Stromnetz

Wie funktioniert das Stromnetz in Deutschland?

Das Stromnetz in Deutschland ist insgesamt mehr als 1,91 Millionen Kilometer lang (Quelle: BDEW, Stand April 2023) – immerhin 45-mal der Erdumfang. Dass die Elektrizität in einem solch komplexen System stets zuverlässig beim Verbraucher ankommt, ist eine echte Meisterleistung, denn die Strommenge, die ein Industriestaat wie Deutschland heutzutage benötigt, ist beträchtlich.

Übertragungs- und Verteilernetze: So gelangt der Strom zum Verbraucher

Bevor der Strom zu den einzelnen Verbrauchern gelangt, gilt es erst einmal, die Energie zu produzieren und aufzubereiten. Das geschieht in sogenannten Erzeugungsanlagen. Wenn es nun darum geht, den Strom weiter zu transportieren, kommt das sogenannte Übertragungsnetz ins Spiel. Dieses wird gerne mit einem Autobahnnetz verglichen, denn es dient dazu, möglichst große Mengen an Strom über weite Strecken zu befördern. Das Übertragungsnetz wird mit Höchstspannung betrieben, also mit einer Spannung von 220 oder 380 Kilovolt. Verantwortlich für diese Netzebene sind in Deutschland vier große Betreiber: 50Hertz, Amprion, TenneT und TransnetBW.

Damit die Energie letztlich bei den Verbrauchern landet und sich von diesen problemlos nutzen lässt, ist es nötig, dass der Strom nun auf eine Netzebene mit niedrigerer Spannung übertragen wird: die Verteilernetze. Um eine reibungslose Transformation zu gewährleisten, kommen hierbei sogenannte Umspannwerke mit speziellen Schaltanlagen zum Einsatz. Anschließend wird der Strom auf Hochspannung (60 bis 220 Kilovolt) weitertransportiert. Oder um den Vergleich mit dem Straßennetz noch einmal aufzugreifen: Wir fahren von der Autobahn ab und nehmen fortan die Land- oder Kreisstraße.

Die Spannung ist allerdings auch auf dieser Ebene immer noch zu hoch, als dass der Strom direkt in die Steckdose weiterfließen könnte. Daher wird er über ein weiteres Umspannwerk geleitet, bis er die sogenannte Mittelspannung (6 bis 60 Kilovolt) erreicht hat. Nach einer weiteren Transformation ist der Strom schließlich in der Niederspannung angelangt. Diese liegt bei 230 oder 400 Volt. Mit einer Stromkreislänge von 1,25 Millionen Kilometern hat die Niederspannung den größten Anteil am gesamten deutschen Stromsystem. Nun bewegen wir uns in einem Bereich, in dem die Energie direkt zum Endverbraucher geleitet werden kann.

Verschiedene Netzebenen im Stromnetz: Der Aufbau im Überblick

Bei der Verteilung und der Transformation von elektrischer Energie unterscheiden wir zwischen sieben Netzebenen. Die Verteilung der elektrischen Energie wird in vier Netzebenen zusammengefasst, die Veränderung der Spannung durch Umspannwerke und Transformatoren in drei weiteren Netzebenen dargestellt.

Wie hoch ist in unserem Stromnetz die Frequenz?

In unserem Stromnetz beträgt die Frequenz grundsätzlich 50 Hertz. Das gilt auch für den Rest Europas und auch für den Großteil aller anderen Gebiete auf der Welt. Nur in einzelnen Regionen liegt die Stromfrequenz bei 60 Hertz, wie etwa in Nordamerika und in Teilen Japans.

Warum man sich hierzulande auf einen Normwert von 50 Hertz geeinigt hat, lässt sich nur vermuten. Die meisten Experten gehen davon aus, dass die Zahl 50 auserkoren wurde, weil sie zur Normzahlreihe gehört.

Doch was versteht man eigentlich unter der Stromfrequenz? Ganz einfach: Eine Frequenz von 50 Hertz besagt, dass der Strom 50-mal pro Sekunde seine Richtung ändert. Dass es dazu überhaupt kommt, liegt daran, dass Stromverbrauch und -produktion nicht immer im Gleichgewicht liegen. Unterschreitet die Frequenz bestimmte Werte, müssen die Stromnetzbetreiber Maßnahmen ergreifen – doch dazu später mehr.

So wird der Stromverbrauch gemessen

Der Stromverbrauch im Niederspannungsnetz wird in der Regel mit herkömmlichen Stromzählern gemessen und abgerechnet. Erst ab einem Verbrauch von etwa 100.000 Kilowattstunden pro Jahr kann der Energieversorger die Installation einer viertelstündigen Leistungsmessung verlangen. Dabei wird im Viertelstundentakt die vom Energieverbraucher abgenommene Leistung gemessen und auch gesondert berechnet.

Diese Leistungsmessung wird auch notwendig, wenn größere Gewerbekunden direkt mit Mittelspannung versorgt werden. Diese Lösung kann sich für Verbräuche von mehreren hunderttausend Kilowattstunden pro Jahr lohnen – dafür muss allerdings eine eigene Transformatorenstation auf dem Gelände des Endverbrauchers errichtet werden.

Wie zuverlässig ist das Stromnetz in Deutschland?

Gute Nachrichten: In Deutschland herrscht eine exzellente Stromversorgungssicherheit! Das zeigt auch die aktuellste Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik des Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE: Demnach war ein deutscher Stromkunde im Jahr 2021 durchschnittlich gerade mal 12,1 Minuten ohne Strom. Im internationalen Vergleich steht Deutschland mit diesem Wert blendend da.

Zum Vergleich: In Großbritannien waren Verbraucher im Durchschnitt fast eine Stunde lang ohne Strom, in den Vereinigten Staaten waren es sogar an die zwei Stunden – und das längst nicht nur wegen vergleichsweise häufiger Wetterextreme wie Hurricanes oder Blizzards. Das Stromnetz in Deutschland ist insgesamt in einem sehr guten Zustand, da die Infrastruktur in der Vergangenheit immer instandgehalten und ausgebaut wurde.

Ist das Stromnetz in Deutschland vor einem Blackout sicher?

Immer wieder geht in der Bevölkerung in Deutschland die Angst vor einem flächendeckenden, unkontrollierten und länger anhaltenden Stromausfall um, einem sogenannten Blackout. Ein solcher kommt im Allgemeinen durch Betriebsstörungen zustande, die wiederum durch externe Faktoren wie Wetterextreme, Cyberattacken oder menschliche Fehler ausgelöst werden.

Dass es hierzulande tatsächlich zu einem solch verheerenden Szenario kommen wird, halten unabhängige Experten, Behörden und Netzbetreiber allerdings für sehr unwahrscheinlich. Das deutsche Stromnetz ist nämlich mit etlichen Sicherungsmechanismen ausgestattet, die das Netz im Störungsfall stabilisieren würden.

Sobald die Stromfrequenz von 50 auf 49,8 Hertz sinkt, leiten die Stromnetzbetreiber erste Maßnahmen ein. Denn in diesem Fall wird mehr Energie beansprucht, als Strom hergestellt wird, weshalb die Betreiber zunächst einmal die Leistungsreserven der Kraftwerke nutzen. Sinkt der Wert weiter auf unter 49 Hertz, gibt es noch die Möglichkeit, freiwillige Lastabschaltungen vorzunehmen, das heißt, bestimmte Unternehmen, mit denen vorher entsprechende Absprachen getroffen wurden, erhalten vorübergehend keinen Strom. Im äußersten Notfall, wenn die Frequenz einen Wert von 47,5 Hertz erreicht, kommt es zum sogenannten "Brownout": In diesem Fall kommt es zu kontrollierten Abschaltungen und einem Neuaufbau des Betriebs.

Ist unser Stromnetz für die Zukunft gewappnet?

Die Energiewende trägt maßgeblich dazu bei, den CO2-Ausstoß in Deutschland zu reduzieren. Im Jahr 2022 stammten satte 254 Milliarden Kilowattstunden Strom aus erneuerbaren Energieträgern, ein Jahr zuvor waren es 234 Milliarden Kilowattstunden, die aus Wind, Sonne und Co. generiert wurden.

Allerdings bringen die Auswirkungen der Transformation das Stromnetz in Deutschland auch immer nähe an seine Grenzen. Erneuerbare Energien werden nämlich dezentral generiert, was zur Folge haben kann, dass in einem bestimmten Gebiet die Stromerzeugung den Stromverbrauch zeitweise übersteigt. Solche Schwankungen gilt es jedoch zu vermeiden oder zumindest schnell auszugleichen. Ein zügiger Netzausbau ist daher unumgänglich, denn nur so bleibt die Infrastruktur weiterhin so zuverlässig. Hinzu kommt, dass der Bund bis 2030 mit 15 Millionen E-Autos auf deutschen Straßen plant.

Immerhin: Rund 30 Milliarden investiert der Bund bis 2030 in die Infrastruktur – On- und Offshore. Und die Modernisierungsarbeiten sind bereits in vollem Gange: Allein 2022 haben 461 neue Leitungskilometer den vollständigen Betrieb aufgenommen. Auch das Gesetz zur Beschleunigung des Energieleitungsausbaus vom Mai 2019 dürfte dazu beigetragen haben. Denn durch das Gesetz lassen sich Netzausbauprojekte nun mit deutlich weniger bürokratischen Hürden realisieren.

Bei der Modernisierung der Infrastruktur setzen die Betreiber vermehrt auf sogenannte Höchstspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen. Diese haben gegenüber den bislang genutzten Drehstrom-Hochspannungs-Übertragungsleitungen zwei große Vorteile. Erstens: Sie lassen sich mit sage und schreibe 525 Kilovolt (statt wie bisher mit maximal 380 Kilovolt) betreiben und können somit noch mehr Strom transportieren. Zweitens: Die Verluste bei der Übertragung bewegen sich auf einem sehr niedrigen Niveau.

Sind intelligente Stromnetze die Lösung?

Um den Druck bei der Erweiterung der physischen Infrastruktur etwas zu reduzieren und Leistungsschwankungen auszugleichen, könnten intelligente Stromnetze eine Lösung sein. Dahinter verbirgt sich eine innovative und besonders effiziente Technologie, bei der Stromerzeugung, -speicherung und -verbrauch mithilfe einer zentralen Steuerung aufeinander abgestimmt werden. Die auch als "Smart-Grids" bezeichneten Systeme greifen auf hochmoderne Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) zurück und sind auch in der Lage, Daten weiterzuleiten. So erhalten die Netzbetreiber in kürzester Zeit Informationen zur Stromherstellung und zum Verbrauch und können die Steuerung der Infrastruktur danach ausrichten.

Noch ist die Entwicklung der Smart-Grids allerdings nicht abgeschlossen, weshalb sich die Technologie noch nicht flächendeckend einsetzen lässt. Bund und Länder investieren jedoch große Summen, um das intelligente Stromnetz mittelfristig marktreif zu bekommen.