Die elektrische Stromversorgung von Warenhäusern und ähnlichen Geschäftsbetrieben. Von Oberingenieur Foerster (Berlin.) FOERSTER, Die elektrische Stromversorgung von Warenhäusern. Von dem Umfange des elektrischen Betriebes in einem Warenhause wird sich der Außenstehende schwerlich eine richtige Vorstellung machen können, denn abgesehen von der elektrischen Beleuchtung in den Dunkelstunden während der Geschäftszeit in den Wintermonaten sieht der Außenstehende und die das Warenhaus besuchende Kundschaft nicht viel von dem elektrischen Betrieb. Und doch ist dieser so vielseitig und umfangreich, daß er einen beachtlichen Posten im Betriebskosten-Konto des Warenhauses darstellt. Der elektrische Betrieb umfaßt in erster Linie allerdings die künstliche Beleuchtung des Warenhauses während der Geschäftszeit in den Dunkelstunden der Wintermonate, daneben auch die stellenweise ständige Beleuchtung von solchen Räumen, die infolge ihrer ungünstigen baulichen Lage vom natürlichen Tageslicht selbst in den Sommermonaten nicht ausreichend beleuchtet werden, und die deshalb auch für den eigentlichen Warenhaus-Geschäftsbetrieb von untergeordneter Bedeutung sind, wie Lager- und Packräume, Garderoben, Toiletten, Kellerräume und andere gelegentliche Aufenthalts- und Arbeitsräume. Ferner ist neben der allgemeinen Zweckbeleuchtung die Lichtreklame und Reklamebeleuchtung in den Schaufenstern in Betracht zu ziehen, die auch nach offiziellem Geschäftsschluß noch im Betriebe ist. Ebenso die baupolizeilich vorgeschriebene Notbeleuchtung zur Nachtzeit, die eine ausreichende Orientierung und die notwendigste Uebersicht ermöglichen soll, die aber auch bei etwaigem Versagen der Stromlieferung während der Geschäftszeit aushilfsweise zur notwendigsten Allgemeinbeleuchtung für kurze Dauer dienen soll. Die elektrische Gesamtanlage eines Warenhauses umfaßt ferner den Betrieb einer größeren Anzahl von Elektromotoren, z.B. für die Personen-und Warenaufzüge, etwa vorhandene Rolltreppen (escaliers roulants), pneumatische Rohrpostanlagen für zentralisierten Kassenbetrieb, den Betrieb für die Eismaschinen, Kühl- und Ventilationsanlagen, sowie für alle sonstigen Motoren, z.B. für die Näherei, Reparatur- und andere Werkstättenbetriebe, für Vorführungszwecke und dgl. mehr. Die Stromversorgung für den elektrischen Gesamtbetrieb kann auf vier verschiedene Arten erfolgen und zwar: 1. Aus dem Städtischen Elektrizitätswerk oder der zuständigen Ueberlandzentrale. 2. Aus einer eigenen elektrischen Zentrale-unter Ausschluß jedes anderweitigen Strombezuges. 3. Im gemischten Betrieb: Eigenzentrale und Strombezug aus dem Elektrizitätswerk. 4. Aus einer eigenen Akkumulatoren-Unterstation, bei dem gesamten Strombezug für diese aus dem Elektrizitätswerk. Welche von den vier Stromerzeugungs- und Strombezugsmöglichkeiten sich für jedes Warenhaus je nach seiner Größe und seinen besonderen Einrichtungen als die wirtschaftlich vorteilhafteste Betriebsform empfiehlt, kann nur von Fall zu Fall durch sehr eingehende und gewissenhafte Aufstellung von Erstellungs- (Investitions-) und Betriebskosten-Berechnungen und durch vergleichende, völlig objektive Rentabilitätsberechnungen ermittelt werden, in denen restlos alle in Betracht zu ziehenden Faktoren berücksichtigt sind. Es ist leicht einzusehen, daß die hierfür notwendigen Kalkulationen mancherlei Schwierigkeiten bieten. Es sollen deshalb in Nachstehendem einige Anhaltspunkte gegeben werden, die als allgemein gültige Grundlagen für diese Kalkulationen dienen können. Es sei hierbei bemerkt, daß auch noch in vielen anderen Geschäftsbetrieben die Verhältnisse ganz ähnlich liegen, wie bei den Warenhäusern, z.B. in großen Hotels, in Theatern, Großbanken, größeren Kurhaus- und Restaurationsbetrieben, Krankenhäusern, Sanatorien, Heil- und Pflegeanstalten u. dgl. m. Die ganz großen Betriebe dieser Art haben ebenso wie die großen Warenhäuser wohl zumeist ihre eigenen Zentralen, weil diese für Betriebe mit einem Höchstverbrauch von 500 Kilowatt und mehr unter allen Umständen die wirtschaftlich vorteilhafteste Betriebsform darstellen. Für Betriebe mit einem Höchstverbrauch von 50 bis etwa 300 Kilowatt könnte aber, je nach den gegebenen Verhältnissen, auch die eine oder andere der erwähnten Betriebsformen sich als wirtschaftlich vorteilhafter erweisen, die dann sehr ernstlich in Betracht zu ziehen sind. 1. Alleiniger Strombezug aus öffentlichem Versorgungsnetz. Der Betrieb der elektrischen Anlage eines Warenhauses aus dem Städtischen Elektrizitätswerk oder der zuständigen Ueberlandzentrale würde an sich wohl die einfachste und für den Geschäftsbetrieb des Warenhauses bequemste Betriebsform sein, wenn . . . das Elektrizitätswerk dem Warenhaus immer den Strom zu einem wirtschaftlich annehmbaren Tarif liefern würde. Hier sind aber der Verwaltung des Elektrizitätswerkes sehr häufig Grenzen gesetzt, die nicht ohne Nachteil für den rationell-wirtschaftlichen Gesamtbetrieb der Stromerzeugungsanlage des Kraftwerkes überschritten werden dürfen. Textabbildung Bd. 342, S. 137 Abb. 1. Als Stromart kommen meistens Gleichstrom 2 × 220 Volt und Drehstrom 3 × 380/220 Volt in Betracht. Im ersteren Falle werden die Elektromotoren über 1000 Watt mit 440 Volt von den Außenleitern des Dreileiternetzes betrieben, im letzteren Fall mit 380voltigem Drehstrom. Die Lichtspannung ist in beiden Fällen 220 Volt. In Abb. 1 sind zwei Belastungskurven eines normalen Städtischen Elektrizitätswerkes mittlerer Größe mit Straßenbahnbetrieb mit einer Höchstleistung der Stromerzeugungsanlagen bis zu 12000 kW dargestellt, wie diese Kurven sich wohl auch mit dem Belastungsverlauf der meisten Elektrizitätswerke ähnlicher Größe und mit ähnlichen Betriebsverhältnissen ungefähr decken könnten. Die ausgezogene Kurve a (Abb. 1) zeigt den Belastungsverlauf während eines Werktages im Dezember-Januar, einem der kürzesten Tage unter unseren Breitengraden, während die punktierte Kurve b (Abb. 1) den Belastungsverlauf während eines Werktages im Juni-Juli, einem der längsten Tage, veranschaulicht. Aus dem Vergleich beider Kurven ist ohne weiteres zu ersehen, welche Anforderungen die Lichtspitzen der Kurve a (Abb. 1) an die Stromerzeugung des Kraftwerkes stellen. Die gesamten Stromerzeugungsanlagen mit ihren Maschinen, Apparaten, Kabelnetzen, Transformatoren etc. müssen so bemessen sein, daß sie das Spitzen-Maximum zu decken vermögen, das aber nur an einigen wenigen der kürzesten Tage des ganzen Jahres (insgesamt etwa 200 Stunden p. a.) auftritt. Wie aus dem Verlauf der Kurve b (Abb. 1) ersichtlich, erhebt sich die Belastung des als Beispiel gewählten Kraftwerkes an den längsten Tagen des Jahres im Juni-Juli kaum über 4000 kW. Die Stromerzeugungsanlage, die für eine Höchstleistung von 12000 kW bemessen ist, wird hier also im Mittel kaum mit ⅓ ihrer Höchstleistung beansprucht. Bezieht man die mittlere effektive Belastung eines Elektrizitätswerkes auf die gesamte Maschinenleistung einschließlich der Reserven, so erhält man den Ausnutzungsfaktor des Kraftwerkes. Dieser wird um so kleiner, je höher die Maximumspitze den übrigen Teil der Kurve überragt. Es ist einleuchtend, daß die Verwaltung eines Elektrizitätswerkes, dessen Stromerzeugungsanlagen soweit ausgenutzt sind, daß sie zur Bewältigung der durch die höchste Lichtspitze der Kurve a (Abb. 1) angezeigten Höchstbelastung ausreichen, alles vermeiden muß, was dieses Maximum noch überschreiten könnte, weil die Stromerzeugungsanlage in allen ihren Teilen sonst überlastet werden und zu kostspieligen Erweiterungen zwingen würde, die sich in absehbarer Zeit aber meist nicht rentieren. Rentiert sich aber die Erweiterung durch den Strombezug eines neu hinzutretenden Großkonsumenten, so wird die Erweiterung, wenn nicht andere Gründe dagegen sprechen, wohl meist ausgeführt, und zwar auf Grund eines langfristigen Stromlieferungsvertrages mit dem betr. Großkonsumenten. Bis dahin wird die Verwaltung des Elektrizitätswerkes durch eine zweckentsprechende Tarifpolitik ein weiteres Anwachsen der Belastungsspitze zu verhindern suchen. Einen möglichst gleichmäßigen Verlauf der Belastungskurve oder wenigstens ein Absenken der Maximumspitze zu erzielen, jedenfalls aber ihr weiteres Ansteigen zu verhindern, ist das Streben aller Elektrizitäts-Verwaltungen. Es ist dabei dennoch ihre weitere Aufgabe, allen Wünschen der Stromabnehmer nach Möglichkeit gerecht zu werden, dessen ungeachtet aber auch eine angemessene, gesunde Rentabilität des Elektrizitätswerkes durchzuführen und stets im Auge zu behalten. Textabbildung Bd. 342, S. 137 Abb. 2. Abbildung 2 zeigt nun den ungefähren Verlauf des Stromverbrauchs eines Warenhauses mit einem Höchstverbrauch von etwa 300 kW und zwar – in Uebereinstimmung mit Abb. 1 – in Kurve a den Verlauf des Verbrauches an einem der kürzesten Werktage im Dezember-Januar und in Kurve b den Verlauf des Verbrauches an einem der längsten Werktage im Juni-Juli. Kurve a zeigt zwei Lichtspitzen, dazwischen die Mittagssenke, die in der Geschäftszeit des Warenhauses ihre Erklärung finden, während. Kurve b neben einem geringen Verbrauch an Licht hauptsächlich den Verlauf des Stromverbrauchs der Motoren anzeigt. Vergleicht man die a-Kurven der beiden Abbildungen 1 und 2 miteinander, so wird man finden, daß der Spitzenverbrauch des Warenhauses zeitlich in die Spitzenbelastung des Elektrizitätswerkes fällt. Hierin liegt der Grund, weshalb die Elektrizitätswerke nicht immer in der Lage sind, den Warenhäusern nach Wunsch mit einem wirtschaftlich vorteilhaften Stromtarif entgegenzukommen. Billigen Strom kann das Elektrizitätswerk meist nur zur Nachtzeit abgeben, etwa von 8 Uhr abends bis 7 Uhr morgens; Strom zu normalem Preise von 7 Uhr morgens bis 3 Uhr nachmittags. Die Zeit von 3 oder 4 Uhr nachmittags bis 7 oder 8 Uhr abends aber wird das Elektrizitätswerk für den Stromabnehmer mit billigem Tarif als Sperrzeit festsetzen, während der sich der Stromabnehmer verpflichten müßte, überhaupt keinen Strom vom Elektriztätswerk zu beziehen, es sei denn ausnahmsweise im Notfalle, dann aber zu einem Tarif mit einem Preisaufschlag auf den normalen Licht-Strompreis. Es ist bei solchen tariflichen Schwierigkeiten zu prüfen, ob das Warenhaus mit einer der anderen drei Betriebsformen in bezug auf wirtschaftliche Stromversorgung vorteilhafter fährt. Die Grundlage für das Kalkül bleiben immer die Belastungskurven des Elektrizitätswerkes und die Verbrauchskurven des Warenhauses, die aber von Fall zu Fall zuvor genauestens so aufzuzeichnen sind, daß sie den tatsächlich gegebenen Verhältnissen entsprechen. 2. Elektrizitäts-Selbsterzeugung in einer Eigenzentrale. Die elektrische Eigenzentrale für das Warenhaus, falls diese in das Kalkül der Stromversorgung mit einbezogen werden soll, ist nach dem heutigen Stande der Technik zweckmäßig durch Dieselmotoren zu betreiben, die in bezug auf Wirtschaftlichkeit, Brennstoffbeschaffung (Rohöl!), Betriebssicherheit, Einfachheit und Sauberkeit im Betriebe unter den Verbrennungsmotoren an erster Stelle stehen. Außerdem sind sie jicht in dem Maße wie die etwa in Betracht zu ziehende Dampfkraftanlage baupolizeilichen Beschränkungen unterworfen. Sie können bei Raummangel meist in Unterkellerungen von Höfen oder Nebengebäuden Aufstellung finden. Mit Rücksicht darauf, daß früher oder später doch einmal eine Aenderung in der Stromversorgung unter Abkehr von der Eigenzentrale eintreten könnte, derart, daß der elektrische Betrieb des Warenhauses an das Stadt. Elektrizitätswerk angeschlossen werden sollte, wird man das Gleichstrom-Dreileitersystem mit 2 × 220 Volt Spannung wählen, und zwar mit einer Akkumulatorenbatterie, die außer für den Spannungsausgleich auch als kleine Sicherheitsreserve bei etwa vorkommenden Betriebsstörungen dienen müßte. Falls das zuständige öffentliche Elektrizitätswerk aber Drehstrom liefern sollte, so wird es sich bei der Eigenzentrale für das Warenhaus in den meisten Fällen empfehlen, hierauf zunächst keine Rücksicht zu nehmen, wenn nicht von vornherein mit dem späteren Anschluß oder Teilanschluß an das Elektrizitätswerk gerechnet werden soll. Für die Spitzenleistung wird man bei der Eigenzentrale so disponieren, daß nicht etwa die reine Maschinenleistung für das Maximum zu bemessen ist, sondern Maschinen + Akkumulatoren. Das idealste Verhältnis wäre, wenn für die Spitzenleistung: Maschinen + Akkumulatoren in ihren Einzel-Maximalleistungen: Maschinenleistung = Akkumulatorenleistung wäre. Da eine größere Akkumulatorenleistung aber relativ teurer als eine größere Maschinenleistung ist, so wird man – den jeweilgen Betriebsverhältnissen Rechnung tragend – meist die Maschinenleistung größer und die Akkumulatorenleistung kleiner wählen, jedoch immer so, daß ihre Summe die erforderliche Spitzenleistung sicher hergibt. Für das Rentabilitätskalkül sind von den einschlägigen Firmen Kostenanschläge einzufordern, denen Betriebskostenaufstellungen beizufügen sind, wenn man es nicht vorzieht, mit den Vorarbeiten für das Kalkül einen tüchtigen, auf dem Gebiete erfahrenen, unabhängigen Zivilingenieur zu betrauen, der die Kostenanschläge und Betriebskostenaufstellungen sachverständig und objektiv-gewissenhaft nachzuprüfen hat, bevor diese für das vergleichende Rentabilitätskalkül Berücksichtigung und Verwendung finden. Der Vorteil der Eigenzentrale ist die völlige Unabhängigkeit von fremder Stromlieferung, die allerdings, wenn sie durch Akkumulatoren-Reserve bei vorkommenden Betriebsstörungen sichergestellt sein soll, eine Batterie entsprechender Größe erfordert. 3. Versorgung durch gemischten Betrieb aus einer Eigenzentrale und durch Strombezug aus einem öffentlichen Elektrizitätswerk. Für den gemischten Betrieb in der Stromversorgung eines Warenhauses kommt sowohl die Eigenzentrale wie der Strombezug aus dem Stadt Elektrizitätswerk oder der zuständigen Ueberlandzentrale in Betracht. Hierfür wird die Einrichtung je nach der von dem zuständigen öffentlichen Elektrizitätswerk verfolgten Tarifpolitik in den meisten Fällen so getroffen, daß das Elektrizitätswerk für den weiteren Ausbau seiner Grundbelastung den möglichst gleichbleibenden Hauptteil des Warenhausverbrauchs, in unserem Beispiel etwa bis zur 75 kW-Linie (Abb. 2), und evtl. den ganzen Verbrauch in den Sommermonaten, der ungefähr mit dieser Linie abschneidet, liefert. Das Warenhaus dagegen deckt mit seiner eigenen kleinen Zentrale die über die 75 kW-Linie hinausgehenden Lichtspitzen. In den Verhandlungen mit der Elektrizitätswerks-Verwaltung über einen wirtschaftlich möglichst vorteilhaften Tarif für den Strombezug des Warenhauses, die seitens des Elektrizitätswerkes durch Betriebs-, Belastungs-, wirtschaftliche Ausnutzungs- und Höchstleistungs-Rücksichten, hinsichtlich der dem Warenhause einzuräumenden Konzessionen, bestimmt werden, wird auch die Linie zwischen Grund- und Spitzenverbrauch und damit die der ganzen Disposition entsprechende Größe der Eigenzentrale des Warenhauses festgelegt. Das Elektrizitätswerk soll – und darin liegt der Hauptvorteil dieser Betriebsform – außerdem als Sicherheitsreserve dienen für etwaige Betriebsstörungen in der Eigenzentrale. Hierfür müssen Stromart und Spannung in der Eigenzentrale mit der des Elektrizitätswerkes selbstverständlich übereinstimmen oder aber es müssen bei anderer Stromart Einrichtungen vorgesehen werden, die den Anschluß der Gesamtanlage des Warenhauses an das Leitungsnetz des Elektrizitätswerkes ermöglichen und in einfachster Weise ohne weiteres durchführen lassen. Für die baupolizeilich vorgeschriebene Notbeleuchtung ist in allen Fällen eine kleine Akkumulatorenbatterie erforderlich. 4. Strombezug aus dem öffentlichen Elektrizitätswerk und Versorgung aus einer eigenen Akkumulatoren-Unterstation. Die Stromversorgung des Warenhauses aus einer eigenen Akkumulatoren-Unterstation erfordert eine Batterie, deren Kapazität und Leistung dem Spitzenverbrauch des Warenhauses entspricht (vergl. Kurve a Abb. 2), zu deren Ladung das Elektrizitätswerk Nachtstrom zu einem außerordentlich billigen Tarif liefern müßte. Bei dieser Betriebsform liefert das Elektrizitätswerk nicht nur den gesamten Strombedarf des Warenhauses, sondern – weil für die Anschlußbatterie mit einem Nutzeffekt von günstigstenfalls etwa 80% zu rechnen ist – sogar mindestens 25% mehr Strom als das Warenhaus für seinen Licht- und Kraftbetrieb de facto braucht. Da das Warenhaus aber für den Strombezug als Nachtstrom einen sehr vorteilhaften Tarif vom Elektrizitätswerk erwirken kann, so ist der Gesamt-Strombezug aus dem Elektrizitätswerk für die Ladung der Anschlußbatterie immer noch sehr erheblich billiger, als wenn die Stromversorgung des Warenhauses direkt aus dem Leitungsnetz des Elektrizitätswerkes erfolgen würde, denn hiervon hängt die Wirtschaftlichkeit dieser Betriebsform in allererster Linie ab. Für diese Form der Stromversorgung aus der eigenen Akkumulatoren – Unterstation (Anschlußbatterie) sind allerdings neben den in der Hauptsache durch den Strombezug verursachten, nicht unerheblichen beweglichen Betriebskosten, auch die festen Betriebskosten recht beträchtlich, weil die Anlagekosten – wenn sie auch nicht ganz die Höhe derjenigen der Eigenzentrale für den Gesamtverbrauch des Warenhauses erreichen, – doch immerhin recht hoch sind. Es kommen für den Kapitaldienst, für Amortisation und Verzinsung des Anlagekapitals für Batterie und Ladeeinrichtungen neben der Batterie-Instandhaltung und Versicherung durch die Lieferfirma, Reparaturen, Ersatz etc. ziemlich hohe Quoten in Anrechnung. Diese Betriebsform empfiehlt sich mit einiger Aussicht auf Wirtschaftlichkeit auch nur, wenn von dem zuständigen öffentlichen Elektrizitätswerk Gleichstrom zur Verfügung steht, so daß außer der teueren Anschlußbatterie nur noch die Aufstellung einer Zusatzmaschine zur Erzeugung der für die Ladung erforderlichen Zusatzspannung mit der zugehörigen Schalttafel in Frage kommt. Wenn dagegen vom Elektrizitätswerk Drehstrom geliefert wird, so würde durch die notwendig werdende Umformung desselben in Gleichstrom durch Gleichrichter mit zugehörigem Transformator, oder durch Motorgenerator als Zweimaschinenaggregat, oder durch Einanker-Umformer mit zugehörigem Transformator nebst allen erforderlichen Meßinstrumenten, Schalt- und Regulierapparaten etc. die Wirtschaftlichkeit dieser Betriebsform von vornherein in Frage gestellt, ganz abgesehen von der durch die Umformung bedingten weiteren Verschlechterung des Wirkungsgrades der ganzen Anlage. Es hat jede der vier vorstehend aufgeführten Betriebsformen auch in reinen Betriebsfragen (Personal, Unterhaltung etc.) ihre Vor- und Nachteile. Ihre Wirtschaftlichkeit ist durch das Rentabilitätskalkül von Fall zu Fall zu ermitteln, und zwar an Hand der Belastungskurven des Elektrizitätswerkes und dem von der Verwaltung desselben festgesetzten Stromtarif einerseits, sowie an Hand der Verbrauchskurven des Warenhauses andererseits, die – wie bereits erwähnt – sich aber mit den tatsächlichen Verhältnissen in jedem speziellen Fall, soweit dies nur immer durchführbar ist, decken müssen. Dabei wird sich ergeben, daß die eigene Stromerzeugungsanlage im allgemeinen erst dann in Betracht zu ziehen ist, wenn eine Höchstbelastung von etwa 40 kW bzw. ein Jahresstromverbrauch von 40–50000 Kilowattstunden (kWh) vorliegt. Diese Zahlen werden von kleineren Warenhäusern meistens nicht erreicht, so daß diese auf die eigene Stromerzeugungsanlage besser verzichten. Aber alle hier in Betracht kommenden Geschäftsbetriebe können in vielen Fällen ihre Aufwendungen für elektrische Beleuchtung erheblich vermindern, wenn sie an Stelle der häufig veralteten Beleuchtungskörper moderne, den Lichtstrom rationeller ausnutzende Armaturen verwenden würden. Wie bekannt, haben auch große Warenhäuser durch solche Maßnahmen Ersparnisse bis zu 30% am Stromverbrauch für Lichtzwecke erzielt.