Wie funktioniert das deutsche Stromnetz?

Ein stabiles Stromnetz muss Störungen verkraften können, ohne dass die Versorgung zusammenbricht. Dafür müssen unter anderem Netzfrequenz und Spannung innerhalb festgelegter Grenzen bleiben.

• Die Netzfrequenz gibt an, wie schnell der Wechselstrom im Stromnetz schwingt. Im europäischen Verbundnetz, zu dem auch das deutsche Stromnetz gehört, liegt sie bei 50 Hertz. Sie sinkt, wenn mehr Strom verbraucht als erzeugt wird und steigt, wenn mehr Strom erzeugt als verbraucht wird. Beide Szenarien können die Funktion von Generatoren, Wechselrichtern, Motoren und anderen elektrischen Anlagen beeinträchtigen. Im Extremfall drohen Kaskadeneffekte und großflächige Stromausfälle.
  
  
• Die Netzspannung wird vor allem durch Stromverbrauch und Einspeisung beeinflusst. Entnehmen Verbraucher viel Strom, kann die Spannung sinken. Speisen hingegen viele PV-Anlagen gleichzeitig Strom ein, kann die Spannung lokal ansteigen. Weil Spannung auf langen Strecken sinkt, kann auch die Länge von Leitungen die Spannung beeinflussen – ebenso wie sogenannte Blindleistung, die einige elektrische Geräte und Anlagen benötigen, um magnetische oder elektrische Felder aufzubauen.

Wenn sich die Spannung nicht innerhalb des zulässigen Spannungsbands bewegt, können elektrische Geräte und Netzanlagen gestört oder beschädigt werden.

Was verursacht Instabilität im Stromnetz?

Im Stromnetz gibt es ständig kleinere und größere Störungen.

• Große Anlagen oder Leitungen fallen aus
  Technische Defekte, Kurzschlüsse oder der Ausfall einer wichtigen Leitung können dazu führen, dass Leitungen zu stark belastet werden oder sich Spannung und Frequenz aus dem zulässigen Bereich heraus bewegen.
  
  
• Stromerzeugung und Verbrauch passen nicht zusammen
  Steigt der Verbrauch plötzlich stark an oder fällt ein Kraftwerk aus, fehlt es kurzfristig an Leistung. Umgekehrt kann eine unerwartet hohe Einspeisung, etwa aus Wind- oder Solaranlagen, zu einem Überschuss führen.
  
  
• Die Stromleitungen sind überlastet
  Müsste mehr Strom über eine Leitung fließen, als diese sicher transportieren kann, spricht man von einem Netzengpass. Dieses Szenario tritt besonders häufig an windigen Tagen auf. Dann erzeugen Windkraftanlagen in Norddeutschland viel Windstrom, der in der Region nicht verbraucht werden kann. Gleichzeitig gibt es nicht ausreichend viele Leitungen, um den Strom in Regionen mit größerem Strombedarf zu transportieren.
  
  

Was passiert bei einer Störung im Stromnetz?

Das Stromnetz ist darauf ausgelegt, dass es auch den Ausfall einzelner Leitungen oder anderer Netzelemente verkraften kann. Bei einem Kurzschluss oder einem anderen technischen Fehler reagieren automatische Schutzsysteme innerhalb sehr kurzer Zeit. Sie trennen beispielsweise fehlerhafte Leitungen oder Anlagen vom Netz.
Erkennen die Netzbetreiber jedoch ein größeres Problem, müssen sie eingreifen:

• Ein Ungleichgewicht zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch lösen die Übertragungsnetzbetreiber mit sogenannter Regelenergie. Fehlt kurzfristig Strom, rufen sie positive Regelenergie ab: Kraftwerke erhöhen ihre Leistung oder flexible Anlagen speisen zusätzliche Energie ein. Gibt es hingegen einen Überschuss, wird negative Regelenergie abgerufen: Kraftwerke reduzieren ihre Leistung oder flexible Verbraucher nehmen zusätzlich Strom aus dem Netz auf. Die schnellste Regelreserve muss innerhalb von 30 Sekunden aktiviert werden können, weitere Reserven innerhalb weniger Minuten.
  
  
• Droht die Überlastung einer Stromleitung, greift der Redispatch. Das heißt: Kraftwerke und Anlagen, die in Leitungen einspeisen, die sich vor dem Engpass befinden, müssen ihre Leistung reduzieren. Manchmal werden sie sogar „abgeregelt“, müssen also ihre Einspeisung vollständig einstellen. Gleichzeitig erhöhen Anlagen, die sich hinter dem Engpass befinden, ihre Einspeiseleistung. 
  
  
• Reichen die am Markt verfügbaren Kraftwerke nicht für einen Redispatch aus, können die Übertragungsnetzbetreiber die Netzreserve nutzen: Dann werden Reservekraftwerke aktiviert, die nicht Teil des normalen Strommarkts sind, sondern nur auf Anforderung eingesetzt werden, um das Netz zu entlasten.
  
  

Netzengpässe 2015 bis 2025

So viel Strom mussten die Netzbetreiber in Deutschland wegen Engpässen umleiten, zusätzlich einspeisen oder abregeln

^{Quelle: Bundesnetzagentur}