. Verpflichtet sind sie dazu bislang nicht. Wie sich die Grenze im laufenden Betrieb am tatsächlichen Netzzustand ausrichten lässt, ist in der Praxis noch kaum erprobt.