Das Stromnetz: Was es kann, wie es funktioniert

Leben und arbeiten ohne Strom? Kaum vorstellbar. Ein über 1,7 Millionen Kilometer langes Stromnetz verbindet Kraftwerke mit Haushalten und Unternehmen in Deutschland. Im weltweiten Vergleich arbeitet es besonders zuverlässig. Wir sagen, wie es funktioniert.

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Strom ist Leben. Das merken wir, wenn ein wichtiges Telefonat ansteht, aber die Batterie des Smartphones leer ist. Wenn ein Kurzschluss die Elektronik im Hause lahmlegt. Oder sich der Verkehr auf dem Weg zur Arbeit kilometerweit staut, weil durch einen Stromausfall die Ampelanlage an einer wichtigen Kreuzung ausgefallen ist. Kommunikation, Handel und Transport hängen an einer sicheren Stromversorgung. Das Stromnetz trägt dazu maßgeblich bei.

Zuverlässige Stromversorgung ist ein hohes Gut

„Das deutsche Stromnetz ist weltweit eines der zuverlässigsten“, sagt Dr.-Ing. Ulrich Groß, Geschäftsführer der Rheinischen NETZGesellschaft. Ihre Leitungen transportieren Strom zu rund 1,1 Millionen Kunden in und um Köln. Groß engagiert sich auch im Forum Netzbetrieb/Netztechnik im VDE (VDE|FNN). Es hat die Ausfallzeiten im deutschen Stromnetz untersucht. Im Schnitt musste ein deutscher Kunde 2016 nur etwa zwölf Minuten lang auf Strom verzichten. In den USA kamen pro Kunde vier Stunden Ausfallzeit zusammen, wie die amerikanische Energieinformationsbehörde EIA ermittelte. Für das Spitzenniveau bei der Netzqualität in Deutschland sorgen Unternehmen wie die Rheinische NETZGesellschaft, die Mitglied im VDE|FNN ist. Die Techniker und Ingenieure der Netzbetreiber kümmern sich darum, dass Anlagen und Leitungen instandgehalten oder erneuert werden. Falls es doch einmal zu einer Störung kommt, sorgen sie dafür, dass die Kunden möglichst schnell wieder mit Strom versorgt werden. Dazu wird das Stromnetz 365 Tage im Jahr rund um die Uhr von einer Leitstelle aus überwacht. „Eine zuverlässige Stromversorgung ist ein hohes Gut“, so Groß, „und auch für die Wirtschaft ein sehr wichtiger Standortvorteil.“

Dr.-Ing. Ulrich Groß, Geschäftsführung Rheinische NETZGesellschaft

1,7 Millionen Kilometer bis zur Steckdose

Der Strom fließt durch die Leitungen des Stromnetzes wie Wasser durch ein Rohr. Und so wie Wasser mit einer Pumpe in eine Wasserleitung gedrückt wird, erzeugt beispielweise eine Windkraftanlage oder ein Gaskraftwerk eine Spannung, die den Strom durch das Netz fließen lässt. Genauer gesagt bewegen sich dann Elektronen, winzige elektrisch geladene Teilchen, durch die Leitungen. Ihr Weg zur Steckdose führt sie auf verschiedenen Etappen durch ein mehr als 1,7 Millionen Kilometer langes Stromnetz. Es besteht aus einem überregionalen Übertragungsnetz sowie regionalen und lokalen Verteilnetzen. Umspannanlagen verbinden diese Netzebenen miteinander.

Vom Übertragungsnetz zum Verteilnetz

Das Übertragungsnetz lässt sich mit Autobahnen vergleichen: Es verbindet die Regionen in Europa und Deutschland untereinander, nimmt große Mengen elektrischer Energie von großen Erzeugungsanlagen auf und transportiert sie über weite Strecken. Betrieben wird das Übertragungsnetz mit einer Spannung von 220 oder 380 Kilovolt – der sogenannten Höchstspannung. Die Verteilnetze ähneln dem Straßennetz aus Landes- und Kreisstraßen. Sie beziehen die elektrische Energie unter anderem aus dem Übertragungsnetz und verteilen sie zunächst mit einer Spannung von 110 Kilovolt – der sogenannten Hochspannung – weiter an Stadtwerke und größere Industrieunternehmen. Um den Strom weiter in die Städte und Unternehmen einer Region zu transportieren, wird dann seine Spannung nochmals reduziert – auf 1 bis 60 Kilovolt, die sogenannte Mittelspannung. Die letzte Etappe legt der Strom in den Niederspannungsnetzen mit einer Spannung von 400 Volt zurück.

Dort ermöglicht der Strom dann, das Smartphone aufzuladen, sorgt für Licht und gekühlte Lebensmittel. In den Haushalten werden künftig auch immer mehr Batterien von E-Autos geladen. Die Bundesnetzagentur spielt für die zukünftige Netzplanung mehrere Szenarien mit unterschiedlich vielen E-Autos durch. Bei mittlerem Innovationstempo der Energiewende geht sie bis 2030 von sechs Millionen E-Autos in Deutschland aus. Das Stromnetz wird dann noch wichtiger: Wer komfortabel und zuverlässig Strom tanken will, brauche ein starkes Netz, meint Heike Kerber, Geschäftsführerin des VDE|FNN. „Das Stromnetz steht als Rückgrat für eine komfortable und zuverlässige Ladeinfrastruktur zur Verfügung.“

80 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien

Die Energiewende stellt das Netz vor neue Herausforderungen. Bisher muss es Strom von zentralen Großkraftwerken, die an das Übertragungsnetz angeschlossen sind, zum Verbraucher transportieren – dafür wurde das Netz in den vergangenen 120 Jahren gebaut. Künftig sollen vor allem Erneuerbare-Energien-Anlagen wie Windkraft- und Solaranlagen den Strom erzeugen: Bis 2050 soll 80 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien stammen. Windkraft- und Solaranlagen werden vor allem dort installiert, wo am meisten Wind weht und am meisten Sonne scheint. Weit über 90 Prozent dieser Anlagen speisen ihre erneuerbaren Energien dezentral in die Mittel- und Niederspannungsnetze ein. „Der Beitrag der Verteilnetze für eine zuverlässige Stromversorgung wird daher immer wichtiger“, sagt Groß. Der Ausbau des Stromnetzes, insbesondere der Stromautobahnen von Nord- nach Süddeutschland, soll dabei helfen, den Strom aus erneuerbaren Energien zu verteilen.

Eine weitere Herausforderung: Windkraft- und Solaranlagen speisen Energie wetterabhängig ein – anders als die Großkraftwerke, die den Strom genau nach dem Bedarf der Kunden erzeugen. Umso schwieriger wird es für Netzbetreiber, im Stromnetz in jedem Moment ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch zu erhalten. „Dieses Gleichgewicht ist essenziell“, sagt Groß. Andernfalls schwankt die Netzfrequenz und weicht von ihrem Sollwert 50 Hertz ab. Sinkt oder steigt die Frequenz im Netz zu stark, wirkt sich dies auf die Funktion zahlreicher elektrischer Geräte aus – im schlimmsten Fall droht ein Zusammenbruch des Netzes.

Intelligente Netze

Damit nicht genug: Auf der anderen Seite der Gleichung aus Erzeugung und Verbrauch sind künftig unter anderem Millionen neuer E-Autos mit Strom zu versorgen. Dadurch steigen Dynamik und Vielfalt der Netzzustände weiter an. Dieser Herausforderung wollen die Netzbetreiber unter anderem durch Steuerungstechnik begegnen. „Die Netze müssen intelligenter und hin zu Smart Grids entwickelt werden“, sagt Groß. Der Aufwand ist gewaltig: Die Rheinische NETZGesellschaft wird allein im Kölner Mittelspannungsnetz viele der mehr als 4.000 Ortsnetzstationen in den nächsten Jahren mit intelligenten Komponenten ausstatten.

Hinzu kommt, dass wichtige Stromleitungen und Anlagen im Stromnetz langfristig geplant werden – und dann auch Jahrzehnte halten sollen. Umso wichtiger ist es daher, das Stromnetz vorausschauend weiterzuentwickeln. Das ist das Anliegen von VDE|FNN und seinen Mitgliedern. „Dabei spielt für uns die Entwicklung der Elektromobilität eine wichtige Rolle.“, erläutert Dr.-Ing. Ulrich Groß. „Sie wird vor allem die Verteilnetze in Städten und Ballungsräumen mit hoher Dynamik verändern.“

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