Stromversorgung in Deutschland - ein komplexes System

Entstanden ist das deutsche Stromnetz in einer Zeit, als noch wenige Großkraftwerke den gesamten Strom dieser Nation erzeugten. Heute ist die Stromerzeugung hingegen dezentral – viele kleine Stromerzeuger speisen Strom in die Verteilungsnetze ein. Dabei sind verschiedene Spannungsebenen vorhanden. Diese zu transformieren, ist eine große Herausforderung.

Vom Erzeuger zum Verbraucher

Im Stromnetz gelangt der Strom vom Erzeuger zum Verbraucher. Dabei spielen unterschiedliche Leistungen eine Rolle. Dort, wo die Stromerzeuger Strom mit hohen Leistungen in das Netz einspeisen, sind zum Beispiel große Kabeldurchmesser erforderlich, damit die Leitungen nicht durchbrennen. Bei den Verbrauchern kommen wiederum ganz andere Kabel aus dem Niederspannungsverteilnetz an.

Im Übertragungsnetz fließt der Strom vom Erzeuger mittels Hochspannungsnetzen über Mittel- und Niederspannungsnetze zum Verbraucher. Das Stromnetz ist dabei eine Art Einbahnstraße, denn der Strom fließt immer nur in eine Richtung. Dabei hat das Höchstspannungsübertragungsnetz eine Länge von 37.000 km. Das Hochspannungsnetz ist wiederum 81.000 km lang, das Mittelspannungsnetz 479.000 km und das Niederspannungsnetz misst schließlich 1.123.000 km.
 

Die verschiedenen Akteure 

Damit der Strom von A nach B gelangen kann, sind verschiedene Akteure unerlässlich. Sie koordinieren die Produktion und den Stromfluss. Ziel dabei ist es, die Stromnetzstabilität auf hohem Niveau sicherzustellen.

• Stromerzeuger betreiben Kraftwerke, mit deren Hilfe sie elektrische Energie erzeugen, um sie in die Stromnetze einzuspeisen. In Deutschland gibt es mehrere große Stromerzeuger sowie eine große Anzahl an mittelgroßen Produzenten, zu denen in erster Linie die regionalen oder lokalen Stadtwerke zählen. Aber auch die Privathaushalte, die Solarstrom auf ihrem Hausdach erzeugen, zählen zu den Produzenten.
• Stromversorger – auch Stromlieferant oder -anbieter genannt – nutzen das Verteilungsnetz, um ihre Kunden mit Strom zu versorgen. In Deutschland gibt es über 1.300 Stromversorger, deren Aufgabe es ist, den Kunden immer ausreichend Strom zur Verfügung zu stellen. Neben der Beschaffung des Stroms über organisierte Handelsplätze sind die Stromversorger auch dafür verantwortlich, dass alle Prozesse im Hintergrund reibungslos ablaufen. Zudem übernehmen sie die Abrechnung der Abgaben und Umlagen, die Kunden zum Strompreis bezahlen müssen. In vielen Fällen ist der Grundversorger der Lieferant für Haushaltskunden. Seine Preise und allgemeinen Bedingungen müssen öffentlich zugänglich sein.
• Netzbetreiber sind wiederum für den Transport des Stroms zuständig. Sie bauen und betreiben das deutsche Stromnetz, entwickeln es weiter und halten es instand. Ihr Verantwortungsbereich sind die Übertragungsnetze und die weit verzweigten Verteilernetze in einem bestimmten Netzgebiet. Letztverbraucher können zwar den Stromanbieter wechseln, der Netzbetreiber bleibt dabei jedoch immer derselbe.
• Verbraucher – auch Letztverbraucher genannt – bezahlen für den Strom, den sie benötigen, gewisse Summen an den Stromlieferanten und den Netzbetreiber. Zudem hebt der Staat eine Stromsteuer ein. Der überwiegende Anteil der Verbraucher sind private Haushalte. Aber auch Industriekunden und Gewerbebetriebe, von denen jeder einzelne deutlich mehr Strom abnimmt, zählen hierzu. 
• Ingenieure – In Industriebetrieben planen und entwickeln Ingenieure die Stromversorgung für Anlagen. Sie beschäftigen sich mit der Berechnung und Spezifizierung der Motoren, Schaltanlagen, Kabelanlagen und Transformatoren. Auch die Kostenkalkulation und Montagekoordination sowie Inbetriebnahme der elektrischen Einrichtungen gehören dazu. Für Ingenieure liegt der Fokus dabei zumeist auf der Entwicklung eines Stromversorgungsdesigns mit maximaler Leistung. Bei der Energieleistung soll dabei die Leistung des Energieverbrauchs optimiert werden – das heißt die Betriebskosten bzw. die Energiekosten stehen im Vordergrund.

Wie stabil ist das deutsche Stromnetz?

Ein wichtiges Thema bei der Stromerzeugung ist außerdem die Netzstabilität. Elektrische Energie muss immer genau dann erzeugt werden, wenn sie gebraucht wird. Denn im Energienetz ist es nicht möglich, Energie zu speichern, sondern lediglich zu transportieren. Bislang haben Großkraftwerke die kontinuierliche Stromversorgung und die Stromnetzstabilität sichergestellt.

 

Heute kommt jedoch immer mehr Strom aus Solar- oder Windanlagen, die nicht kontinuierlich Strom erzeugen. Deshalb hat sich das Stromnetz in den letzten Jahren verändert. Seit 2014 ist in Schwerin beispielsweise ein Batterien-Verbund am Netz, der eine Speicherkapazität von 15 Megawattstunden (MWh) besitzt. Er besteht aus mehr als 50.000 Lithium-Ionen-Akkus, die sich auf 215 Batterieschränke verteilen. 18 Wechselrichter, neun Transformatoren und eine Mittelspannungsanlage sorgen tagtäglich dafür, dass die Stromnetzfrequenz stabil bleibt. In Eisenach ist im Herbst 2022 wiederum einer der größten Energiespeicher Europas mit 67 MWh ans Netz gegangen.

Die Netzstabilität in Deutschland

Die großen Kraftwerke sind in der Lage, kurzzeitige Lastschwankungen mit der sogenannten Momentan-Reserve auszugleichen. Kommt es zu einer Lasterhöhung, verfügen sie über verschiedene Mechanismen, wie die „rotierenden Massen“, mit deren Hilfe sie die Frequenz halten können, um die Systemstabilität zu gewährleisten. Diese Mechanismen lassen allerdings nur eine kurzzeitige Änderung zu.

Schwankungen im Stromnetz

Die zusätzliche Einspeisung von Solar- und Windenergie ist wetter- und saisonabhängig – und die Schwankungen im Stromnetz sind dadurch mitunter erheblich. Deshalb ist davon auszugehen, dass der Bedarf an Ausgleichsmöglichkeiten zwischen Angebot und Nachfrage steigt.

Damit im Stromnetz ein Gleichgewicht herrscht, müssen die Netzbetreiber jedenfalls in der Lage sein, die Stromerzeugung zu regulieren. Nur so können sie auf kurzfristige Nachfrageschwankungen reagieren. Hier können schnell anfahrbare Gasturbinenkraftwerke oder Biogas-Blockheizkraftwerke helfen. Eine weitere Regelungsmöglichkeit sind Stromspeicher, die beispielsweise auch kurzfristig die Energie aus Solaranlagen aufnehmen und bereitstellen können.

Im Hamburger Hafen steht etwa die „Battery 2nd Life“. Dort wurden 2.600 Batteriemodule von mehr als 100 BMW-Elektrofahrzeugen zu einem großen Stromspeicher zusammengeschaltet, die damit ein zweites Leben erhalten. Dieser hat eine Leistung von 2 MW und eine Kapazität von 2,8 MWh. Er kommt im Primär-Regelenergiemarkt zum Einsatz und kann innerhalb von Sekunden Schwankungen ausgleichen. Dadurch ist es möglich, die Stromnetzfrequenz bei 50 Hertz stabil zu halten.