20. Oktober 2022

Wie funktioniert das Stromnetz?

Wir geben dir einen Überblick, wie das Stromnetz in Deutschland und Europa funktioniert, wem es gehört und wie es sich in Zukunft entwickeln wird.

Oberirdische Stromleitungen bei Nacht

Ein Beitrag von

Annika

annika fiedler

Strom kommt aus der Steckdose, das war schon immer so. Wir haben schon als kleine Kinder gelernt, dass wir unsere Finger nicht in die Steckdose stecken dürfen. Als wir älter wurden, haben wir unseren ersten CD-Spieler oder unser erstes Radio besessen, das wir dann selbst in die Steckdose eingesteckt haben. Von diesem Zeitpunkt an gehörte Strom ganz selbstverständlich zum Leben dazu.

Hast du dich schon einmal gefragt, wie Strom überhaupt in die Steckdose kommt? Wie der aus Kraftwerken, Windrädern und PV-Anlagen erzeugte Strom zu uns nach Hause gelangt? Hinter deiner Steckdose wirkt ein komplexer Mechanismus, der dich mit Millionen weiteren Haushalten in ganz Europa verbindet.

Das Thema Stromnetz ist aktueller denn je. In den Medien hast du vielleicht schon mal von einer möglichen Überlastung des Stromnetzes oder sogar von „Blackouts“ gelesen. Eins vorweg: Diese Szenarien sind mehr als unwahrscheinlich, denn das deutsche Stromnetz ist sehr stabil und auf Lieferschwankungen vorbereitet. Wie genau das Stromnetz in Deutschland und Europa funktioniert, erklären wir in diesem Beitrag.

Was ist ein Stromnetz?

Um zu beantworten, wie unser Stromnetz funktioniert, müssen wir zunächst klären, was das Stromnetz überhaupt ist. Doch diese Frage ist schnell beantwortet: Das Stromnetz ist ein Netz zur Übertragung von elektrischer Energie. Über unser Stromnetz wird Elektrizität von allen Stromerzeugern zu allen Verbrauchern transportiert.

Das deutsche Stromnetz ist rund 1,8 Millionen Kilometer lang und verläuft zum Teil oberirdisch über Freileitungen auf Masten sowie über Stromkabel unter der Erde.

Welche Arten von Stromnetzen gibt es?

Die Leistung des deutschen Stromnetzes betrug im Jahr 2020 ganze 500 Milliarden Kilowattstunden. Um diese Menge Strom sicher und möglichst verlustfrei ins Stromnetz einspeisen zu können, sind verschiedene Spannungsebenen nötig.

Das deutsche Stromnetz ist aus vier verschiedenen Spannungsebenen aufgebaut:

• Höchstspannung (220.000 - 380.000 Volt)
• Hochspannung (60.000 - 110.000 Volt)
• Mittelspannung (10.000 - 30.000 Volt)
• Niederspannung (230 - 400 Volt)

Je höher die Spannungsebene, desto weitere Distanzen kann der Strom überbrücken. Du kannst dir das deutsche Stromnetz wie ein Straßennetz vorstellen: Die Höchstspannungsebene ist die Autobahn, Hoch- und Mittelspannung sind die Bundesstraßen und die Niederspannungsebene ist die Straße, in der du wohnst.

Dem Höchstspannungsnetz sind vor allem Regionalversorger und große Industriebetriebe angeschlossen. Sie produzieren und konsumieren enorme Mengen Strom, die über weite Strecken transportiert werden müssen. Das Hoch- und Mittelspannungsnetz wird hauptsächlich von kleinen Energieversorgern, Stadtwerken und Unternehmen genutzt. Im Niederspannungsnetz werden Privathaushalte, Gewerbe und Landwirtschaft mit Strom beliefert. Dem Niederspannungsnetz sind darüber hinaus kleinere Erneuerbare-Energie-Anlagen angeschlossen, wie zum Beispiel PV-Anlagen auf Dächern von Privathaushalten.

Du fragst dich jetzt bestimmt, wie die verschiedenen Spannungsebenen in einem Netz interagieren. Um Spannungen innerhalb des Stromnetzes umzuwandeln, sind sogenannte „Transformatoren“ zuständig. Diese wandeln elektrische Energie von einer Spannungsebene in eine andere um.

Große Stadt bei Nacht mit Strommast im Vordergrund

Um Strom über weite Strecken transportieren zu können, gibt es zwei Wege: Freileitungsmasten und unterirdische Kabel.

Du hast die gitterförmigen Freileitungsmasten bestimmt schon einmal gesehen: Die 30 bis 100 Meter hohen Stahlmasten sind für die Höchst- und Hochspannungsebenen zuständig und können Strom über weite Distanzen transportieren. Das funktioniert durch Kabel aus Aluminium, Stahl, Kupfer oder einer Mischung aus Aluminium und Stahl.

Die zweite Transportmöglichkeit bilden die Stromkabel unter der Erde. Sie sind zwar nicht so leicht zu warten wie die Freileitungsmasten, und auch um einiges teurer, aber sie transportieren den Strom verlustärmer von einem Ort zum anderen. In Deutschland gehen rund 5,7 Prozent Elektroenergie im Stromnetz verloren. Das geschieht durch die Erwärmung der Leitungen und wird auch „Ohm’scher Widerstand“ genannt. Unter der Erde sind diese Verluste geringer als bei Freileitungen. Etwa 82 Prozent der Stromleitungen verlaufen unterirdisch und sind zum Großteil für das Niederspannungsnetz zuständig.

Wie wird Strom durch das Netz transportiert?

Wie muss sich das Stromnetz an die Energiewende anpassen?

Das Stromnetz in Deutschland bestand noch bis vor wenigen Jahrzehnten aus einzelnen großen Kraftwerken, die über das ganze Land verteilt ans Netz angeschlossen waren. Wenige Erzeuger haben große Mengen Strom ins Netz eingespeist.

Als die Energiewende mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) im Jahr 2000 Fahrt aufgenommen hat, sind immer mehr Windräder und Solaranlagen dazu gekommen. Nun speisen nicht mehr wenige große Kraftwerke Strom ins Netz ein, sondern auch viele kleine Stromerzeuger, die über das ganze Land verteilt sind – von Flensburg bis Rosenheim.

Mit den Veränderungen in der Energieerzeugung muss sich natürlich auch das Stromnetz anpassen. Aktuell ist das deutsche Stromnetz gut für die Erneuerbaren Energien gerüstet: Bereits jetzt werden bis zu 40 Prozent Wind- und Solarenergie ins Netz eingespeist, ohne dass die Netze groß verstärkt werden mussten. Auf längere Sicht werden allerdings neue Hochleistungsnetze benötigt, die zum Beispiel Solarstrom aus Offshore-Windparks von der Nordsee in den Süden des Landes transportieren können.

Damit das Stromnetz ideal funktioniert, muss stets ein Gleichgewicht zwischen Produktion und Verbrauch gewährleistet werden. Dieses Gleichgewicht wird in einer Frequenz gemessen. Bei einer Frequenz von 50 Hertz spricht man von „Netzstabilität“. Die Frequenz gibt an, wie schnell die Elektronen im Kabel in der Sekunde von negativer zu positiver Polung schwingen. Die 50 Hertz sind nötig, um Stromausfälle zu verhindern und eine geregelte Stromversorgung zu garantieren. Die Besonderheit bei der Stromproduktion besteht außerdem darin, dass Strom genau in dem Moment, wo er verbraucht wird, auch erzeugt werden muss. Im Gegensatz zu Öl, Gas oder Wasser lässt sich Strom nicht speichern.

Um die Stromversorgung heute und in Zukunft zu gewährleisten, sind zwei Maßnahmen nötig: ein Ausbau des Stromnetzes und die Optimierung der Auslastung des bestehenden Netzes. Durch computergestützte Berechnungen kann mittlerweile sehr zuverlässig vorausgesagt werden, wie viel Strom benötigt wird. Außerdem wissen die Systeme, wie viel Wind weht und mit wie viel Solarstrom gerechnet werden kann. So können Ausbaumaßnahmen auf ein Minimum beschränkt werden.

Frau steht mit Smartphone in der Hand nachts auf einem beleuchteten Platz

Wem gehört das Stromnetz?

Nun weißt du, wie das Stromnetz funktioniert und wie sich das Netz verändern muss, um die Energiewende mitzutragen. Aber wer sind eigentlich die Stromnetzbetreiber in Deutschland? Wer ist für die Instandhaltung und den Ausbau des Stromnetzes zuständig? Zunächst musst du wissen, dass es zwei Arten von Netzbetreibern gibt: die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB), die für die Höchstspannungsnetze zuständig sind, und die Verteilnetzbetreiber (VNB), die für alle Netze auf niedrigeren Spannungsebenen zuständig sind.

Das Höchstspannungsnetz wird von vier Übertragungsnetzbetreibern verwaltet: TenneT TSO, 50Hertz Transmission, Amprion und TransnetBW. TransnetBW ist für das Höchstspannungsnetz in Baden-Württemberg zuständig, 50Hertz für die Netze im Osten Deutschlands, Amprion ist für die Netze im Westen und in einem Teil Bayerns zuständig und TenneT kümmert sich um die Höchstspannungsnetze im restlichen Bundesgebiet.

Darüber hinaus gibt es in jeder Region einen Verteilnetzbetreiber, der für die Instandhaltung und den Ausbau des Netzes auf niedrigeren Spannungsebenen zuständig ist. Diese Aufgabe wird von etwa 900 Verteilnetzbetreibern in ganz Deutschland ausgeführt.

Finanziert werden die Betreiber durch einen fixen Betrag, der bereits im Strompreis für alle Verbraucher enthalten ist. Jeder Mensch mit einem Stromvertrag in Deutschland sorgt also indirekt dafür, dass das Stromnetz heute und in Zukunft stabil bleibt.

In den oberen Abschnitten haben wir erläutert, wie Strom in Deutschland von einem Ort zum anderen gelangt, wer dafür zuständig ist und welche Voraussetzungen erfüllt werden müssen. Aber wie sieht es eigentlich in Europa aus?

Unser Stromnetz ist nahtlos in das europäische Stromnetz integriert. Von Portugal bis Dänemark profitieren alle Bürger:innen Europas von einem großen Verbundsystem. Die Größe des europäischen Stromnetzes verringert die Gefahr von Ausfällen. Durch grenzüberschreitende Leitungen, sogenannte „Interkonnektoren“, sind die nationalen Stromnetze miteinander verbunden.

Dieses System wird durch den Verband der EU-Netzbetreiber verwaltet, dem alle nationalen Netzbetreiber angehören. Innerhalb weniger Augenblicke können Kraftwerke europaweit zu- oder abgeschaltet werden, um schnell auf Schwankungen im Strombedarf reagieren zu können.

Das Stromnetz in Europa besteht zum größten Teil aus der Höchstspannungsebene, denn auf dieser Ebene wird Strom über weite Strecken transportiert. Durch die Energiewende wird es in Zukunft immer weniger Kraftwerke geben, während der Anteil Erneuerbarer Energien steigen wird. Da diese Windparks, PV-Anlagen und Co. der Mittel- und Niederspannungsebene angeschlossen sind, ist langfristig eine Umstrukturierung des Netzes erforderlich.

Um diese Herausforderung meistern zu können, braucht es eine europaweite Lösung. Der Netzausbau muss also in Absprache mit allen europäischen Partnern erfolgen, um auch in Zukunft ein stabiles Stromnetz über die Landesgrenzen hinweg gewährleisten zu können.

Wie funktioniert das europäische Stromnetz?

Was passiert bei Schwankungen?

Wie in den oberen Abschnitten schon beschrieben, kann das Stromnetz kleinere Schwankungen gut auffangen. Das Netz wird ständig beobachtet, nicht nur durch Menschen, sondern auch durch komplexe Computersysteme. Darüber hinaus gibt es noch weitere Sicherungsmechanismen, die ständig überprüft werden.

Unser Stromnetz ist mehrfach redundant ausgelegt. Vereinfacht gesagt bedeutet das, dass nicht nur ein unterirdisches Kabel zu deinem Haus führt, sondern gleich mehrere. Falls es an einem Ort zu einer Störung kommt, wird also schnell umgeleitet. Eine Überlastung oder ein Zusammenbruch des Stromnetzes, geschweige denn ein großflächiger Blackout, ist deshalb sehr unwahrscheinlich.

Insgesamt haben wir in Deutschland eins der stabilsten Stromnetze der Welt. Wenn wir es schaffen, das Netz in den nächsten Jahren möglichst effizient auf die Energiewende auszurichten, können wir uns in Zukunft auf eine günstige und umweltfreundliche Energieversorgung freuen.

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