Gestern trifft heute: Das (Strom-)Netz der Netze

Umspannwerk Rheinfelden, ED Netze GmbH (Foto: Juri Junkov)
Umspannwerk Rheinfelden, ED Netze GmbH (Foto: Juri Junkov)

Strom kommt aus der Steckdose, klar. Aber wie kommt er da eigentlich hin? Die banale Antwort auf diese berechtigte Frage: Durch das Kabel, an das die Steckdose angeschlossen ist. Und das andere Ende des Kabels hängt am Kraftwerk oder an der Photovoltaikanlage, die der Nachbar auf seinem Haus installiert hat? Ungefähr richtig, aber wirklich nur so ganz ungefähr. In Wirklichkeit ist alles viel komplizierter, denn das Stromnetz ist ein ganzes „Netz der Netze“. Und  das muss für die Energiewende ertüchtigt werden.

Von Dirk Baranek, Aktualisierung: Redaktion

Die Vorstellung, den Strom zukünftig nicht mehr mit Kern- oder Kohlekraftwerken zu erzeugen, leuchtet den meisten Menschen aufgrund der bekannten problematischen Begleiterscheinungen dieser Erzeugungsarten mehr oder weniger ein. Wasserkraft sowie Solar- und Windkraft sind eben sauber und qualmen nicht. Soweit so gut.

Dagegen stößt die Vorstellung, dass unsere Landschaften jetzt mit zusätzlichen Hochspannungsmasten überzogen werden, auf erhebliche Skepsis. Dabei geht es nicht immer nur um ästhetische Aspekte, sondern es werden auch andere Bedenken wie Magnetfelder oder Lärmbelastung ins Feld geführt. Vor allem wird aber die grundsätzliche Notwendigkeit des Ausbaus der Stromnetze in Frage gestellt.

Die „Wege“ der Energiewende

Dezentrale Erzeugung ist das Schlagwort der Netzausbaugegner, wobei diese sich offenbar vorstellen, dass jeder auf seinem Rathaus, Firmendach oder Reihenhäuschen eine Solaranlage betreibt und damit dann genug Strom habe.

Doch industriell und gewerblich geprägte Volkswirtschaften wie Deutschland oder auch die Schweiz, obendrein ausgestattet mit hochentwickelten, elektrifizierten Infrastrukturen, benötigen eine ganz andere Größenordnung der Stromerzeugung. Um eine Zahl zu nennen: Rund 44 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland lassen sich der Wirtschaft zurechnen, genauer gesagt dem Bereich Industrie (Stand: 2018).

Daher wurden bisher große Kraftwerke in direkter Nähe der Ballungsräume und Industriezentren gebaut. Erzeugung und Verbrauch standen also in unmittelbarem räumlichen Zusammenhang.

Der Umstieg auf erneuerbare Energien zieht jedoch andere Erfordernisse nach sich. Nun muss man die Kraftwerke dort betreiben, wo der Ertrag am größten ist. Bestes Beispiel dafür sind die großen Offshore-Windparks, die innerhalb der Zwölf-Meilen-Zone im küstennahen Meer errichtet werden. Die Windverhältnisse für diese Anlagen in der Nord- und Ostsee sind hervorragend. Problem allerdings: An diesen Standorten befindet sich kaum Industrie. Die Küsten sind obendrein relativ dünn besiedelt.

Also muss der auf dem Meer produzierte Strom dorthin geleitet werden, wo er gebraucht wird: Ins Ruhrgebiet zum Beispiel, aber vor allem in den stark industrialisierten Süden Deutschlands, nach Bayern und Baden-Württemberg. Der Ausbau der sogenannten Übertragungsnetze ist daher notwendig, Planung sowie Umsetzung befinden sich bereits in vollem Gange.

Das Netz der vielen Netze

Doch der Transport von Strom ist komplex. Das hängt im Wesentlichen mit dem Umstand zusammen, dass es sich um eine logistische Meisterleistung handelt. Denn wir reden hier nicht über einen Paketdienst, bei dem die Auslieferung des fertigen Produktes von der Fabrik zum Konsumenten mehrere Tage dauern darf. Strom wird immer in Echtzeit ausgeliefert. In dem Moment, in dem er verbraucht wird, muss er produziert werden.

Um das über große Entfernungen zu gewährleisten, ist das Stromnetz hierarchisch organisiert: Es gibt verschiedene Netzsysteme mit unterschiedlichen Stromspannungen und Funktionen.

Wie der Strom von A nach B kommt: das „Netz der Netze“ in einer Modell-Ansicht (Grafik: Wikipedia)

Das Höchstspannungsnetz (Übertragungsnetz) ist quasi das Rückgrat der Energieversorgung, man spricht auch von den „Autobahnen“ des Stromnetzes. In diese Leitungen speisen die großen Kraftwerke, Talsperren und Windparks den erzeugten Strom ein. Im Höchstspannungsnetz wird er mit einer Spannung von 400.000 bzw. 220.000 Volt über große und kleine Strecken weitergeleitet zu den Knotenpunkten. Dieses System folgt einer Logik: Je größer die Spannung ist, desto kleiner sind die Verluste, die sich aus den Widerständen des Leitungsmaterials ergeben. Im Höchstspannungsnetz beträgt dieser Schwund nur etwa sechs Prozent.

Um sich eine Vorstellung über die Leistung des Übertragungsnetzes zu machen, eine kleine Beispielrechnung: Eine Höchstspannungsleitung mit 400.000 Volt kann maximal eine Stromstärke von 2.000 Ampere leisten. Wenn man sich einen Haushalt vorstellt, der gerade einen elektrischen Backofen anheizt, was etwa 2.000 Watt verbraucht, dann können mit einer derartigen Leitung 380.000 Backöfen versorgt werden. Und: Zumeist hängen an den Masten sogar acht solcher Leitungen.

Die nächste Netzebene, das Hochspannungsnetz, wird mit einer Spannung von 110.000 Volt betrieben. Versorgt wird dieses Netz ausgehend von großen Umspannwerken. Auch kleinere Erdgas- und Wasserkraftwerke speisen auf dieser Ebene ihren Strom ein. Direkt versorgt werden mit dieser Spannungsebene vor allem Industrieanlagen mit großen Energieverbräuchen – und natürlich die Transformatorstationen, mit denen die nächste Spannungsebene verbunden ist.

Das Mittelspannungsnetz, die sogenannten regionalen Verteilnetze, wird mit einer Spannung von 30.000, 20.000 oder 10.000 Volt betrieben. Auf dieser Ebene speisen kleinere Wind- oder Solarparks ihre Produktion ein. Direkt versorgt werden darüber unter anderem gewerbliche Verbraucher und natürlich wiederum die Transformatorenstationen für die nächste Spannungsebene.

Das Niederspannungsnetz (Ortsnetz) umfasst die lokalen Verteilnetze, die letztlich den Strom ins Haus liefern. Diese Verteilnetze werden mit 400 Volt (Spannung zwischen den Leitern) oder eben 230 Volt (Spannung zwischen Leitern und Erde) betrieben. Sie liegen in Deutschland zumeist unter der Erde. Mit dieser Spannung speisen auch all die kleinen Anlagen ihren Strom ein, die die Energiewende so populär gemacht haben: Solaranlagen, Blockheizkraftwerke, einzelne Windräder oder auch Stromspeicher.

Die vielfachen Herausforderungen

Angesichts dieser Struktur eines „Netzes der Netze“ werden die Herausforderungen offenbar, die der Betrieb dieser ganzen Spannungsebenen vor allem für die vier in Deutschland tätigen Übertragungsnetzbetreiber mit sich bringen.

Wenn nämlich die Sonne nicht scheint oder kein Wind auf den Hügeln vor der Stadt weht, dann droht die Spannung in den lokalen Verteilnetzen abzufallen. Solaranlagen und Windräder vor Ort produzieren zu wenig Strom. Dann muss dieser Mangel mit Energie aus der nächsten Netzebene gestopft werden. Wenn auch das nicht reicht, aus der nächsthöheren – und so weiter.

Das Stromnetz ist also ein interaktives, organisches Gebilde. Es muss immer exakt das reingesteckt werden, was rausgenommen wird. Die strukturelle Herausforderung der Energiewende mit den vielen kleinen dezentralen Erzeugungseinheiten liegt nun rein technisch darin, dass sie eventuell zu viel Strom einspeisen oder schlimmstenfalls zu wenig. Mit diesen extremen Lagen muss das Stromnetz fertig werden und zwar so, dass kein Verbraucher etwas davon bemerkt. Denn nichts ist schädlicher für eine Volkswirtschaft, als wenn es ständig zu Störungen bei der Stromversorgung kommt.

Ein gesamteuropäisches Netz

Und wenn in Deutschland nicht genug Strom produziert wird oder andersrum mehr anfällt, als grade verbraucht wird? Dann wird das ausgeglichen mit den Netzen der Nachbarländer. Denn das hiesige Übertragungsnetz ist an mehreren Punkten mit deren Netzen verbunden. Wir sprechen also nicht über eine rein nationale Infrastruktur. Im Prinzip handelt es sich um ein grenzüberschreitendes Stromnetz, von denen das Europäische Verbundsystem für Deutschland relevant ist. Wenn Kraftwerke in einem Mitgliedsland wegen Wartungsarbeiten vom Netz genommen werden müssen, dann laufen währenddessen bei den Nachbarn sprichwörtlich ein paar Turbinen mehr.

Es gibt also national wie international nicht das eine Stromnetz, sondern untereinander verbundene Netze, die von vielen Anbietern betrieben werden. Somit ist es erforderlich, insbesondere in das Übertragungsnetz zu investieren, um eine stabile Stromversorgung sicherzustellen. Dabei kommen durch die vielen neue Kleinsterzeuger auch die lokalen Verteilnetze teilweise an ihren Kapazitätsgrenzen. Die neue Form der Energieerzeugung, insbesondere die dezentrale Erzeugung, erfordert eine zügige Ertüchtigung der Stromnetze.

Das weiß auch ED Netze als größter regionaler Netzbetreiber in Südbaden mit seinen Netzen auf der Hoch-, Mittel und Niederspannungsebene. 2020 hat das Unternehmen allein rund 40 Millionen Euro in die Qualität der Versorgungssicherheit investiert. Das umfasst Betrieb, Instandhaltung, Erneuerung und Neubau auf allen Netzebenen. Um einen „Baustein“ in Sachen zukunftssichere Netzversorgung zu benennen: 2022 soll ein neues Umspannwerk in Löffingen in Betrieb genommen werden, der Spatenstich erfolgte Anfang März 2021.

Über den Autor:

 

 

Dirk Baranek ist Geschäftsführer einer Agentur für digitale Kommunikation in Stuttgart. Er war als Freier Online-Redakteur und Journalist (DJV) tätig, ist Blogger, PR-Berater, Dozent und Tesla-Fahrer.

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